隧道工程教案樣本

第10章隧道施工方法及其基本作業(yè)10.1概述10.1.1隧道工程特點隧道施工過程通常涉及：在地層中挖出土石，形成符合設計輪廓尺寸的坑道；進行必要的初期支護和砌筑最后的永久襯砌，以控制坑道圍巖變形，保證隧道長期地安全使用。在進行隧道施工時，必須充足考慮隧道工程的特點，才干在保證隧道安全的條件下，快速、優(yōu)質、低價地建成隧道建筑物。隧道工程的特點，可歸納如下：（1）整個工程埋設于地下，因此工程地質和水文地質條件對隧道施工的成敗起著重要的、甚至是決定性的作用。例如：當年修建穿越阿爾卑斯山的圣哥達隧道時，由于碰到事先未料到的高溫（41°C）和涌水（660l／（2）公路隧道是一個形狀扁平的建筑物，正常情況下只有進、出口兩個工作面，相對于橋梁、線路工程來說．隧道的施工速度比較慢，工期也比較長，往往使一些長大隧道成為控制新建公路通車的關鍵工程。為此，需要附加地開挖豎井、斜井、橫洞等輔助工程來增長工作面，加快隧道施工速度。此外，隧道斷面較小，工作場地狹長，一些施工工序只能順序作業(yè)，而另一些工序又可以沿隧道縱向展開，平行作業(yè)。因此，規(guī)定施工中加強管理、合理組織、避免互相干擾。洞內設備、管線路布置應周密考慮，妥善安排。隧道施工機械應當結構緊湊，堅固耐用。（3）地下施工環(huán)境較差，甚至在施工中還也許使之惡化，例如爆破產生有害氣體等。必須采用有效措施加以改善，如人工通風、照明、防塵、消音、隔音、排水等，使施工場地合符衛(wèi)生條件，并有足夠的照度，以保證施工人員的身體健康，提高勞動生產率。（4）公路隧道大多穿越崇山峻嶺，因此施工工地一般都位于偏遠的深山狹谷之中，往往遠離既有交通線，運送不便，供應困難，這些也是規(guī)劃隧道工程時應當考慮的問題之一。（5）公路隧道埋設于地下，一旦建成就難以更改，所以，除了事先必須審慎規(guī)劃和設計外，施工中還要做到不留后患。當然，隧道工程也有很多有利的方面，例如施工可以不受或少受晝夜更替、季節(jié)變換、氣候變化等自然條件改變的影響，可以竟日終年、穩(wěn)定地安排施工。10.1.2隧道施工應遵循的基本精神和原則以往，人們都認為在地層中開挖坑道必然要引起圍巖坍塌掉落，開挖的斷面越大，坍塌的范圍也越大。因此，傳統(tǒng)的隧道結構設計方法是將圍巖當作是必然要松弛塌落，而成為作用于支護結構上的荷載。傳統(tǒng)的隧道施工方法則是將隧道斷面提成為若干小塊進行開挖，隨挖隨用鋼材或木材支撐，然后，從上到下，或從下到上砌筑剛性襯砌。這也是和當時的機械設備、建筑材料、技術水平相一致的。近十幾年來，巖石錨桿、噴射混凝土的機械和巖石力學方面的進展，人們對開挖隧道過程中所出現的圍巖變形、松弛、崩塌等現象有了進一步的結識，為提出新的、經濟的隧道施工方法發(fā)明了條件。1963年，由奧地利學者L·臘布茲維奇專家命名為“新奧地利隧道施工法（NewAstriaTunnellingMethod）”，簡稱“新奧法（NATM）”正式出臺。它是以控制爆破或機械開挖為重要掘進手段，以錨桿、噴射混凝土為重要支護方法，理論、量測和經驗相結合的一種施工方法。同時又是一系列指導隧道設計和施工的原則，其中涉及：（1）由于巖體是隧道結構體系中的重要承載單元，所以在施工中必須充足保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。（2）為了充足發(fā)揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環(huán)；另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大減少承載能力。為此，在施工中應采用能與圍巖密貼、及時砌筑又能隨時加強的柔性支護結構，例如，錨噴支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度和參與工作的時間（涉及底拱閉合時間）來控制巖體的變形。（3）為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結構。此外，隧道斷面形狀要盡也許地圓順，以避免拐角處的應力集中。（4）在施工的各個階段，應進行現場量測監(jiān)視，及時提出可靠的、數量足夠的量測信息，如坑道周邊的位移或收斂、接觸應力等。并及時反饋用來指導施工和修改設計。（5）為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續(xù)荷載，采用復合式襯砌。上述新奧法的基本原則可扼要的概括為：“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”。10.1.3隧道施工方法及其選擇一個多世紀以來，世界各國的隧道工作者在實踐中已經發(fā)明出可以適應各種圍巖的多種隧道施工方法。習慣上將它們提成為：礦山法、掘進機法、沉管法、頂進法、明挖法等。礦山法因最早應用于礦石開采而得名，它涉及上面已經提到的傳統(tǒng)方法和新奧法。由于在這種方法中，多數情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故又稱為鉆爆法。有時候為了強調新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統(tǒng)。掘進機法涉及隧道掘進機（TunnelBoringMachine，簡寫為T．B．M．）法和盾構掘進機法。前者應用于巖石地層，后者則重要應用于土質圍巖，特別合用于軟土、流砂、淤泥等特殊地層。沉管法，…等則是用來修建水底隧道、地下鐵道、城市市政隧道等，以及埋深很淺的山嶺隧道。選擇施工方案時，要考慮的因素有如下幾方面：A．工程的重要性。一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊規(guī)定，以及工期的緩急體現出來；B．隧道所處的工程地質和水文地質條件；C．施工技術條件和機械裝備狀況；D．施工中動力和原材料供應情況；E．工程投資與運營后的社會效益和經濟效益；F．施工安全狀況，G．有關污染、地面沉降等環(huán)境方面的規(guī)定和限制。應當看到隧道施工方法的選擇，是一項“模糊”的決策過程，它依賴于有關人員的學識、經驗、毅力和創(chuàng)新精神。對于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時應當開挖實驗洞對理論方案進行實踐驗證。從目前我國公路隧道發(fā)展趨勢來看，在此后很長一段時間內，仍以采用新奧法為主，這也符合世界潮流。所以，本書將著重論述新奧法施工中的有關問題，而概略地介紹傳統(tǒng)的礦山法。其它方法一般不用于山嶺隧道，因此此處不作介紹，需要時可參考有關書籍。10．