干货！隧道不良地质及处理方式总结

岩溶地段的施工方法
溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。 溶洞是岩溶现象的一种，岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。       

1、溶洞对隧道施工的影响       

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。 有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。

2、隧道遇到溶洞的处理措施     在开挖施工中,利用超前地质预报手段进一步调查溶洞的地质条件，查明分布位置大小、类型、充填物、岩层的稳定情况等，一般按照以疏导为主、堵排结合、因地制宜、综合治理的原则，采取跨越、绕行、加固洞穴、引排截流岩溶水、清除充填物或注浆加固、回填等处理措施。

主要处理措施如下：

1）隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。 对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。
2）隧道穿过岩溶区，如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况，如有变化便于采取相应的措施。 如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时，则必须探明地下水量大小、水流方向等，先要解决施工中的排水问题，一般可采用平行导坑的施工方案，以超前钻探方法，向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时，平导可作为泄水通道 ，正洞堵塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面，不致正洞停工。

3）对于岩溶发育地区的隧道，施工中应建立以长距离物探（地震波法）为宏观控制、钻探法为主，其他物探方式为辅，红外线探测连续施测的综合预报管理体系。

4）开挖方法宜采用台阶法，必要时采用 CD 法。 在二三级围岩条件下，且溶洞仅穿过隧底一小部分断面时可采用全断面。爆破开挖时，应 “ 密布眼、少装药 ” 的原则进行，有渗漏水是小心施爆。 减少对围岩的扰动。 防止在一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然袭击隧道，造成严重损失。

5）施工中注意检查溶洞顶部，及时处理危石。 当溶洞较大较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应设置施工防护架或钢筋防护网。

6）在溶洞充填体中掘进，如充填物松软，可用超前支护施工。 如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状粘土及砂粘土等可于开挖前采用地表注浆、洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤，可采用劈裂注浆技术，注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。

7）二衬施工前应采用物探方法检查隧道周边环形加固层及层外围岩情况，重点检查拱部、板底、侧边强5米以内是否存在有害空洞，隧底是否密实。

※ 8）岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。      

A．引         

遇到暗河或溶洞有水流时，直排不宜堵。 应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外。 当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离处，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低到隧底标高以下，再行引排。当隧道设有平行导坑时，可将水引入平行导坑 排出。

涵管或小桥引排水示意图 

B．堵       

对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据其与隧道相 交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭； 或加深边墙基础。 当隧道拱顶部有空溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或锚喷网加固，必要时可考虑注浆加固并加设隧道护拱及拱顶回填进行处理。

溶洞堵填示意图

喷铺加固与护拱示意图图

C．越       

当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过隧道底部遇有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。 隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，并根据情况设置桥台架梁通过。隧道穿过大溶洞，情况较为复杂时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等。

支墙内套设涵管示意图

加深边墙基础示意图 

D．绕       

在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。 绕行开挖时，应防止洞壁失稳。

筑拱、架梁跨过示意图

隧道溶洞柱支撑

岩爆围岩的施工

             岩爆是在高地应力的脆性岩体中进行隧道开挖，岩体受到破坏，岩体失去平衡，使掌子面附近的岩体突然释放出潜能，产生脆性破坏，使围岩表面呈片状的岩石突然爆裂而弹射出来。 这种爆裂和弹射没有任何征兆，弹射的方向、远近、角度都没有规律，爆裂的时间也没有定时，因此，很难防范。我们在施工中只能减轻岩爆的发生，采取有效的安全防范措施避免伤人和机具等，施工中一般以下的措施：

1、.采用全断面一次开挖成型，以减少围岩应力平衡的多次破坏，掘进循环进尺控制在2～2.5m，以加快循环，加快防护。采用光面爆破，并严格控制装药量，尽量减少爆破对围岩的影响，以改善洞壁应力分布，控制岩爆的发生。

