岩石隧道施工方法范文第1篇

【关键词】 岩爆；公路隧道施工；不良地质灾害；对策

公路隧道施工地质条件较为复杂，这严重影响了隧道设计与施工的科学性和安全性，而多发的公路隧道施工问题，如遭遇涌水、涌泥、岩爆、瓦斯突出等，也再次证明公路隧道施工的严峻性，因此，必须全面分析隧道发生灾害的原因，并进行客观性以及主观性措施改进。下面就岩爆现象进行分析。

一、岩爆灾害形成原因

在岩性、地应力、岩体结构以及施工等因素的作用下，往往引发岩爆灾害。其一，岩性。完整、坚硬的岩体具有较高的弹性模量，能够将大量的弹性变形能聚集，一旦开挖，弹性变形能就会突然释放，进而形成岩爆。其二，地应力。一般来说，地应力越高的岩石具有的弹性模量就越高，其弹性应变力就越大，所以，在开挖扰动下，极易形成岩爆；开挖后，具有较高地应力的岩石周围，会产生切向应力和径向应力，在两者作用下，也会产生岩爆。其三，岩体结构。岩爆发生往往由岩体完整度决定，在完整岩体中，岩块破裂由内部裂纹扩展造成，其能量释放较为彻底，而在高能量的作用下，必定会产生岩爆。其四，施工因素。应力集中不仅与原始应力有关，而且受隧道形状以及施工方式的影响，如开挖方法不当，造成隧道断面不规则，进而加剧围岩局部应力集中程度，而产生岩爆；采用不正规的爆破方式，使得岩体外载荷差异性增加，这就促使弹性波传播扩展，对邻近岩体区造成岩爆威胁。其四，地下水对岩爆的影响。干燥的岩体往往容易引发岩爆，而较为湿润的岩体则很难引发岩爆，这在于地下水对岩石的作用力。一方面，地下水能够软化岩石，这就降低了岩石强度，同时将弹性变形能储存在岩石体内；另一方面，在地下水侵入下，岩石体内所存储的弹性变形能得以耗散，且岩石内部的节理缝隙所产生的抗剪强度受到一定抑制，因此，可以降低岩石爆破度。

二、加强预测，防患于未然

不良地质主要由于地质作用和人类活动引起，其中不良地质主要包括岩溶、瓦斯、岩爆、断层、滑坡、断层等，其与地质灾害不同，地质灾害是指在地质应力的作用下，而产生的塌方、突泥、涌水等现象或是过程，从以往公路隧道工程事故来看，不良地质是引起地质灾害的主要原因，因此，要减少工程事故，必须加强对不良地质灾害的防御，就岩爆灾害来看，其预防方式主要有：

超前预报法。在岩石结构、岩性、地应力、地下水等因素的作用下，产生岩爆现象，因此在施工前，要预报多重岩爆诱发因素。采用红外线、地质雷达、超前钻孔等技术超前检测施工前方的地质条件，并根据检测结果，对围岩的完整度、强度、地下水存在情况、岩性等进行判断，从而根据地质现象分析，判断岩爆发生的可能性，以提升施工安全性。

声发射检测法。该方法依据岩石变形或是破坏而产生的声现象进行应力区定位，在定位过程中，往往利用拾音器收集人耳无法听到的声波，并将其转化为电信号，在利用地音检测器检验破裂程度，在应力区定位后，比较所收集到的信号时间，从而确定应力向何方传播，当地音读数增加速度加剧时，如果其数据大于预定目标，则预示会产生岩爆现象。

地震学预测法。地震学预测利用内用力和应变力之间的比例关系，确定岩爆发生前岩石内部的应力，其预测分为两步，首先确定地震多发地带岩爆现象发生的地点、时间，再者确定爆发的次数以及单次岩爆规模。

微重力法。该方法是利用力学参数来测验应变力的一种方式，当岩石应力超出临界线时，产生岩石扩容现象，即为岩石体积骤然增大，在其情况下，岩石变形，产生微重力变化，微重力值出现异常极值，则根据其极值，判定岩爆现象的发生。

三、施工防治措施

岩爆发生的原因主要在于围岩应力以及岩性，在其防治中，要采取人为手段，以减缓或是阻止岩爆发生。

1、认真勘探，科学设计

在勘探过程中，要对隧道所处的地质情况、外在环境等进行全面性勘察，尤其是应变场、应力、岩体等，保证施工环境的安全性以及地质稳定性。加强隧道设计，包括选址、施工方案、爆破技术等内容；在位置选择中，避开应力集中地区，若不得不经过此地区，则要对隧道轴线与应力方向进行全面设计，保证两者处于平行位置，以便于减少隧道周边围岩之间的切向应力；在隧道断面设计过程中，要加强断面形状选择，尽量形成平稳应力状态，以降低岩爆烈度。

2、落实施工，强化防治

隧道施工工程量较大，难度较高，在施工过程中，要把握住每个施工点，并加强岩性和应力控制，以保证安全施工，提升隧道施工质量。其一，采用混凝土喷射技术、系统锚杆加固技术等加固围岩，其主要针对周边加固和超前加固，在加固作用下，可以促使围岩应力状态由平面状态转移到三位状态，进而实现岩爆控制。其二，通过岩石表面喷水、深层高压注水等方式改变岩石的物理形式，以有效降低岩石的干燥度；利用钻孔法、应理解除法等改变岩石的应力条件，进而降低岩爆发生率。

3、规范人员操作

由于隧道施工环境的恶劣性，以及人员操作不规范，造成隧道施工安全事故的发生，因此，在施工过程中，要规范作业人员行为，要求穿防砸背心，设置保护钻孔、安装放电设备、采用标准爆破技术等，并通过专业性培训，促使工作人员全面了解岩性、应力、岩爆特征、诱发因素以及防治方法等，以保证安全施工。

结语

在地质应力以及地质灾害作用下，公路隧道施工难度提升，要实现安全施工，提升隧道施工质量，必须分析诱发不良地质灾害的原因，并以各种预测方法，对岩性、应力、岩石结构等因素进行监测，以防患于未然，必须强化施工环节，落实安全施工，以最终实现公路隧道建设效益。

参考文献

[1] 吴满路，廖椿庭. 大茅隧道地应力测量及围岩体稳定性研究[J]. 地质力学学报，2012（01）.