2新奧地利隧道施工法新奧法施工，按其開挖斷面的大小及位置，基本上又可分為：全斷面法、臺階法、分部開挖法三大類及若干變化方案。10.2.1全斷面法按照隧道設計輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。它的施工順序是：A．用鉆孔臺車，鉆眼，然后裝藥、聯接導火線；B．退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；C．排除危石，安設拱部錨桿和噴第一層混凝土；D．用裝碴機將石碴裝入出碴車，運出洞外；E．安設邊墻錨桿和噴混凝土；F．必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；G．開始下一輪循環(huán)；H．在初期支護變形穩(wěn)定后，或按施工組織中規(guī)定日期灌注內層襯砌。全斷面法合用于IV~VI類巖質較完整的硬巖中。必須具有大型施工機械。隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，否則采用大型機械化施工的經濟性差。根據經驗，這個長度不應小于1km。根據圍巖穩(wěn)定限度亦可以不設錨桿或設短錨桿。也可先出碴，然后再施作初期支護，但一般仍先施作拱部初期支護，以防止應力集中而導致的圍巖松動剝落。全斷面法的優(yōu)點是：工序少，互相干擾少，便于組織施工和管理；工作空間大，便于組織大型機械化施工，因此，施工進度高，目前，我國公路隧道一般都能保持月進成洞平均150m左右，高者已接近300m／月。采用全斷面法應注意下列問題：摸清開挖面前方的地質情況，隨時準備好應急措施（涉及改變施工方法等），以保證施工安全；各種施工機械設備務求配套，以充足發(fā)揮機械設備的效率；加強各項輔助作業(yè)，特別加強施工通風，保證工作面有足夠新鮮空氣；加強對施工人員的技術培訓，實踐證明，施工人員對新奧法基本原理的了解限度和技術純熟狀況，直接關系到施工的效果。10．2．2臺階法臺階法中涉及長臺階法、短臺階法和超短臺階法等三種，其劃分一般是根據臺階長度來決定的，如圖10.2.1所示。至于施工中究竟應采用何種臺階法，要根據以下兩個條件來決定：A．初期支護形成閉合斷面的時間規(guī)定，圍巖越差，閉合時間規(guī)定越短；B．上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備對施工場地大小的規(guī)定。（a）長臺階法（b）短臺階法（C）超短臺階法圖10.2.1在軟弱圍巖中應以前一條件為主，兼顧后者，保證施工安全。在圍巖條件較好時，重要考慮是如何更好的發(fā)揮機械效率，保證施工的經濟性，故只要考慮后一條件。現將各種臺階法敘述如下：（1）長臺階法。這種方法是將斷面提成上半斷面和下半斷面兩部分進行開挖，上、下斷面相距較遠，一段上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨。施工時上下都可配屬同類機械進行平行作業(yè)，當機械局限性時也可用一套機械設備交替作業(yè)，即在上半斷面開挖一個進尺，然后再在下斷面開挖一個進尺。當隧道長度較短時，亦可先將上半斷面所有挖通后，再進行下半斷面施工，即為半斷面法。長臺階法的作業(yè)順序為：1）對于上半斷面。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破，地層較軟時亦可用挖掘機開挖。安設錨桿和鋼筋網，必要時加設鋼支撐、噴射混凝土。用鏟斗為1．6m32）對于下半斷面。用兩臂鉆孔臺車鉆眼、裝藥爆破。裝碴直接運至洞外。安設邊墻錨桿（必要時）和噴混凝土。用反鏟挖掘機開挖水溝。噴底部混凝土。開挖下半斷面時，其炮眼布置方式有兩種：平行隧道軸線的水平眼；由上臺階向下鉆進的豎直眼，又稱插眼，如圖10—2－2所示。前一種方式的炮眼重要布置在設計斷面輪廓線上，能有效地控制開挖斷面。后一種方式的爆破效果較好，但爆破時石碴飛出較遠，容易打壞機械設備。圖10.2.23）待初期支護的變形穩(wěn)定后，或根據施工組織所規(guī)定的日期敷設防水層（必要時）和建造內層襯砌。長臺階法的縱向工序布置和機械配置如圖10.2.3所示。相對于全斷面法來說，長臺階法一次開挖的斷面和高度都比較小，只需配備中型鉆孔臺車即可施工，并且，對維持開挖面的穩(wěn)定也十分有利。所以，它的合用范圍較全斷面法廣泛，凡是在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅硬不用底拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階法。（2）短臺階法。這種方法也是提成上下兩個斷面進行開挖，只是兩個斷面相距較近，一般上臺階長度小于5倍但大于1~1．5倍洞跨。上下斷面采用平行作業(yè)。短臺階法的作業(yè)順序和長臺階相同。由于短臺階法可縮短支護結構閉合的時間，改善初期支護的受力條件，有助于控制隧道收斂速度和量值，所以合用范圍很廣，Ⅱ~Ⅵ類圍巖都能采用，特別合用于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，是新奧法施工中重要采用的方法之一。短臺階法的缺陷是上臺階出碴時對下半斷面施工的干擾較大，不能所有平行作業(yè)。為解決這種干擾可采用長皮帶機運送上臺階的石碴；或設立由上半斷面過渡到下半斷面的坡道，將上臺階的石碴直接裝車運出。過渡坡道的位置可設在中間，亦可交替他設在兩側。過渡坡道法在斷面較大的三車道隧道中尤為合用。采用短臺階法時應注意下列問題：初期支護全斷面閉合要在距開挖面30m以內，或距開挖上半斷面開始的30天內完畢。初期支護變形、下沉顯著時，要提前閉合，要研究在保證施工機械正常工作的前提下臺階的最小長度。（3）超短臺階法。這種方法也是提成上下兩部分，但上臺階僅超前3~5m，只能采用交替作業(yè)。超短臺階法施工作業(yè)順序為（圖10.2.4）：用一臺停在臺階下的長臂挖掘機或單臂掘進機開挖上半斷面至一個進尺。安設拱部描桿、鋼筋網或鋼支撐。噴拱部混凝土。用同一臺機械開挖下半斷面至一個進尺。安設邊墻錨桿、鋼筋網或接長鋼支撐，噴邊墻混凝土（必要時加噴拱部混凝土）。開挖水溝、安設底部鋼支撐，噴底拱混凝土。灌注內層襯砌。如無大型機械也可采用小型機具交替地在上下部進行開挖，由于上半斷面施工作業(yè)場地狹小，經常需要配置移動式施工臺架，以解決上半斷面施工機具的布置問題。由于超短臺階法初期支護全斷面閉合時間更短，更有助于控制圍巖變形。在城市隧道施工中，能更有效地控制地表沉陷。所以，超短臺階法合用于膨脹性圍巖和土質圍巖，規(guī)定及早閉合斷面的場合。當然，也合用于機械化限度不高的各類圍巖地段。超短臺階法的缺陷是上下斷面相距較近，機械設備集中，作業(yè)時互相干擾較大，生產效率較低，施工速度較慢。