2、响炮后尽快向碴堆、洞壁掌子面喷水，以降低岩石的脆性和加快地应力的释放，降低岩爆的剧烈程度。

3、针对岩爆类型及大小，用超前预裂爆破、打超前应力释放孔、在岩面上切缝、等方法释放出岩石表面的部分应力，也可以打超前摩擦锚杆支护，位置在拱顶及边墙的上部，宜采用40钢管，以减少发生岩爆的可能。
4、施工台车平台周围及顶部设置安全钢筋网，施工人员佩戴好安全防护，防止岩爆弹射伤人。 有条件的最好采用机械手进行喷射钢纤维砼。

※5、支护措施    

为减轻岩爆的危害，很重要的一条就是在开挖前后对围岩的支护措施，这样做不仅可以改善应力的大小和分布，而且还能使洞室周边的岩体从平面应力状态变为三向应力状态，从而达到减轻岩爆危害的目的。（1）、发生轻微岩爆时，仔细对洞壁及掌子面进行危石清除后，及时喷射3cm后砼进行封闭，封闭后进行锚杆挂网施工，再进行二次喷射砼约10cm即可。

（2）、发生中等岩爆时，支护与轻微岩爆处理措施类似，不同的就是挂网后在锚杆端头进行纵横向钢筋连接加固，再进行二次喷射砼。

（3）、强烈岩爆危害最大，必要时进行避让，等岩爆强度基本稳定平静下来再进行支护施工，对强爆区域必须进行锚喷和钢拱架联合加强支护。

瓦斯地层的施工
              瓦斯是地下坑道内有害气体的总称，其成分以沼气（甲烷CH4）为主，一般习惯即称沼气为瓦斯。 当隧道穿过煤层、油页岩或含沥青等岩层，或从其附近通过而围岩破碎、节理发育时，可能会遇到瓦斯。如果洞内空气中瓦斯浓度已达到爆炸限度与火源接触，就会引起爆炸，对隧道施工会带来很大的危害和损失。所以，在有瓦斯的地层中修建隧道，必须采取相应措施，才能安全顺利施工。

1、瓦斯的性质

1）瓦斯（沼气）为无色、无臭、无味的气体，与碳化氢或硫化氢混合在一起，发生类似苹果的香味，由于空气中瓦斯浓度增加，氧气相应减少，很容易使人窒息或发生死亡事故。

2）瓦斯比重为0.554，仅占空气一半，所以在隧道内，瓦斯容易存在坑道顶部，其扩散速度比空气大1．6倍，很容易透过裂隙发达、结构松散的岩层。                                                  

3）瓦斯不能自燃，但极易燃烧，其燃烧的火焰颜色，随瓦斯浓度的增大而变淡，空气中含有少量瓦斯时火焰呈兰色，浓度达5％左右时，火焰呈淡青色。

  ※瓦斯爆炸浓度界限

瓦斯燃烧时，遇到障碍而受压缩，即能转燃烧为爆炸。爆炸时能发生高温，封闭状态的爆炸（即容积为常数），温度可达2150℃～2650℃，能向四周自由扩张时的爆炸（即压力为常数）；温度可达1850°C。坑道中发生瓦斯爆炸后，坑道中完全无氧，而充满氮气，二氧化碳及一氧化碳气。这些有害气体很快传布到邻近的坑道和工作面，凡是来不及躲避的人，都会遭到中毒窒息，甚至死亡。    

瓦斯爆炸时，爆炸波运动造成暴风在前，火焰在后，暴风遇到积存瓦斯，使它先受到压力，然后火焰点燃发生爆炸。第二次瓦斯受到的压力比原来的压力大，因此爆炸后的破坏力也更剧烈。

3、瓦斯放出的类型从岩层中放出瓦斯，可分为三种类型：

1）瓦斯的渗出：它是缓慢地、均匀地、不停地从煤层或岩层的暴露面的空隙中渗出，延续时间很久，有时带有一种嘶音。

2）瓦斯的喷出：比上述渗出强烈，从煤层或岩层裂缝或孔洞中放出，喷出的时间有长有短，通常有较大的响声和压力。

3）瓦斯的突出：在短时间内，从煤层或岩层中，突然猛烈地喷出大量瓦斯，喷出的时间，可能从几分钟到几小时，喷出时常有巨大轰响，并夹有煤块或岩石。以上三种瓦斯放出形式，以第一种放出的瓦斯量为大。