[2] 徐林生，王兰生. 岩爆形成机理研究[J]. 重庆大学学报（自然科学版），2011（08）.

[3] 徐林生，李永林，程崇国. 公路隧道围岩变形破裂类型与等级的判定[J]. 重庆交通学院学报，2012（02）.

岩石隧道施工方法范文第2篇

论文摘要：本文首先分析了千枚岩地质条件下的爆破方案选择；其次，从掏槽、周边眼间距、装药结构及药量等方面介绍爆破方案；第三部分论述爆破地震效应措施，最后阐述爆破效果。  

 

千枚岩是一种显微变晶片理发育面上呈绢丝光泽的低级变质岩。千枚岩典型的矿物组合主要有绿泥石、石英和绢云母，有的还含有少量的长石以及碳质和铁质等物质。有些千枚岩中还少量的含有方解石、雏晶黑云母以及黑硬绿泥石或锰铝榴石等类型的变斑晶。一般的千枚岩表现为细粒鳞片变晶结构，粒度一般也都小于0.1毫米，在片理面上常有小皱纹构造出现。千枚岩的原岩一般为黏土岩、粉砂岩或中酸性凝灰岩，是低级区域变质作用的产物，其岩石强度一般较差。钻爆法是隧道施工中较为常用的方法，其中光面爆破是关键。千枚岩地质条件比较特殊，其岩石强度差，岩石破碎，饱和单轴抗压强度低，所以，研究通过光面爆破技术使此类岩石爆破参数得以优化，减轻爆破给岩石造成的影响，确保隧道轮廓的完整，具有重要的现实意义。 

隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。 

 

1.确定爆破方案 

在千枚岩地质条件下，一般采取台阶法开挖方式，具体方法是：在超前于洞身拱部三到五米的地方起挖，为新奥法施工提供平台，其次，洞身下半部与洞身拱部同时开挖，并同时进行锚喷支护。 

所用到的周边切缝药包岩石定向断裂爆破技术的优势有：首先，炮孔药量较少，爆破给周围岩石的破坏性降低；其次，可以控制爆破成型，使爆破给围岩造成的影响减小；最后，减少炮孔数量，是炸药爆破能量利用率提高。 

 

2.爆破方案 

2. 1掏槽方式及间距的确定 

在隧道开挖爆破中，掏槽爆破一直是一项比较关键的爆破技术，掏槽爆破的主要作用是掘进。其目的是在只有一个临空面的条件下，首先在工作面中央形成较小但有足够深度的槽穴，然后通过槽穴进行爆破。因此，从这个角度来看，这个槽穴也是整个地下坑道、隧道等施工开挖中的先导。掏槽方式以及间距的确定就显得尤为重要了。一般来说，隧道爆破掘进中常用的掏槽方法有三种，分别是斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。斜眼掏槽适用干各类岩石，一般而言，炮服与工作面夹角通常为55度到70度，这个夹角会随着岩石坚硬程度的提升而变小，每个掏槽眼间距一般去3到5分米，并且随着岩石坚硬度的提高，间距的取值也越小夹角越小；直眼掏槽一般是设置空眼作为自由面，然后依次起爆临近空眼的炮孔，逐步扩大，待扩大到400~800mm时，即为辅助眼形成了足够的自由面。混合掏槽其实就是直眼和斜眼掏槽混合布置，在实质上还是直眼掏槽，只是在扩大槽孔时采用斜眼。结合千枚岩的地质条件，千枚岩地层隧道的围岩宜采用混合掏槽。对于掏槽眼来说，一般的地质条件下可以采用大间距的楔形掏槽，这种掏槽对口掏槽眼距可以达到5m 左右，能够起到少钻眼，少装药以及加快施工进度的目的。但是，在千枚岩地质条件下，采用大间距的爆破效果往往很难保证，因此，可以适当的减小楔形掏槽眼间距，一般的，v 级千枚岩地层掏槽眼间距可以确定为3米。 

2. 2周边眼间距和周边眼最小抵抗线的选择 

实际上，周边眼间距和周边眼最小抵抗线并没有一个确定的量。它们的选择是要根据千枚岩本身的抗爆性、采用的炸药性能以及炮眼直径和装药量而定的。在一般的情况之下，周边眼的间距应该要小于其它炮眼的间距，周边眼的最小抵抗线也要相应地减小。通过长期实践的总结，一般周边眼间距可以取e = 320到 720毫米，最小抵抗线可以取w = 500到800毫米。从减小爆破产生的振动效应,降低对周边围岩的破坏和减少爆破引起的围岩稳定性出发,采用了周边切缝药包岩石定向断裂爆破技术,根据隧道层状岩体相似模拟爆破试验和现场爆破地震动测试,进行了千枚岩地段的爆破参数设计,并结合爆破数值模拟,提出了相应的减震措施,从而达到隧道后期安全快速施工的目的,并为类似工程爆破施工提供了较好的借鉴。 

2.3装药结构 

千枚岩地质条件下的隧道爆破施工还要注意装药结构，装药结构是炮孔内装药的安置方式，装药结构对爆破效果的影响很大，一般的装药结构方式有耦合装药、不耦合装药、连续装药以及间隔装药这几种。往往不同的装药结构产生的爆炸效果也会截然不同，为了获取良好的爆破效果，就需要根据实际的炮孔所在位置以及每个炮孔所起的作用合理选择装药结构。 

一般的，在选择装药结构时，应尽可能的通过装药的结构使炮孔全长范围内岩石受到的爆炸载荷趋于合理均匀，在此前提下，还要尽可能的保证装药结构的可施行性，不能由于太过于复杂而不能施行。经过长期的实践，我们发现在千枚岩地质条件下，炮孔直径与切缝管内药卷直径的比值，在1.5到2.0之间可能效果要好一点。 

 