采用超短臺階法施工時應注意以下問題：在軟弱圍巖中施工時，應特別注意開挖工作面的穩(wěn)定性，必要時可采用輔助施工措施，如向圍巖中注漿或打入超前水平小鋼管，對開挖面進行預加固或預支護。最后還應指出，在所有臺階法施工中，開挖下半斷面時規(guī)定做到以下幾點：1）下半斷面的開挖（又稱落底）應在上半斷面初期支護基本穩(wěn)定后進行，或采用其它有效措施保證初期支護體系的穩(wěn)定性；采用單側落底或雙側交錯落底，避免上部初期支護兩側同時懸空；又如，視圍巖狀況嚴格控制落底長度，一般采用1~3m，并不得大于6m。2）下部邊墻開挖后必須立即噴射混凝土，并按規(guī)定做初期支護。3）量測工作必須及時，以觀測拱頂、拱腳和邊墻中部位移值，當發(fā)現速率增大，應立即進行底（仰）拱封閉，或縮短進尺，加強支護，分割掌子面等。10．2．3分部開挖法分部開挖法可分為三種變化方案：臺階分部開挖法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法，見圖10.2.5。（1）臺階分部開挖法。又稱環(huán)形開挖留核心土法，一般將斷面提成為環(huán)形拱部（圖中的1、2、3）、上部核心土（4）、下部臺階（5）等三部分。根據斷面的大小，環(huán)形拱部又可提成幾塊交替開挖。環(huán)形開挖進尺為0.5~1.0m，不宜過長。上部核心土和下臺階的距離，一般為1倍洞跨。（a） 臺階分步開挖法（b） 單側壁導坑法（c） 雙側壁導坑法圖10.2.5臺階分部開挖法的施工作業(yè)順序為：用人工或單臂掘進機開挖環(huán)形拱部。架立鋼支撐、噴混凝土。在拱部初期支護保護下，用挖掘機或單臂掘進機開挖核心土和下臺階，隨時接長鋼支撐和噴混凝土、封底。根據初期支護變形情況或施工安排建造內層襯砌。單側壁導坑法的施工作業(yè)順序為；1）開挖側壁導坑，并進行初期支護（錨桿加鋼筋網、或錨桿加鋼支撐、或鋼支撐，噴射混凝土），應盡快使導坑的初期支護閉合；2）開挖上臺階，進行拱部初期支護，使其一側支承在導坑的初期支護上，另一側支承在下臺階上；3）開挖下臺階，進行另一側邊墻的初期支護，并盡快建造底部初期支護，使全斷面閉合；4）拆除導坑臨空部分的初期支護；5）建造內層襯砌。單側壁導坑法是將斷面橫向提成3塊或4塊，每步開挖的寬度較小，并且封閉型的導坑初期支護承載能力大，所以，單側壁導坑法合用于斷面跨度大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中。（3）雙側壁導坑法，又稱眼鏡工法。當隧道跨度很大，地表沉陷規(guī)定嚴格，圍巖條件特別差，單側壁導坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側壁導坑法。現場實測表白，雙側壁導坑法所引起的地表沉陷僅為短臺階法的1／2左右。這種方法一般是將斷面提成四塊：左、右側壁導坑（1）、上部核心土（2）、下臺階（3）。導坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1／3。左、右側導坑錯開的距離，應根據開挖一側導坑所引起的圍巖應力重分布的影響不致波及另一側已成導坑的原則擬定。雙側壁導坑法施工作業(yè)順序為：10.2.4施工中也許發(fā)生的問題及其對策新奧法施工的基本原則，是根據圍巖性質允許產生適量的變形，但又不使圍巖松動塌落。在設計、施工過程中，若對圍巖性質判斷不準或情況不明，或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支撐時間和方法有誤，圍巖松動就會超過預計。此時，應根據觀測和量測結果找出因素，進行改正。但是，很多場合不能明確因素，因此只能針對所發(fā)生的現象采用措施。根據實踐經驗，將新奧法中經常出現的一些異?，F象及應采用的措施列于表10.2.1中，其中A指進行比較簡樸的改變就可解決問題的措施，B指涉及需要改變支護方法等比較大的變動才干解決問題的措施。當然，表中只列出大體的對策標準，優(yōu)先用哪種措施，要視各個隧道的圍巖條件、施工方法、變形狀態(tài)綜合判斷。施工中的現象及其解決措施表10.2.1施工中的現象措施A措施B開挖面及其附近正面變得不穩(wěn)定1.縮短一次掘進長度。2.開挖時保存核心土。3.向正面噴射混凝土。4.用插板或并排鋼管打入地層進行預支護1.縮小開挖斷面。2.在正面打錨桿。3.采用輔助施工措施對地層進行預加固開挖面頂部掉塊增大1.縮短開挖時間及提前噴射混凝土。2.采用插板或并排鋼管。3.縮短一次開挖長度。4.開挖面暫時分部施工。1.加鋼支撐。2.預加固地層開挖面出現涌水或者涌水量增大1.加速混凝土硬化（增長速凝劑等）。2.噴射混凝土前作好排水。3.加掛網格密的鋼筋網。4.設排水片。1.采用排水方法（如排水鉆孔、井點降水……等）。2.預加固地層地基承載力局限性，下沉增大1.注意開挖，2.不3.要損壞地基圍巖。4.加厚底腳處噴混凝土，5.增長支撐面積。1.增長錨桿。2.縮短臺階長度，3.及早閉合支護環(huán)。4.用噴混凝土作臨時底拱。5.預加固地層。產生底鼓及早噴射底拱混凝土1.在底拱處打錨桿。2.縮短臺階長度，3.及早閉合支護環(huán)。噴混凝土噴混凝土層脫離甚至塌落1.開挖后盡快噴射混凝土。2.加鋼筋網。3.解除涌水壓力。4.加厚噴層。打錨桿或增長錨桿噴混凝土層中應力增大，產生裂縫和剪切破壞。1.加鋼筋網。2.在噴混凝土層中增設縱向伸縮縫。1.增長錨桿（用比本來長的錨桿）。2.加入鋼支撐。錨桿錨桿軸力增大，墊板松弛或錨桿斷裂。1.增強錨桿（加長）。2.采用承載力大的錨桿。3.為增大錨桿的變形能力，4.在墊錨板間加入彈簧等。鋼支撐鋼支撐中應力增大，產生屈服松開接頭處螺栓，鑿開噴混凝土層，使之可自由伸縮。1.增強錨桿。2.采用可伸縮的鋼支撐，3.在噴混凝土層中設縱向伸縮縫。凈空位移增大，位移速度變快。1.縮短從開挖到支護的時間。2.提前打錨桿。3.縮短臺階、底拱一次開挖的長度。4.當噴混凝土開裂時，5.設縱向伸縮縫。1.增強錨桿。2.縮短臺階長度，3.提前閉合支護環(huán)。4.在錨桿墊板間夾入彈簧墊圈等。5.采用超短臺階法，6.或在上半端面建造臨時底拱。10.3傳統(tǒng)的礦山法在傳統(tǒng)的礦山法中，歷史上形成的變化方案很多，其中也涉及：全斷面法、臺階法、側壁導坑法、…等。它與新奧法的主線區(qū)別，除了施工原理不同外，在具體作業(yè)上尚有：傳統(tǒng)的礦山法中不強調采用錨噴支護，而大量采用鋼、木支撐；不強調要及早閉合支護環(huán)；很少采用復合式襯砌，而是大量采用剛度較大的單層襯砌；不進行施工量測等。近年來，由于施工機械的發(fā)展，以及傳統(tǒng)礦山法明顯的不符合巖石力學的基本原理和不經濟，已逐漸由新奧法所取代。只有在一些缺少大型機械的中、短隧道中，或不熟悉新奧法的施工單位還采用傳統(tǒng)的礦山法。