    ※4、防止瓦斯事故的措施

1）隧道穿过瓦斯溢出地段，应预先确定瓦斯探测方法，并制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施等。

2）隧道通过瓦斯地区的施工方法，宜采用全断面开挖，因其工序简单、面积大、通风好，随掘进随衬砌，能够很快缩短煤层的瓦斯放出时间和缩小围岩暴露面，有利于排除瓦斯。     上下导坑法开挖，因工序多，岩层暴露的总面积多，成洞时间长，洞内各工序交错分散，易使瓦斯分处积滞浓度不匀。 采用这种施工方法，要求工序间距离尽量缩短，尽快衬砌封闭瓦斯地段，并保证混凝土的密实性，以防瓦斯溢出。

3）加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法。 把空气中的瓦斯浓度吹淡到爆炸浓度以下的1／5～1／10，将其排出洞外，有瓦斯的坑道，决不允许用自然通风，必须采用机械通风。通风设备必须防止漏风，并配备备用的通风机，一旦原有通风机发生故障时，备用机械能立即供风。保证工作面空气内的瓦斯浓度在允许限度内。当通风机发生故障或停止运转时，洞内工作人员应撤离到新鲜空气地区，直至通风恢复正常，才准许进入工作面继续工作。

4）洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制在下述规定以下：  

A．洞内总回风风流中小于0. 75％。  

B．从其他工作面进来的风流中小于0．5％。  

C．掘进工作面2％以下。  

D．工作面装药爆破前1％以下。  

如瓦斯浓度超过上述规定，工作人员必须立即撤到符合规定的地段，并切断电源。

5）如开挖进入煤层，瓦斯排放量较大，使用一般的通风手段难以稀释到安全标准时，可使用超前周边全封闭预注浆。在开挖前沿掌子面拱部、边墙、底部轮廓线轴向辐射状布孔注浆，形成一个全封闭截堵瓦斯的帷幕。特别对煤层垂直方向和断层地带进行阻截注浆，其效果会更佳。

6）石门揭煤施工注意事项

A.揭煤前应做好石门揭煤设计，包括揭开石门、半煤半岩段、全煤段等各阶段施工方法、支护方法、组织指挥、抢险救灾方案及安全措施等。B.当掘进距石门5~10米时，应打多个超前钻孔，揭开煤层前开挖工作面至煤层间必须保留一定厚度的岩墙：急倾斜煤层留2米，缓倾斜煤层留5米。当煤层压力小于1MPa时采用震动放炮，大于1MPa时应先排气降压然后放炮揭煤。

C.揭煤爆破应在洞外起爆，洞内必须停电，停止一切作业，人员撤至洞外边。

D.揭开煤层后，应检验工作面前方10米上下左右范围内煤与瓦斯突出的危险性，确保工作面前方有5米的安全区。

7）石门揭煤施工注意事项

A.揭煤前应做好石门揭煤设计，包括揭开石门、半煤半岩段、全煤段等各阶段施工方法、支护方法、组织指挥、抢险救灾方案及安全措施等。B.当掘进距石门5~10米时，应打多个超前钻孔，揭开煤层前开挖工作面至煤层间必须保留一定厚度的岩墙：急倾斜煤层留2米，缓倾斜煤层留5米。当煤层压力小于1MPa时采用震动放炮，大于1MPa时应先排气降压然后放炮揭煤。

C.揭煤爆破应在洞外起爆，洞内必须停电，停止一切作业，人员撤至洞外边。

D.揭开煤层后，应检验工作面前方10米上下 左右范围内煤与瓦斯突出的危险性，确保工作面前方有5米的安全区。

5、严格执行有关制度施工时要按照瓦斯防爆的技术安全规则与有关制度严格执行。