3.爆破地震效应措施 

通过对千枚岩地层的岩石结构和具体的其他地质条件的分析，并结合以往的千枚岩爆破经验，可以得知在千枚岩地质条件下的隧道爆破施工中，爆炸的应力波对岩石的破坏作用主要集中在保障的周围较近地区，并且对掩饰的损失也主要是体现在对岩石的力学性能恶化完整性损伤方面。从爆炸的振动幅度来看，对千枚岩进行爆破时，往往最大的振动速度都是出现在爆破拱顶垂直方向和起拱处的水平方向上，因此，我们认为爆破时的拱顶周边的围岩可以确定为最容易发生破坏的区域。同时，爆破具有一定的对称性，一般可以考虑在设计爆破时依照中线进行对称的布置。 

 

4.爆破效果 

通过对千枚岩地段隧道的掘进开挖爆破效果及其影响因素的分析，利用现有定向断裂爆破技术，通过合理的设计爆破隧道周边部位的钻眼，同时选取合适的炸药品种以及装药结构，在适宜的掏槽形式下，基本上能够达到预期的爆破目的。千枚岩在爆破之后，基本上能够较为完全的分成两个部分，而且炮孔壁也只是在计划预定的方向和位置出线了一定的裂缝，其他区域则完全没有宏观破坏的出现，后方岩石则出现了较多的裂缝，达到了爆破的目的。另外要注意下爆破中的山岭隧道施工钻爆法，这种岩石的爆破中其关键技术是光面爆破。而千枚岩软质岩类是隧道施工经常遇到的围岩,此类围岩岩石呈千枚状、片状构造,鳞片变晶结构,主要矿物成份为绢云母、石英、绿泥石等。 

在工程的减小爆破产生的震动时，要注意降低对周边岩石的破坏，这样才能够增加周围岩石的稳定性，目前最多的是采用周边切缝药包岩石定向断裂爆破技术，这对于隧道爆破来说是一种较好的技术选择。 

 

 

参考文献： 

[1] 翟学东.乌鞘岭隧道大台深竖井千枚岩地层钻爆设计及施工.隧道建设,2008, 28 (2) . 

[2] 张应立.工程爆破实用技术冶金工业出版社,2005 

岩石隧道施工方法范文第3篇

本文着重介绍了水平超前探孔法超前地质预报在四川都汶高速公路龙池隧道工程中的应用

关键词：隧道、超前地质预报、水平超前探孔法

中图分类号：U45文献标识码： A

一、概况

龙池隧道，长1160m，LK1+300～LK2+460，III级围岩461m，Ⅳ级围岩213m，Ⅴ级围岩486m，进出口均采用端墙式洞门。

本隧道地质条件较复杂，穿越F2、F3、F4断层和白岩山背斜，LK1+446～LK1+519及LK2+105～LK2+460地段为二叠系下统梁山组及三叠系上统须家河组为含煤地层，含有瓦斯气体。

1.1.1水平超前探孔超前地质预报

地质探孔预报是目前各种超前地质预报方法中最简单、最有效的一种预报方法。采用水平地质钻机在开挖面钻1～3 个孔（探孔深15m，一般地质地段超前地质钻孔1 个，水量较大、砂层和风化深槽地段3 个）。分别位于拱顶和拱腰部位。超前探孔直径φ90mm，终孔位于隧道开挖轮廓线外1.5～3.0m。探孔的主要目的是探明地下水及水压情况，在钻孔的同时，记录钻孔速度、岩碴岩粉特征、含泥量、出水部位、钻杆是否突进（及深度）等情况，综合判断前方的工程地质和水文地质情况。在短距超前探孔预测预报过程中，若工作面局部出水量较大，应增加探水孔数量，以便更加准确地进行预报。

超前钻孔是隧道施工期超前地质预报方法中最直接的方法，是隧道施工中的重要工序，是对其他探测手段成果的验证和补充。超前钻孔能最直接地揭示掌子面前方的地质特征，准确率很高。其通过钻孔钻进速度测试和所采取的钻孔岩芯的观察及相关试验获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、可钻性指标、地层岩性资料、岩体完整程度及地下水状况等诸多方面的资料，是中短距离超前地质预报必不可少的手段。

超前钻孔可在掌子面进行，超前钻孔探测的记录方式有：

不取芯钻探

主要系利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。

不取芯钻探的优点是施作时间较短、费用较低(与取芯钻探比较)，若隧道前方有地下水层，可以通过不取芯钻孔探测并排水，缺点是不取芯探孔常会因坍孔而无法量得正确的水压及水量资料。在施作期间开挖面通常需配合停工，且钻进过程中，容易受操作人员人为影响，因此变数较大，造成判读岩体比较困难。不取芯探孔另一缺点是因无法得到完整岩芯，在地质解释方面，常存有其不确定因素。

（2） 取芯钻探

利用钻芯钻机取出完整岩芯供地质判别，取芯钻探可得到直接的地质资料，从而做出较正确的地质判别。岩芯取出后，可经由实验室施作该岩块的物理、化学试验进而得其相关力学参数，钻探完成后的孔洞也可以当成排水孔，对于穿越含高压地下水层的岩体而言，可利用此先行降低水压。但取芯钻探施作期间开挖面通常需配合暂停，且施作时间比不取芯钻用工进要长，费用也较高。在海底隧道施工中，将有效利用横通道作为取芯钻孔的工作面，以减少超前探孔对正常施工掘进的干扰，钻孔长度可以调整到200m甚至更远。

（3）台车加长钻孔法

液压台车接杆钻孔是一种短期超前预报探孔，对于掌子面前方30m以内的超前探孔，适合用钻孔台车钻孔，占用生产时间较少，速度快，有利于提高施工进度。台车加长钻孔主要利用钻机的冲击力、推力及扭力的变化，配合回水颜色及岩屑的观察，记录钻进时间、钻进速率，并据此来推断前方的地质状況。施钻过程中，由地质预报组成员详细记录钻速、水质水量变化情况及开挖后的岩面观测素描，并采集钻孔排碴取样分析，综合判断预报前方水文、地质情况。