本書只簡樸地敘述一、二種典型的，并具有中國特色的，現在仍也許采用的傳統(tǒng)礦山法。10．3．1漏斗棚架法全名叫下導坑漏斗棚架法，亦稱下導坑先墻后拱法。它是硬巖層中修筑隧道的一種基本的傳統(tǒng)方法，也是我國八十年代前修筑公路、鐵路隧道采用得最廣泛的方法之一。此法的基本施工程序（圖10.3.1）是：一方面開挖下導坑①，在下導坑開挖面后約30~50m處，開始架設“漏斗棚架”，然后在漏斗棚架上方開挖②、③部（“挑頂”）和④部（“擴大”）。它們的間距以互不干擾為原則，一般可采用15~20m。挑頂和擴大爆下的石碴直接堆放在棚架上，并通過漏斗口向下裝入礦車內運出洞外。石碴裝完后即可拆除棚架，開挖⑤（“刷幫”）和⑥邊墻、水溝。此時整個隧道開挖完畢。在一定的安全距離（10~20m）外灌注邊墻Ⅶ和拱圈Ⅷ混凝土。最后鋪底砌水溝。圖10.3.1下導坑的形狀一般為梯形，堅硬圍巖中也可用矩形。其寬度2.8～3.0。（鋪單運送線），或3.8~4.4m（鋪雙運送線），高度視裝碴機裝載高度而定，一般約2.8~3.0m，見圖10.3.2。在中長隧道中為運送暢通多采用雙線導坑。圖10.3.2漏斗棚架的結構構造如圖10.3.3所示。采用漏斗棚架法施工時應注意如下問題：下導坑開挖是領先工序，它的開挖速度直接影響整個隧道的施工進度，因此，要千方百計予以保證；漏斗棚架是卸、裝碴的關鍵結構，必須具有足夠的強度和剛度以承受爆破時石碴的沖擊作用；挑頂時如發(fā)現拱頂有坍塌的預兆，應立即用圓木支頂住。漏斗棚架法施工的優(yōu)點：便于人力、小型機具開挖；挑頂、擴大的石碴通過漏斗棚架裝車，效率高，節(jié)省人力和機械；工作面多，可以安排較多的人力和機具，進行平行作業(yè)，加快施工進度。漏斗棚架法的缺陷：設立棚架需消耗大量木材和鋼材；斷面分塊多，對圍巖擾動大，并且拱頂圍巖暴露過長，所以，只合用于Ⅳ~VI類圍巖；工作面多雖可平行作業(yè)，但互相干擾大，特別刷幫開挖容易損壞風、水管、電力線和堵塞運送。圖10.3.310．3．2上下導坑先拱后墻法上下導坑先拱后墻法，又稱拱圈支承法，是軟地層中修筑隧道的一種基本的傳統(tǒng)方法，也是我國以往修筑隧道采用得最廣泛的方法之一。66圖10.3.4此法的基本施工程序（圖10.3.4）是：一方面開挖下導坑①，并盡快架設木支撐。在下導坑開挖面后約30~50rn處開挖上導坑②和架設木支撐。上、下導坑間開挖漏斗（如圖中虛線所示），以便于上斷面出碴。距上導坑15~20米，進行上導坑落底開挖③。然后由上導坑向兩側開挖④（“擴大”），邊開挖邊架設扇形支撐。在扇形支撐之間立拱架模板，灌注拱圈混凝土Ⅴ，邊灌注邊頂替、拆除扇形支撐。開挖中層⑥（“落底”）。左右錯開，縱向跳躍開挖馬口⑦、⑨，每個馬口的縱向長度一般取拱圈灌注節(jié)長的一半。緊跟馬口開挖后，立即架設邊墻模板，由下而上灌注邊墻混凝土Ⅷ、Ⅹ采用上下導坑先拱后墻法施工時應注意下列問題：開挖馬口時要絕對避免拱圈兩側拱腳同時懸空；邊墻灌注到頂部時要仔細地做到與拱腳的聯接，保證襯砌的整體性。和漏斗棚架法比起來，它有如下優(yōu)點，拱部圍巖暴露時間短，開挖馬口、灌注邊墻都是在拱圈保護下進行的，因此，施工安全，能合用于較軟弱的Ⅱ、Ⅲ類圍巖。其缺陷是襯砌整體性差，開挖兩個導坑成本高、速度慢。10.4不良地質條件下隧道施工10.4.1概述在修建隧道中，常碰到一些不利于施工的特殊地質地段。如膨脹土圍巖、黃土、溶洞、斷層、松散地層、流沙、巖爆等。在開挖、支護和襯砌過程中，由于各種因素的影響都也許發(fā)生土石坍塌，坑道支撐變形，襯砌結構斷裂，嚴重影響施工進度、安全和質量。隧道穿越具有瓦斯的地層，更嚴重地威脅著施工安全。隧道通過特殊地質地段施工時應注意以下幾點：A．施工前應對設計所提供的工程地質和水文地質資料進行具體分析了解，進一步細致地作施工調查，制訂相應的施工方案和措施，備足有關機具及材料，認真編制和實行施工組織設計，使工程達成安全、優(yōu)質、高效的目的。反之，即便地質并非不良，也會因準備局限性，施工方法不妥或措施不力導致施工事故，延誤施工進度。B．特殊地質地段隧道施工，以“先治水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進”為指導原則。在選擇和擬定施工方案時，應以安全為前提，綜合考慮隧道工程地質及水文地質條件、斷面型式、尺寸、埋置深度、施工機械裝備、工期和經濟的可行性等因素而定。同時應考慮圍巖變化時施工方法的適應性及其變更的也許性，以免導致工程失誤和增長投資。C．隧道開挖方式，無論是采用鉆爆開挖法、機械開挖法，還是采用人工和機械混合開挖法，應視地質、環(huán)境、安全等條件來擬定。如用鉆爆法施工時，光面爆破和預裂爆破技術，既能使開挖輪廓線符合設計規(guī)定，又能減少對圍巖的擾動破壞。爆破應嚴格按照鉆爆設計進行施工，如遇地質變化應及時修改完善設計。D．隧道通過自穩(wěn)時間短的軟弱破碎巖體、淺埋軟巖和嚴重偏壓、巖溶流泥地段、砂層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶以及大面積淋水或涌水地段時，為保證洞體穩(wěn)定可采用超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預加固地層和圍巖預注漿等輔助施工措施，對地層進行預加固、超前支護或止水。E．為了掌握施工中圍巖和支護的力學動態(tài)及穩(wěn)定限度，以及擬定施工工序，保證施工安全，應實行現場監(jiān)控量測，充足運用監(jiān)控量測指導施工。對軟巖淺埋隧道須進行地表下沉觀測，這對及時預報洞體穩(wěn)定狀態(tài)，修正施工方案都十分重要。F．穿過未膠結松散地層和嚴寒地區(qū)的凍脹地層等，施工時應采用相應的措施外，均可采用錨噴支護施工。爆破后如開挖工作面有坍塌也許時，應在清除危石后及時噴射混凝土護面。如圍巖自穩(wěn)性很差，開挖難以成形，可沿設計開挖輪廓線預打設超前錨桿。錨噴支護后仍不能提供足夠的支護能力時，應及早裝設鋼架支撐加強支護。G．當采用構件支撐作臨時支護時，支撐要有足夠的強度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。圍巖出現底部壓力，產生底膨現象或也許產生沉陷時應加設底梁。當圍巖極為松軟破碎時，應采用先護后挖，暴露面應用支撐封閉嚴密。根據現場條件，可結合管棚或超前錨桿等支護，形成聯合支撐。支撐作業(yè)應迅速、及時，以充足發(fā)揮構件支撐的作用。H．圍巖壓力過大，支撐受力下沉侵入襯砌設計斷面，必須挑頂（即將隧道頂部提高）時，其解決方法是：拱部擴挖前發(fā)現頂部下沉，應先挑頂后擴挖。當擴挖后發(fā)現頂部下沉，應立好拱架和模板先灌筑滿足設計斷面部分的拱圈，俟混凝土達成所需強度并加強拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護后挖。