超前探孔在工作面上超前钻3～5个孔，其中2个位于上部拱腰处，另2个位于边墙部位。超前探水孔采用地质钻机施做，探水孔探水段长30m～40m，探水孔终孔位于隧道开挖轮廓线外0.5m～1.5m（在一般区域选择为1.5m）。

对掌子面3 m～5m的范围通过地质观测和打3 m～5m的探孔预测前方的围岩情况。

1.1.2在龙池隧道中的施工现状

根据设计要求，施工方自2008年12月10日开始，沿隧道出口拱部120°范围打设32根钢管，形成管棚支护。

（1）现场数据采集

施工方在现场钻孔并打设管棚，钻孔设计长度30m，实际钻孔总共32个，采用钻头直径为110mm的LF100型风动潜孔钻机打孔，根据位于拱顶、拱腰和拱脚处的钻孔钻进速度、岩碴岩粉特征、含泥量、出水部位、钻杆是否突进（及深度）等情况，综合判断前方的工程地质和水文地质情况。根据钻孔瓦斯含量监测情况，判断隧道围岩中瓦斯含量情况。

1.现场钻探与钻孔编录

现场钻孔排布和编号如图1-1所示。选取位于拱顶、拱腰和拱脚部位的代表性钻孔R1、R7、R15、F1、F6、F15，根据其现场编录情况，结合地质勘查资料中SZK8、SZK7探测结果，给出龙池端洞口LK2+460~LK2+430段围岩地质情况。 表1-1给出了各钻孔地质编录情况。

表1-1各钻孔地质编录

钻孔编号 所在位置 时间 地质编录（按孔深） 分段对应钻进表现

R1 拱顶右侧 08.12.9 0-10m,小块石质土

10-11,灰岩砾石

11-17m,小块石质土

17-18m,灰岩砾石

18-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黑褐色土屑喷出，无水，钻头无冲击

F1 拱顶左侧 08.12.10 0-9m,小块石质土

9-11,灰岩砾石

11-17m,小块石质土

17-18m,灰岩砾石

18-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

灰白色岩粉喷出，无水，钻头有冲击，

黑褐色土屑喷出，无水，钻头无冲击

R7 右侧拱腰 08.12.13 0-11m,硬粘土

4-8m,软泥

8-10m,灰岩砾石

10-30m,粘土夹砾石 黄色泥浆流出，无水，钻头无冲击,

无岩粉喷出，出水，钻头突进，

无岩粉喷出，出水，钻头无冲击，

岩粉喷出少，出水，钻头偶有冲击，

F6 左侧拱腰 08.12.14 0-14m,硬粘土

14-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

黑色土屑喷出，无水，钻头有冲击，

R15 右侧拱脚 08.12.17 0-14,硬粘土

14-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

岩粉喷出少，出水，钻头有冲击，

F15 左侧拱脚 08.12.18 0-7m,硬粘土,

7-30m,炭质页岩 黄色土屑喷出，无水，钻头无冲击,

黑色土屑喷出，无水，钻头有冲击，

2. 钻孔瓦斯含量监测记录

现场每个钻孔成孔后检测钻孔瓦斯含量很低， LK2+460~LK2+430段围岩瓦斯含量极小。

表1-2、表1-3分别为勘察设计文件地表SZK8与SZK7钻孔地质编录。

表1-2 SZK8号钻探孔地质编录

钻孔桩号: LK2+460

地层编号 钻孔深度（m） 地质编录

1 0～13m 小块石质土，松散。

2 13m~23m 块石夹土，松散，不稳定。

3 23m~30m 灰岩砾石，碎裂状，稳定性差，洞内以潮湿、滴水为主。

注:隧道拱顶埋深约4m，隧道底部埋深约10m。

表1-3SZK7号钻探孔地质编录

钻孔桩号: LK2+425

地层编号 钻孔深度（m） 地质编录

1 0～10m 小块石质土，松散。

2 10m~18m 块石夹土，松散，不稳定。

3 18m~30m 灰岩砾石，碎裂状，稳定性差，洞内以潮湿、滴水为主。

注:隧道拱顶埋深约19m，隧道底部埋深约26m。

（2）地质预报结论

根据SZK7与SZK8勘察钻孔地质编录情况（表2与表3），结合勘察资料及现场开挖情况，得出龙池隧道出洞口LK2+460~LK2+430段地质超前预报。

隧道龙池端LK2+460~LK2+437段地质情况为小块石质土堆积夹灰岩砾石，土质松散，稳定性差；近隧道底部及仰拱部位为黑褐色炭质页岩，炭质页岩极软，遇水软化。LK2+437~ LK2+430段隧道穿越炭质页岩地层，围岩极软弱，遇水软化。水文地质情况为隧道含水丰富，洞内以淋水、股状出水为主。围岩破碎，稳定性差。

从管棚钻孔中未监测出有瓦斯涌出，隧道龙池端LK2+460~LK2+430段瓦斯含量小。

二、结论

水平超前探孔在施工中得出的预报结论：隧道龙池端LK2+460~LK2+437段地质情况为小块石质土堆积夹灰岩砾石，土质松散，稳定性差；近隧道底部及仰拱部位为黑褐色炭质页岩，炭质页岩极软，遇水软化。LK2+437~ LK2+430段隧道穿越炭质页岩地层，围岩极软弱，遇水软化。水文地质情况为隧道含水丰富，洞内以淋水、股状出水为主。围岩破碎，稳定性差。从管棚钻孔中未监测出有瓦斯涌出，隧道龙池端LK2+460~LK2+430段瓦斯含量小。

隧道施工着重采用这三种预报方法再加上随着掌子面开挖做的临时地质素描，对龙池隧道的不良地质置做出了概况，围岩破碎地带，稳定性较差的部分应做好充分的支护措施，边支护边施工，确保其稳定性，对含水量丰富区段，应做好防水处理，及时排水以确保施工能顺利进行。另外对于已测出的含有瓦斯区段的施工段应时刻的做好瓦斯监控，瓦斯监控系统要确保24小时不间断，确保洞内施工人员的人身安全。虽然本隧道施工中应用了这么多中预报方法，但是要确保准确无误地预报出隧道的地质情况是不可能的，所以施工过程中要根据工程段的临时情况做出临时的变更。