I．對于極松散的未固結圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖，當采用先護后挖法仍不能開挖成形時，宜采用壓注水泥砂漿或化學漿液的方法，以固結圍巖，提高其自穩(wěn)性。J．特殊地質地段隧道襯砌，為防止圍巖松弛，地壓力作用在襯砌結構上，致使襯砌出現開裂、下沉等不良現象。因此，采用模筑襯砌施工時，除遵守隧道施工技術規(guī)范的有關規(guī)定施工外，還應注意：當拱腳、墻基松軟時，灌筑混凝土前應采用措施加固基底。襯砌混凝土應采用高標號或早強水泥，提高混凝土等級，或采用摻速凝劑、早強劑等措施，提高襯砌的初期承載能力。仰拱施工，應在邊墻完畢后抓緊進行，或根據需要在初期支護完畢后立即施作仰拱，使襯砌結構盡早封閉，構成環(huán)形改善受力狀態(tài)，以保證襯砌結構的長期穩(wěn)定堅固。10.4.2膨脹土圍巖膨脹土系指土中粘土礦物成分重要由親水性礦物組成，同時具有吸水顯著膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性，且具有濕脹干縮往復變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物重要是蒙脫石粘土礦物。（1）膨脹土圍巖的特性穿過膨脹土地層的隧道，經常可以見到開挖后不久圍巖因開挖而產生變形，或者因浸水而膨脹，或因風化而開裂等現象。使坑道的頂部及兩側向內擠入，底部膨起，隨著時間的增長導致圍巖失穩(wěn)，支撐、襯砌變形和破壞。這些現象說明膨脹土圍巖性質是極其復雜的。它與一般土質的圍巖性質有著主線的區(qū)別。膨脹土圍巖的基本特性，重要有以下三方面：1）膨脹土圍巖大多具有原始地層的超固結特性，使土體中儲存有較高的初始應力。當隧道開挖后，引起圍巖應力釋放，強度減少，產生卸荷膨脹。因此，膨脹土圍巖經常具有明顯的塑性流變特性，開挖后將產生較大的塑性變形。2）膨脹土中有各種形態(tài)發(fā)育的裂隙，形成土體的多裂隙性。膨脹土圍巖事實上是土塊與各種裂隙和結構面互相組合形成的膨脹土體。由于膨脹土體在天然原始狀態(tài)下具有高強度特性，隧道開挖后洞壁土體失去邊界支撐而產生脹縮，同時因風干脫水使原生隱裂隙張弛，使圍巖強度急劇衰減。因此，隧道施工開挖過程中，常有初期圍巖變形大，發(fā)展速度快等現象。3）膨脹土圍巖因吸水而膨脹，失水而收縮，土體中干濕循環(huán)產生脹縮效應。一是使主體結構破壞，強度衰減或喪失，圍巖壓力增大。二是導致圍巖應力變化，無論膨脹壓力或收縮壓力，都將破壞圍巖的穩(wěn)定性，特別是膨脹壓力將對增大圍巖壓力起疊加作用。（2）膨脹土圍巖對隧道施工的危害由于膨脹土圍巖具有上述基本特性，施工中常見下列幾種情況，簡述如下：1）圍巖裂縫：隧道開挖后，由于開挖面上主體原始應力釋放產生脹裂；此外，由于表層土體風干而脫水，產生收縮裂縫。同時，兩種因素都可以使土中原生隱裂隙張開擴大。沿圍巖周邊產生裂縫，特別在拱部圍巖容易產生張拉裂縫與上述裂縫貫通，形成局部變形區(qū)。2）坑道下沉：由于坑道下部膨脹土體的承載力較低，加之上部圍巖壓力過大，而產生坑道下沉變形?？拥赖南鲁?，往往導致支撐變形、失效，進而引起主體坍塌等現象。3）圍巖膨脹突出和坍塌：膨脹土開挖過程中或開挖后。圍巖產生膨脹土變形，周邊土體向洞內膨脹突出，開挖斷面縮小。在土體喪失支撐或支撐力不夠的狀態(tài)下，由于圍巖壓力和膨脹壓力的綜合作用，使土體產生局部破壞，由裂縫發(fā)展到出現溜塌，然后逐漸牽引周邊土體連續(xù)破壞，形成坍塌。4）底膨：隧道底部開挖后，洞底圍巖的上部壓力解除，又無支護體約束的條件下，由于應力釋放，洞底圍巖產生卸荷膨脹；加之坑道積水，使洞底圍巖產生浸水膨脹。因而導致洞底圍巖膨出變形。5）襯砌變形和破壞：在先拱后墻法施工中，拱部襯砌完畢后至開挖馬口的這段時間，由于圍巖和膨脹壓力，經常產生拱腳內移，同時發(fā)生不均勻下沉，拱腳支撐受力大，發(fā)生扭曲、變形或折斷。拱頂受擠壓下沉，也有向上凸起。拱頂外緣經常出現縱向貫通拉裂縫，而拱頂內緣出現擠裂、脫皮、掉塊現象。在拱腰部位出現縱向裂縫，這些裂縫有時可發(fā)展到張開、錯臺。當采用直墻時，邊墻常受膨脹側壓而開裂，甚至張開、錯臺，少數曲墻也有出現水平裂縫的情況。當底部未做仰拱或僅做一般鋪底時，有時會出現底部膨起，鋪底被破壞。（3）膨脹土圍巖的隧道施工要點1）加強調查、量測圍巖的壓力和流變在膨脹土地層中開挖隧道，除了認真實行設計文獻所提出的技術規(guī)定外，在施工過程中應對圍巖壓力及其流變情況進行充足的調查和量測，分析其變化規(guī)律。對地下水亦應探明分布范圍及規(guī)律，了解水對施工的影響限度，以便根據圍巖動態(tài)采用相應的施工措施。如原設計難以適應圍巖動態(tài)情況，也可據此作適當修正。2）合理選擇施工方法膨脹土隧道圍巖壓力的施工效應，是導致隧道變形病害的重要因素。采用合理的施工方法，對隧道的穩(wěn)定性有著十分重要的作用。因此，在施工中應以盡量減少對圍巖產生擾動和防止水的浸濕為原則，所以宜采用無爆破掘進法。如采用掘進機、風鎬、液壓鎬等開挖。在開挖過程中盡也許縮短圍巖暴露時間，并及時襯砌，以盡快恢復洞壁因土體開挖而解除的部分圍巖應力，減少圍巖膨脹變形。開挖方法宜不分部或少分部，多采用正臺階法、側壁導坑法和“眼鏡法”。正臺階法合用于跨度小的隧道，它分部少互相干擾小，且能較早地使支護（襯砌）閉合。側壁導坑法和“眼鏡法”較合用于跨度較大的隧道，它具有防止上半斷面支護（襯砌）下沉的優(yōu)點，但全斷面閉合時間較遲，必須注意防止邊墻混凝土受壓向隧道內擠。3）防止圍巖濕度變化隧道開挖后，膨脹土圍巖風干脫水或浸水，都將引起圍巖體積變化，產生脹縮效應。因此，隧道開挖后及時噴射混凝土，封閉和支護圍巖。在有地下水滲流的隧道，應采用切斷水源并加強洞壁與坑道防、排水措施，防止施工積水對圍巖的浸濕等。如局部滲流，可采用注漿堵水阻止地下水進入坑道或浸濕圍巖。4）合理進行圍巖支護膨脹土圍巖支護必須適應圍巖的膨脹特性。在施工時應注意以下幾點：A．噴錨支護，穩(wěn)定圍巖。噴錨支護作為開挖膨脹土圍巖的施工支護，可以加強圍巖的自承能力，允許有一定的變形而又不失穩(wěn)。采用噴錨支護，應緊跟開挖，必要時在噴射混凝土的同時采用鋼筋網。也可采用鋼纖維混凝土提高噴層的抗拉和抗剪能力。當膨脹壓力很大時，可用錨噴及鋼架或格柵聯合支護，在隧道底部打設錨桿，也可以在隧道頂部打入超前錨桿或小導管支護。膨脹土圍巖隧道的支護，盡也許使其在開挖面周壁上迅速閉合。假如是臺階開挖，可在上半部開挖后盡快作出半部閉合，使圍巖盡早受到約束。總之，不管采用哪一種類型的支護，都必須根據工程實際情況及圍巖變形狀態(tài)而定。B．襯砌結構及早閉合。膨脹土圍巖隧道開挖后，圍巖向內擠壓變形一般是在四周同時發(fā)生，所以施工時規(guī)定隧道襯砌及早封閉。