参考文献

赵永贵，隧道地质超前预报研究进展，.地球物理学进展，2003第三期

岩石隧道施工方法范文第4篇

关键词：隧道；涌水；治理；双液注浆

在隧道建设施工过程中，由于复杂的地质条件，隧道涌水现象成为隧道施工中仅次于塌方常见的地质病害之一，给隧道工程施工造成了严重困难。因此，如何有效地解决隧道涌水，减少其对隧道施工的危害，成为人们关注的焦点之一。

1　工程概况

新建襄渝二线铁路新麒麟隧道全长5917m，起讫里程为DzK207+575～DzK213+492，洞身最小埋深约25m，最大埋深约550m；地面高程一般为200m～800m，相对高差100m～600m。隧道进口为王家沟，主要经过魏家沟、刘家沟、东沟、麒麟沟，穿越较大型河谷为川河，出口为下冷水河，各沟谷河流直接汇入汉江。该区地处华北古陆与扬子古陆的结合部位，地质构造十分复杂，在构造单元划分上属秦岭褶皱系之南秦岭印支褶皱带，受此影响新麒麟隧道洞身局部揉皱、褶曲现象明显，主要工程地质问题有涌水、断层、地热等。地层岩性为云母石英片岩、石英云母片岩为主，岩性比较单一。线路平面位置处经过F1逆断层，根据既有资料和地质调查显示，区域性大断裂F1与线路斜交，线路小里程一段位于Fl逆断层的上盘，逆断层上盘一般构造裂隙发育，岩性较破碎，易于富水，大里程一段位于下盘，富水性较贫乏。该隧道属于汉江水系，区内地下水为浅表基岩裂隙水，第四系孔隙潜水和隧道洞身(深层)基岩裂隙水，且地下水分布不均，隧道围岩富水性变化大。

2　隧道涌水的特征、部位及原因

2.1 隧道涌水的特征和部位

在隧道施工的过程中，隧道多处出现了涌水，其主要表现形式为股状涌水。涌水情况及特征如下：

(1)DzK207+787～DzK207+799，涌水地层岩性为石英云母片岩夹少量石英岩，节理裂隙发育，岩石较破碎，涌水量约2800m3d出水点较分散，拱部有股状涌水，并有空洞形成。

(2)DzK208+120～DzK208+130，涌水地层岩性为石英云母片岩夹少量石英岩，节理裂隙发育，岩石较破碎，涌水量最大时约4000m3d，稳定时约2500m3d。出水点较集中，股状涌水，有较大水压力，位置在左侧边墙。

(3)DzK208+390～DzK208+430，涌水地层岩性为石英云母片岩夹少量石英岩，节理裂隙发育，岩石强度较高，整体性较好。涌水量约7000m3d，最大时达12000m3d出水点较集中，股状涌水，呈喷射状，水质清澈，无浑浊现象，并有较大水压力，最大射程约8m，距地面高度约3.2m，位置在左侧边墙。

(4)DzK210+010～DzK210+040，涌水地层岩性主要为石英云母片岩，夹有炭质片岩及石英岩，薄层状，片理扭曲明显，节理裂隙发育，岩体较破碎，右侧边墙炭质片岩较多，岩石略为发亮，涌水量约5000m3d。出水点较分散，左侧边墙为股状涌水，初期水流中夹有少量小碎石，水质清澈；拱部有雨状淌水和线状滴水。

2.2　隧道涌水的原因

纵观新麒麟隧道涌水的现场情况，经过分析，认为隧道涌水的主要原因如下：

(1)从隧道涌水量、地质及周围环境调查，地表山顶无明流现象，而沿线路左侧的王家沟、魏家沟、刘家沟等常年流水已干涸，且隧道涌水位置均主要在线路左侧，由此可以断定，隧道涌水大部分来自沟内常年流水。

(2)该段位于F1逆断层的上盘，构造裂隙发育，岩石较破碎，易于富水。区内地下水主要为大气降水补给，而该地区年降水量较丰富，山势陡峭，植被覆盖面积广，地表赋水面积大，浅表基岩裂隙水经大气降水补给后沿沟向下径流，通过第四系覆盖层和基岩强风化层渗入地下，再沿基岩节理裂隙运移形成第四系孔隙潜水。由浅表基岩裂隙水、沟内地表水及沟内第四系孔隙潜水的垂向深入形成隧道洞身(深层)基岩裂隙水，在隧道开挖过程中。由于破坏了岩体结构，从而形成了隧道涌水。

3　隧道涌水的治理

3.1　隧道涌水的治理措施

隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，采取切实可行的措施，妥善处理，使达到防水可靠、排水畅通的目的。随着对环境保护要求的提高，当隧道产生大量涌水时，为避免破坏地下水的正常循环，应采取“以堵为主、限量排放”的对策。由于本隧道涌水量较大，且该区山上植被茂密，通过设计排水系统长期排泄，会使围岩周边受力结构发生不同程度的变化(如地表塌陷、地面沉降变形等)，从而对隧道结构稳定性产生不利因素，同时对整个生态环境也存在一定的影响(如水塘、沟河干涸、树木枯死等)。因而我们采取以堵为主，适量排放的原则，对涌水点采取水泥一水玻璃双液注浆堵漏，用超前小导管将周围岩体预先加固及封闭岩体裂隙，对初期支护完成后的渗水点采用再次注浆与环向排水盲管引排的措施，并铺设防水板，将水引至隧道纵向排水沟，对隧道涌水达到根治的目的。

3.2　水泥一水玻璃双液注浆堵漏原理及参数的确定

3.2.1　双液注浆堵漏原理

双液注浆是采用水泥浆溶液与水玻璃溶液混合后生成水泥胶，利用水泥胶凝结速度快、强度提高快的特点，在发生涌水的位置附近注入水泥一水玻璃液浆来封堵渗漏通道，达到堵漏目的。在使用双液注浆进行堵水施工时，应仔细观察水流的变化和随水流流出的浆液情况，以便及时对双液浆的凝固时间和早期强度进行调整。施工时还应注意监测结构的变形及支撑轴力的情况，以防止注浆对围岩结构产生破坏。