從理論上講，拱部、邊墻及仰拱宜整體完畢，襯砌受力條件最佳。但受施工條件的限制往往難以實現。因此，在灌筑拱圈部分時，應在上臺階的底部先設立臨時混凝土仰拱或噴射混凝土作臨時仰拱，以使拱圈在邊墻、仰拱未完畢前，自身形成臨時封閉結構。然后當進行下部臺階施工時，再拆除臨時仰拱，并盡快灌筑永久性仰拱。10.4.3黃土黃土是在干燥氣候條件下形成的一種具有褐黃、灰黃或黃褐等顏色，并有針狀大孔、垂直節(jié)理發(fā)育的特殊性土。黃土在我國分布較廣。黃河中游的河南西部、山西南部、陜西和甘肅的大部分地區(qū)為我國黃土和濕陷性黃土的重要分布區(qū)。這些地區(qū)的黃土分布厚度大、地層全而連續(xù)，發(fā)育亦較典型。（1）黃土對隧道施工的影響1）黃土節(jié)理：在紅棕色或深褐色的古土壤黃土層，常具有各方向的構造節(jié)理，有的原生節(jié)理呈X型，成對出現，并有一定延續(xù)性。在隧道開挖時，土體容易順著節(jié)理張松或剪斷。假如這種地層位于坑道頂部，則極易產生“塌頂”。假如位于側壁，則普遍出現側壁掉土，若施工時解決不妥，常會引起較大的坍塌。2）黃士沖溝地段：隧道在黃土沖溝或塘邊地段施工時，當隧道在較長的范圍內沿著沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或偏壓很大的情況下，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現象。3）黃土溶洞與陷穴：黃土溶洞與陷穴，是黃土地區(qū)經常見到的不良地質現象，隧道若修建在其上方，則有基礎下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂的危險。隧道若修建在其鄰側，則有也許承受偏壓。4）水對黃土隧道施工的影響；在具有地下水的黃土層中修建隧道，由于黃土在干燥時很堅固，承壓力也較高，施工可順利進行。當其受水浸濕后，呈不同限度的濕陷后，會忽然發(fā)生下沉現象，使開挖后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，假如支護措施滿足不了變化后的情況，極容易導致坍塌。施工中洞內排水不良，洞內道路會形成泥濘難行，不管是無軌還是有軌運送都會給道路的維護、機械的使用與保養(yǎng)、隧道的鋪底或仰拱施工作業(yè)等方面帶來很大的困難。（2）黃土隧道的施工方法1）黃土隧道施工，應做好黃土中構造節(jié)理的產狀與分布狀況的調查。對因構造節(jié)理切割而形成的不穩(wěn)定部位，在施工時加強支護措施，防止坍塌，以策安全施工。2）施工中應遵循“短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”的施工原則，緊湊施工工序，精心組織施工。3）開挖方法直采用短臺階法或分部開挖法（留核心法），初期支護應緊跟開挖面施作。4）黃土圍巖開挖后暴露時間過長，圍巖周壁風化至內部，圍巖體松弛加快，進而發(fā)生坍方。因此，宜采用復合式襯砌，開挖后以噴射混凝土、錨桿、鋼筋網和鋼支撐作初期支護，以形成嚴密的支護體系。必要時可采用超前錨桿、管棚支撐加固圍巖。在初期支護基本穩(wěn)定后，進行永久支護襯砌。襯砌背后回填要密實，特別是拱頂回填。5）做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善解決好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周邊，導致土體坍塌。在具有地下水的黃土層中施工時，洞內應施作良好的排水設施。水量較大時，應采用井點降水等法將地下水位降至隧道襯砌底部以下，以改善施工條件加快施工速度。在干燥無水的黃土層中施工，應管理好施工用水，不使廢水漫流。（3）黃土隧道施工的注意事項1）施工中如發(fā)現工作面有失穩(wěn)現象，應及時用噴射混凝土封閉、加設錨桿、架立鋼支撐等加強支護。實驗表白，在黃土隧道中噴射混凝土和砂漿錨桿作為施工臨時支護效果良好。2）施工時特別注意拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應用漿砌片石回填。如發(fā)現該處主體承載力不夠，應立即采用相應措施進行加固。3）黃土隧道施工，宜先作仰拱，假如不能先作仰拱時，可在開挖與灌筑仰拱前，為防止邊墻向內位移，應加設橫撐。4）施工中如發(fā)現不安全因素時，應暫停開挖，加強臨時支護，以便采用適應性的工序安排。10.4.4溶洞溶洞是以巖溶水的溶蝕作用為主，間有潛蝕和機械塌陷作用而導致的基本水平方向延伸的通道。溶洞是巖溶現象的一種。巖溶是指可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖、白云質灰?guī)r、石膏、巖鹽等，受水的化學和機械作用產生溝槽、裂縫和空洞以及由于空洞的頂部塌落使地表產生陷穴、洼地等類現象和作用。我國石灰?guī)r分布極廣，常會碰到溶洞。因此，在這些地區(qū)修建隧道，必須予以注意。（1）溶洞的類型及對隧道施工的影響溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易解決，而活、濕、大的溶洞，解決方法則較為復雜。當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質破碎，容易發(fā)生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于解決。有時碰到填滿飽含水份的充填物溶槽，當坑道掘進至其邊沿時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時碰到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯、分支錯綜復雜、范圍寬廣，解決十分困難。（2）隧道碰到溶洞的解決措施1）隧道通過巖溶區(qū)，應查明溶洞分布范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定限度、填充物和地下水情況，據以擬定施工方法。對尚在發(fā)育或穿越暗河水囊等地質條件復雜的巖溶區(qū)，應查明情況審慎選定施工方案。對有也許發(fā)生忽然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必須事先制定措施，保證施工安全。2）隧道穿過巖溶區(qū)，如巖層比較完整、穩(wěn)定，溶洞已停止發(fā)育，有比較堅實的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地質情況，如有變化便于采用相應的措施。如溶洞尚在發(fā)育或穿越暗河水囊等巖溶區(qū)時，則必須探明地下水量大小、水流方向等，先要解決施工中的排水問題，一般可采用平行導坑的施工方案，以超前鉆探方法，向前掘進。當出現大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情況時，平導可作為泄水通道，正洞堵塞時也可運用平導在前方開辟掘進工作面，不致正洞停工。3）巖溶地段隧道常用解決溶洞的方法，有“引、堵、越、繞”四種。A．引碰到暗河或溶洞有水流時，直排不宜堵。應在查明水源流向及其與隧道位置的關系后，用暗管、涵洞、小橋等設施渲泄水流或開鑿泄水洞將水排除洞外（圖10.4.1）。當巖溶水流的位置在隧道頂部或高于隧道頂部時，應在適當距離處，開鑿引水斜洞（或引水槽）將水位減少到隧底標高以下，再行引排。當隧道設有平行導坑時，可將水引入平行導坑排出。B．堵對已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據其與隧道相圖10.4.1橋涵渲泄水流示意圖交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉；或加深邊墻基礎，加固隧道底部（圖10.4.2）。當隧道拱頂部有空溶洞時，可視溶洞的巖石破碎限度在溶洞頂部采用錨桿或錨噴網加固，必要時可考慮注漿加固并加設隧道護拱及拱頂回填進行解決（圖10.4.3）。圖10.4.2溶洞堵填示意圖圖10.4.3噴鋪加固與護拱示意圖C．越當隧道一側碰到狹長而較深的溶洞，可加深該側的邊墻基礎通過（圖10.4.4）。隧道底部遇有較大溶洞并有流水時，可在隧道底部以下砌筑圬工支墻，支承隧道結構，并在支墻內套設涵管引排溶洞水（圖10.4.5）。隧道邊墻部位碰到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎時，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過（圖10.4.6）。當隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時，可加強兩邊墻基礎，并根據情況設立橋臺架梁通過（圖10.4.7）。隧道穿過大溶洞，情況較為復雜時，可根據情況，采用邊墻梁、行車梁等，由設計單位負責特殊設計后施工。圖10.4.4加深邊墻基礎示意圖圖10.4.5支墻內套設涵管示意圖D．繞在巖溶區(qū)施工，個別溶洞解決耗時且困難時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續(xù)進行隧道前方施工，并同時解決溶洞，以節(jié)省時間，加快施工進度。繞行開挖時，應防止洞壁失穩(wěn)。（3）溶洞地段隧道施工的注意事項1）當施工達成溶洞邊沿，各工序應緊密銜接，支護和襯砌趕前。同時應運用探孔或物探作超前預報，設法探明溶洞的形狀、范圍、大小、充填物及地下水等情況，據以制定施工解決方案及安全措施。2）施工中注意檢查溶洞頂部，及時解決危石。當溶洞較大較高且頂部破碎時，應先噴射混凝土加固，再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿，并應設立施工防護架或鋼筋防護網。圖10.4.6筑拱跨過示意圖圖10.4.7架梁跨過示意圖3）在溶蝕地段的爆破作業(yè)應盡量做到多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量減少對圍巖的擾動。防止在一次爆破后溶洞內的填充物忽然大量涌入隧道，或溶洞水忽然襲擊隧道，導致嚴重損失。4）在溶洞充填體中掘進，如充填物松軟，可用超前支護施工。如充填物為極松散的礫石、塊石堆積或流塑狀粘土及砂粘土等可于開挖前采用地表注漿、洞內注漿或地表和洞內注漿相結合加固。如遇顆粒細、含水量大的流塑狀土壤，可采用劈裂注漿技術，注入水泥漿或水泥水玻璃雙液漿進行加固。5）溶洞未做出解決方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。因棄渣覆蓋了溶洞，不僅不能了解其真實情況，反而會導致更多困難。10.4.5坍方隧道開挖時，導致坍方的因素有多種，概括起來可歸結為：一是自然因素，即地質狀態(tài)、受力狀態(tài)、地下水變化等；二是人為因素，即不適當的設計，或不適當的施工作業(yè)方法等。由于坍方往往會給施工帶來很大困難和很大經濟損失。因此，需要盡量注意排除會導致坍方的各種因素，盡也許避免坍方的發(fā)生。（1）發(fā)生坍方的重要因素1）不良地質及水文地質條件A．隧道穿過斷層及其破碎帶，或在薄層巖體的小曲褶、錯動發(fā)育地段，一經開挖，潛在應力釋放快、圍巖失穩(wěn)，小則引起圍巖掉塊、坍落，大則引起坍方。當通過各種堆積體時，由于結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后引起坍塌。在軟弱結構面發(fā)育或泥質充填物過多，均易產生較大的坍塌。B．隧道穿越地層覆蓋過薄地段，如在沿河傍山、偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段極易發(fā)生坍方。C．水是導致坍方的重要因素之一。地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇巖體的失穩(wěn)和坍落。巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強度大為減少，因而發(fā)生滑坍。2）隧道設計考慮不周A．隧道選定位置時，地質調查不細，未能作具體的分析，或未能查明也許坍方的因素。沒有繞開可以繞避的不良地質地段。B．缺少較具體的隧道所處位置的地質及水文地質資料，引起施工指導或施工方案的失誤。3）施工方法和措施不妥A．施工方法與地質條件不相適應；地質條件發(fā)生變化，沒有及時改變施工方法；工序間距安排不妥；施工支護不及時，支撐架立不合規(guī)定，或抽換不妥“先拆后支”；地層暴露過久，引起圍巖松動、風化、導致坍方。B．噴錨支護不及時，噴射混凝土的質量、厚度不符合規(guī)定。C．按新奧法施工的隧道，沒有按規(guī)定進行量測，或信息反饋不及時，決策失誤、措施不力。D．圍巖爆破用藥量過多，因震動引起坍塌。E．對危石檢查不重視、不及時，解決危石措施不妥，引起巖層坍塌。（2）防止坍方的施工措施1）隧道施工防止坍方，選擇安全合理的施工方法和措施至關重要。在掘進到地質不良圍巖破碎地段，應采用“先排水、短開挖、弱爆破、強支護、早襯砌、勤量測”的施工方法。必須制訂出切實可行的施工方案及安全措施。2）加強坍方的預測。為了保證施工作業(yè)安全，及時發(fā)現坍方的也許性及征兆，并根據不同情況采用不同的施工方法及控制坍方的措施，需要在施工階段進行坍方預測。預測坍方常用的幾種方法：A．觀測法(a)．