3.2.2　双液注浆施工工艺参数

(1)小导管规格：采用冷轧无缝钢管，外径42mm，壁厚3.5mm。在管身设注浆孔，孔径6mm～8mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部长度部小于30cm，作为不钻孔的止浆段。

(2)注浆浆液参数：注浆压力控制在0.5MPa～2.0MPa之间，可由现场实验确定。扩散半径0.5m，水泥标号：525普通硅酸盐水泥；水泥浆液水灰比为1:1，水玻璃浓度为35Be'，水泥浆与水玻璃的体积比为1:1[设计为(1:1)～(1:0.6)】。

3.3　隧道涌水堵漏后防排水处理

在隧道大量涌水被堵漏后，由于种种原因，可能无法达到完全堵漏的理想效果。出现此种情况我们所采取的措施是：对局部出现渗漏水的地方，先喷射混凝土，然后采用再次注浆，并在渗水点加密布设环向盲管(中50mm)将渗漏水引至纵向排水沟，最后再铺没双层PVE防水板以保证整体防水板焊接质量，采用达到标本兼治的目的。

3.4　隧道涌水治理效果

在采取上述方法对新麒麟隧道多处大量涌水进行了治理后，通过长期观察表明，隧道涌水得到了明显的控制，极大地保证了隧道安全掘进，取得了良好的效果。

岩石隧道施工方法范文第5篇

[关键词] 公路隧道施工工法合理性选择

0前言

在隧道施工中首先对围岩的自承能力进行分析，然后进行开挖方法、预加固措施、支护方法的确定。“充分发挥围岩自承能力”是工程建设所期望的。为了发挥围岩自承能力，“基本维持围岩的原始状态”是基础，如何确定合理的隧道施工方案，才能达到有效地维持围岩的原始状态，就成为隧道工程建设所关注的重点问题。

由于目前的隧道施工法较多，各种施工工法的表面存在差异性，如何抓住问题的本质，提出具有普遍适用性的隧道施工方案，进行合理性判别，将有利于指导隧道工程的建设。

1围岩自承能力分析

围岩的自承能力来源于围岩自身强度。施工前岩体处于三维地应力状态，隧道施工后，在岩土体中形成新的空间，导致隧道周边岩土体失去原有的支撑，径向应力降低。围岩向隧道洞内移动，径向应力降低；切向应力随围岩初始应力状态的不同，出现应力升高，或出现应力分异而局部压应力集中及局部可能出现拉应力。总之，隧道开挖导致围岩应力状态趋于恶化。围岩稳定性是围岩强度与二次应力一对矛盾比较的结果。当围岩自身强度高于二次应力，围岩是能够稳定的，因此围岩的自承能力大小取决于围岩强度的高低。此处的围岩强度不是指围岩中岩石块体的强度，而是包含了结构面分布与性质、岩石块体（结构体）强度和工程因素等多方面影响的综合指标。隧道工程中不支护而长期稳定的实例则证明了围岩的自承能力，我国西北地区的窑洞就是一个显见的例证。

如果围岩强度低于二次应力围岩则发生破坏，破坏由表面向深处发展，围岩内应力不断调整，破坏不断发展，在围岩内形成三个区，由围岩表面向深部依次是塑性软化区、塑性强化区和弹性区，如图1所示。

三个区的岩体处于不同的变形阶段，塑性软化区围岩处于峰值后变形阶段，即塑性软化变形阶段，塑性强化区围岩处于峰值前的塑性变形阶段，即塑性强化阶段，弹性区围岩处于弹性变形阶段。

理论研究表明，塑性强化区和弹性区是围岩承载的主体，塑性软化区是支护的对象。强化区和弹性区的切向应力高于原岩应力，软化区应力得到释放，切向应力低于原岩应力。围岩的自承能力与岩体的力学性质密切相关，图2是岩石在较低围压下的力学性质示意图，岩石的两种性质对于围压的自承能力有重要影响，一是随着围压的升高，岩体峰值前和峰值后的承载力都不断增大；二是岩石处于软化变形阶段仍具有承载力。

围岩处于塑性软化变形阶段时，岩石已破碎，围压较低，围岩变形处于非稳定状态，其承载力来源于破裂面的摩擦力及相互嵌固力。软化区的承载力具有双重作用，一是有利于自身的稳定，但必须通过施加支护才能实现软化区围岩的稳定；二是软化区对强化区围岩具有作用力，增大了强化区围压，提高了围岩强度，促进强化区围压进入稳定状态。因此软化区工作状态对强化区的承载力有重要影响。强化区围压较软化区大，围岩结构面处于紧密挤压状态，围岩变形处于稳定状态，是主要的承载区之一。强化区对弹性区围岩具有支撑作用，增大了弹性区围压，提高了岩体屈服强度，促使弹性区的形成。弹性区围压高于软化区、强化区，使得围岩处于弹性工作状态，岩体应力和变形关系服从胡克定律，是主要承载区之一。

由上述分析可见，塑性软化区、强化区和弹性区是相互关联、相互影响、相互作用的整体。塑性强化区和弹性区是承载的主体，但都位于围岩深处，一般不能对其进行支护加固，而塑性软化区是支护的主要对象，通过对浅部（软化区）围岩进行加固或支护，提高其强度，使其达到稳定，浅部（软化区）围岩再对深处（强化区）围岩实施作用，实现深部围岩稳定，并使其成为主要的承载区。

除了对浅部（软化区）围岩的加固措施外，在矿山法施工隧道时采用光面爆破的目的是减轻爆破对围岩的震动，尽可能保持原始状态。在稳定性差的围岩条件下，常采用预支护方法，在隧道施工前围岩即得到强化。浅部支护、光面爆破和预支护等措施都是工程施工中常用的技术手段，其目的都是在施工时尽可能“基本维持围岩原始状态”，保持原有强度，达到围岩稳定。

新奥法提出保持围岩稳定的关键是充分发挥围岩的自承能力，这一提法是从力学角度提出了保持围岩稳定的思路，揭示了决定围岩稳定性的主要因素是围岩的自承能力。从上述分析可见，围岩自承能力源于围岩强度，因此“基本维持围岩原始状态”，既是保持原有围岩强度，又是发挥围岩自承能力的充分必要条件。

2隧道支护与围岩自承能力关系分析

隧道开挖形成新的临空面，产生应力释放，而的应力状态并不发生变化，隧道开挖释放的应力必须由围岩和支护结构来平衡。当围岩和支护结构能够提供的抗力大于平衡围岩所需要的力时，隧道围岩是稳定的。也就是说，在隧道开挖过程中，始终要求围岩和支护结构能够提供的抗力大于平衡围岩所需。

在具体的隧道工程建设中，当隧道开挖后，围岩不能自稳时，我们就要采用支护，如果需要的支护力比较大，就对我们的衬砌要求比

较高，既费工又费时，所以我们要使支护抗力尽可能的小，并且要保证围岩的稳定。要达到这个目标，就要充分发挥围岩的自承能力，所以无论采用那种工法，都要尽量减小对围岩的扰动。

隧道在开挖前，处于一个三维应力状态，隧道开挖后，在一定时间段内，围岩具有一定的自承能力。如果围岩的极限自承能力大于围岩的原始内力时，围岩本身所具有的承载力足以保持围岩稳定。隧道刚开挖完成，允许围岩发生变形；若人为限制围岩变形，反而必须采用比较大的支护抗力，如图3所示，围岩的极限自承能力是一个降低的过的过程，而围岩的自承力是一个先增长再降低的过程。因此，如果围岩有一定的自承能力，应该允许围岩发生少量的变形，随着围岩的变形增大，围岩的自承能力得到发挥，自承能力呈增大趋势，而需要提供的支护抗力就会相应减小。但围岩变形是有限度的，当围岩变形到达极限点B，围岩压力由形变压力转化为松弛压力，围岩进入松弛状态，围岩的自承力要迅速下降，反而必须提供足够大的支护抗力才能维持围岩的稳定。如果围岩是比较破碎的，开挖后围岩很快就进入松弛压力阶段，围岩的自承力也很小，自承力发挥的过程就很短，所以要求开挖前提高预支护或及时提供足够大的支护抗力，要求初期支护刚度要大。此时支护抗力曲线和支护的刚度曲线的交点C应尽量靠近A点，即支护曲线变陡，刚度大。这样才能发挥围岩的自承力，保证围岩的稳定。

为了更清楚的说明围岩的预支护原理，我们按照围岩的完整程度分为三种情况来进行阐述：

（1）完整围岩

这种完整围岩极限自承能力比较大，可以提供维持围岩稳定所需要的自承力，如图4，即使不采取任何支护措施，围岩也能自稳。这类围岩隧道开挖要允许围岩有一定的变形，则提供的初期支护力可以较小。在许多省道或县道，为了节约建设成本，采用开挖完毛洞或只作少量初喷砼，充分利用围岩的自承能力来维持洞室的稳定，如图5就是很好的实例，另外如龙游石窟、西北黄土高原的窑洞等。

（2）有一定自承能力的围岩

围岩有一定的自承能力，如图6所示，围岩的极限承载力初期大于原始内力P0。隧道开挖后，围岩不会立即松弛垮塌，围岩压力还处于形变压力阶段，随着变形不断增大，围岩的极限承载力呈下降趋势，而围岩的自承力得到发挥，此时支护时机的选择非常重要，从围岩自承能力曲线上不难看出，如果支护过早就不能充分发挥出围岩的自承能力，则需要的支护抗力就比较大；如果支护过迟，围岩压力由形变压力转换为松弛压力，围岩发生松弛，容易引起大面积坍塌，如图7就是某隧道中支护过迟所引起的块体塌落事故。

（3）破碎围岩或自承能力很差的围岩

从图8曲线上也可以看出，这种破碎围岩的自承力很小，洞室开挖后围岩会很快进入松弛状态，所以要求开挖前提供预支护或及时提供足够的支护抗力，才能维持围岩的原始状态，保证围岩的稳定。这类围岩基本没有自稳能力，围岩的极限承载力在洞室开挖后会迅速下降，自承能力发挥的空间很小，隧道开挖后迅速转化为松弛压力，如果不提供预支护或及时采用刚性支护，极容易发生大面积塌方事故，如图9就是某隧道开挖后由于支护不及时或支护刚度不足所发生的破坏。

3、隧道施工工法合理性的选择

每一种隧道施工工法都不是万能的，都有其各自的使用条件，必须根据围岩类别不同选用不同的工法。无论选用怎样的工法，一个共同的目标就是要用最经济的手段保证隧道的稳定，施工工法的选取具体应遵循下面两条原则：

（1）充分发挥围岩的自承能力和基本维持围岩的原始状态

综合运用新奥法、浅埋暗挖法、矿山法等多种工法解决隧道围岩与支护系统共同作用问题，达到稳定平衡和确保隧道结构安全。综观这些工法，如何熟练快速有效应用于隧道工程实践，就应该解决隧道施工合理方法判别原则问题、隧道受力独立性问题、隧道支护平衡稳定性问题、隧道设计理论统一性和适用性问题、隧道合理施工与初期支护顺序有关问题、隧道量测参数和精度选择问题等等

新奥法提出保持围岩稳定的关键是充分发挥围岩的自承能力，这一提法是从力学角度提出了保持围岩稳定的思路，揭示了决定围岩稳定性的主要因素是围岩的自承能力。围岩自承能力源于围岩强度，因此“基本维持围岩原始状态”，既是保持原有围岩强度，又是发挥围岩自承能力的充分必要条件。

各种设计理论和工法之间都存在差异，就新奥法而言，在硬岩隧道与软岩隧道应用新奥法也有本质区别，特别是各种辅助工法独立于各种理论之外，其实各种设计理论和工法存在统一性和适用性，其核心都是隧道围岩与支护共同作用要达到足够大并“保持平衡稳定性”，才能使隧道“基本维持围岩原始状态”，从而达到隧道“充分发挥围岩的自承能力”的目的。在此基础上建立隧道预支护原理，统一各种设计理论和工法的核心思想，归纳为四种情况（即围岩自稳好情况的预支护原理应用、深埋围岩自稳差情况的预支护原理应用、浅埋围岩自稳差情况的预支护原理应用、深埋围岩大变形情况的预支护原理应用），明确其统一性和适用性问题，便于人们理解和应用。

（2）能量最小原理

土质或软弱松散围岩隧道施工中常采用分部施工留核心土工法、CD法（中隔墙法）、双侧壁导坑法（眼镜法）、CRD法（交叉中隔墙法）等工法，这些工法基本无需或只需少量爆破，常采用机械和人工开挖施工，石质隧道一般需要爆破施工。这两种隧道施工过程消耗能量E都可表达为三部分：

式中：E1为破碎隧道断面内岩体与抛掷碎石耗能或机械和人工施工的耗能，是有效耗能；E2为对围岩及预支护结构扰动及保持围岩变形临界稳定的耗能及恢复破坏与变形不稳定围岩的稳定性的耗能；E3为其他耗能，其量值小，一般可忽略不计。

①石质隧道施工中，实施爆破需要解决两个同等重要的问题：一是用最有效的方法将隧道断面内的岩石适度破碎，并将碎石适度抛掷；二是降低爆破对围岩的扰动，最大限度地维持围岩原始状态，以有利于隧道的长期稳定。开挖能量最小原理可表述为：在实现爆破效果良好的前提下，对围岩及预支护结构扰动耗能E2最小的施工开挖方案最优，对围岩扰动最小。

②土质或软弱松散围岩隧道施工中，采用分部施工留核心土等工法，其核心是控制围岩变形，以实现隧道基本维持围岩原始结构状态，否则隧道围岩局部失稳破坏会诱发更大范围围岩失稳破坏。对此种情况，保障隧道建设消耗能量最小的基本要求是防止围岩产生大范围的破坏。当围岩发生破坏后，重新实现围岩稳定性所需要做功将远大于预支护维持围岩稳定所需做的功。因此，直接机械和人工开挖施工隧道，能量消耗主要是施工洞体的能量消耗和预支护结构实施的能量消耗。施工过程中需要解决两个重要的问题，一是降低施工过程对围岩及预支护体系的扰动，最大限度地维持围岩的原始状态及发挥支护结构的效能；二是防止施工过程产生大范围岩土体的失稳。因此，土质或软弱松散围岩隧道，开挖能量最小原理表述为：在实现分部施工及支护结构控制围岩变形良好的前提下，对发生破坏或变形不稳定围岩恢复稳定的耗能E2最小的方案最优，对围岩扰动最小。

4“能量最小原理”在隧道工法中的应用

4．1导坑超前＋扩挖施工法

在大断面隧道施工中，采用钻爆法施工导坑超前或小型掘进机先行施工一个导坑（图10），然后用爆破方法进行扩挖。此时扩挖是在有导坑临空面条件下进行的，爆破临空面大，夹制作用小，爆破耗能少，大大降低了对隧道围岩的扰动。

4．2硬岩光面爆破与预裂爆破

预裂爆破是在隧道施工爆破前，预先沿设计轮廓爆出一条具有一定宽度的裂缝，当主爆区爆破时，裂缝对应力波起到反射作用，减少应力波对围岩的破坏作用。因此轮廓孔爆破时，围岩和断面轮廓线内的岩石对爆破具有相同的夹制作用，爆破对围岩的破坏作用较大，特别是在岩石强度较高的情况下，轮廓孔装药较多，耗能较大，破坏作用更为明显。而光面爆破是先爆破中央部分时对围岩影响较小，后爆破周边时已有临空面对围岩影响也较小。因此在岩体强度较高的情况下，不宜采用预裂爆破而应采用全断面光面爆破。

4．3软弱围岩弱爆破分步施工

在隧道施工中，经常遇到强度低、易风化、破碎的软弱围岩，在隧道围岩稳定性分级中属于稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ级围岩，稳定性差，易出现坍塌等工程事故。实践表明，爆破工序对此类围岩的稳定性有重要影响，爆破振动经常是围岩坍塌的诱导原因。因此，应降低爆破振动强度，尽可能减轻对围岩的扰动，最大限度维持围岩的原始状态。

软弱围岩隧道一般采取台阶法施工。上部台阶施工时拱部采用光面爆破，岩石自重有助于拱部岩面沿周边眼的开裂，适当降低炸药消耗，降低耗能，既保证了爆破效果，又有利于降低周边眼起爆对围岩的振动强度。在下台阶施工时，为了及时对围岩支护，需要先施工边墙部分，施工顺序见图11所示。因岩体强度低，此时采用弱爆破即可实现施工，对边墙围岩的扰动较小。

在隧道断面内岩石性质差别显著时，要注意调整施工方案。如果上部岩体软弱而下部岩体坚硬时，下台阶分部施工顺序要相应调整，应采用图12所示的施工顺序。如果按图11所示的施工顺序，下台阶两侧岩体（边墙）水平方向受到较强的夹制作用，由于岩石坚硬，需采用较强的爆破才能破碎岩体，耗能较高，相应对围岩的扰动也较显著。

5结束语

总之，在隧道建设实践中采用施工工法，关键是施工过程中要遵循“能量最小原理”。充分发挥围岩自承作用，基本维持围岩原始状态，通过相应支护，达到隧道结构平衡稳定性。“能量最小原理”是直接判断施工方法优劣的原则，是实现“基本维持围岩原始状态” 的准则，按此原理选择合适的工法，以最经济的手段保证隧道围岩的稳定，指导隧道工程又好又快地建设。

参考文献

[1]《隧道预支护原理与施工技术》朱汉华等编著 人民交通出版社2008年