在掘進工作面采用探孔對地質情況或水文情況進行探察，同時對掘進工作面應進行地質素描，分析判斷掘進前方有無也許發(fā)生坍方的超前預測。(b)．定期和不定期地觀測洞內圍巖的受力及變形狀態(tài)；檢查支護結構是否發(fā)生了較大的變形；觀測是否巖層的層理、節(jié)理裂隙變大，坑頂或坑壁松動掉塊；噴射混凝土是否發(fā)生脫落；以及地表是否下沉等。B．一般量測法準時量測觀測點的位移、應力，測得數據進行分析研究，及時發(fā)現不正常的受力、位移狀態(tài)及有也許導致坍方的情況。C．微地震學測量法和聲學測量法前者采用地震測量原理制成的靈敏的專用儀器；后者通過測量巖石的聲波分析擬定巖石的受力狀態(tài)，并預測坍方。3）加強初期支護，控制坍方：當開挖出工作面后，應及時有效地完畢噴錨支護或噴錨網聯合支護，并應考慮采用早強噴射混凝土、早強錨桿和鋼支撐支護措施等。這對防止局部坍塌，提高隧道整體穩(wěn)定性具有重要的作用。（3）隧道坍方的解決措施1）隧道發(fā)生坍方，應及時迅速解決。解決時必須具體觀測坍方范圍、形狀、坍穴的地質構造，查明坍方發(fā)生的因素和地下水活動情況，經認真分析，制定解決方案。2）解決坍方應先加固未坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。并可按下列方法進行解決：A．小坍方，縱向延伸不長、坍穴不高，一方面加固坍體兩端洞身，并抓緊噴射混凝土或采用錨噴聯合支護封閉坍穴頂部和側部，再進行清渣。在保證安全的前提下，也可在坍渣上架設臨時支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣。臨時支架待灌筑襯砌混凝土達成規(guī)定強度后方可拆除。B．大坍方，坍穴高、坍渣數量大，坍渣體完全堵住洞身時，宜采用先護后挖的方法。在查清坍穴規(guī)模大小和穴頂位置后，可采用管棚法和注漿固結法穩(wěn)固圍巖體和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按先上部后下部的順序清除渣體，采用短進尺、弱爆破、早封閉的原則挖坍體，并盡快完畢襯砌（圖10.4.8）。C．坍方冒頂，在清渣前應支護陷穴口，地層極差時，在陷穴口附近地面打設地表錨桿，洞內可采用管棚支護和鋼架支撐。D．洞口坍方，一般易坍至地表，可采用暗洞明作的辦法。圖10.4.8大規(guī)模坍方解決實例示意圖1—第一次注漿；2—第二次注漿；3—第三次注漿；4—管棚；5—坍線；6—坍體；7—初期支護；8—注漿孔；9—混凝土封堵墻3）解決坍方的同時，應加強防排水工作。坍方往往與地下水活動有關，治坍應先治水。防止地表水滲入坍體或地下，引截地下水防止?jié)B入坍方地段，以免坍方擴大。具體措施：A．地表沉陷和裂縫，用不透水土壤夯填緊密，開挖截水溝，防止地表水滲入坍體。B．坍方通頂時，應在陷穴口地表四周挖溝排水，并設雨棚遮蓋穴頂。陷穴口回填應高出地面并用粘土或圬工封口，做好排水。C．坍體內有地下水活動時，應用管槽引至排水溝排出。防止坍方擴大。4）坍方地段的襯砌，應視坍穴大小和地質情況予以加強。襯砌背后與坍穴洞孔周壁間必須緊密支撐。當坍穴較小時，可用漿砌片石或干砌片石將坍穴填滿；當坍穴較大時，可先用漿砌片石回填一定厚度，其以上空間應采用鋼支撐等頂住穩(wěn)定圍巖；特大坍穴應作特殊解決。5）采用新奧法施工的隧道或有條件的隧道，坍方后要加設量測點，增長量測頻率，根據量測信息及時研究對策。淺埋隧道，要進行地表下沉測量。10.4.6松散地層松散地層結構松散，膠結性弱，穩(wěn)定性差，在施工中極易發(fā)生坍塌。如極度風化破碎已失巖性的松散體；漂卵石地層、砂夾礫石和具有少量粘土的土壤以及無膠結松散的干沙等。隧道穿過這類地層，應減少對圍巖的擾動，一般采用先護后挖，密閉支撐，邊挖邊封閉的施工原則，必要時可采用超前注漿改良地層和控制地下水等措施。下面簡述幾種重要施工方法：（1）超前支護隧道開挖前，先向圍巖內打入釬、管、板等構件，用以預先支護圍巖，防止坑道掘進時巖體發(fā)生坍塌。1）超前錨桿或超前小鋼管：采用這種方法是爆破前，將超前錨桿或小鋼管打入掘進前方穩(wěn)定的巖層內。末端支撐在拱部圍巖內的懸吊錨桿或格柵拱支撐上。使其起到支護掘進進尺范圍內拱部上方，有效地約束圍巖在爆破后的一定期間內不發(fā)生松弛坍塌。超前鋪桿宜采用早強型砂漿錨桿，以盡早發(fā)揮超前支護作用。2）超前管棚法：此法合用于圍巖為砂粘土、粘砂土、亞粘土、粉砂、細砂、砂夾卵石夾粘土等非常散軟、破碎的土壤，鉆孔后極易塌孔的地層。在采用此法時，管棚長度應按地質情況選用，但應保證開挖后管棚有足夠的超前長度。為增長管棚剛度，可在鋼管內灌入混凝土或設立鋼筋籠，注入水泥砂漿。于是在地層中建立起一個臨時承載棚，在其防護下施工。（2）超前小導管預注漿超前小導管預注漿是沿開挖外輪廓線，以一定角度打入管壁帶孔的小導管，并以一定壓力向管內壓注水泥或化學漿液的措施。它既能將洞周邊巖體預加固，又能起超前預支護作用。此法合用于自穩(wěn)時間很短的砂層、砂卵（礫）石層等松散地層施工。（3）降水、堵水在松散地層中含水，對隧道施工的危害極大。排除施工部位的地下水，有助于施工。降水、堵水的方法較多，如降水可在洞內或輔助坑道內井點降水。在埋深較淺的隧道中，可用深井泵降水，在洞外地面隧道兩側布點進行。在地下水豐富，并且排水條件或排水費用太高，通過技術、經濟比選，可采用注漿堵水措施。注漿堵水又分地面預注漿和洞內開挖工作面預注漿。兩者采用哪種方法，應根據隧道埋深、工程地質和水文地質情況；鉆孔和壓漿設備能力；以及技術、經濟、工期等方面進行綜合分析后采用。10.4.7流沙流沙是沙土或粉質粘土在水的作用下喪失其內聚力后形成的，多呈糊漿狀，對隧道施工危害極大。由于流沙可引起圍巖失穩(wěn)坍塌，支護結構變形，甚至倒塌破壞。因此，治理流沙必先治水，以減少沙層的含水量為主。宜采用以下措施進行治理：（1）加強調查，制訂方案：施工中應調查流沙特性、規(guī)模，了解地質構成、貫入度、相對密度。粒徑分布、塑性指數、地層承載力、滯水層分布、地下水壓力和透水系數等，并制訂出切實可行的治理方案。（2）因地制宜，綜合治水：隧道通過流沙地段，解決地下水的問題，是解決隧道流沙、流泥施工難題中的首要關鍵技術。施工時，因地制宜，采用“防、截、排、堵”的治理方法。1）防——建立地表溝槽導排系統(tǒng)及仰坡地表局部防滲解決，防止降雨和地表水下滲。2）截——在正洞之外水源一側，采用深井降水，將儲藏豐富構造裂隙水，通過深井抽水排走，減少正洞的靜水和動水壓力，對地下水起到攔截作用。3）排——有條件的隧道在正洞水源下游一側開挖一條洞底低于正洞仰拱的泄水洞，用以降排正洞的地下水，或采用水平超前鉆孔真空負壓抽水的辦法，排除正洞的地下水。4）堵——采用注漿方法充填裂隙，形成止水帷幕，減少或堵塞滲水通道。以上幾種施工方法，應根據工程地質、水文地質條件和地下水的性質、類型、賦存部位以及工期規(guī)定和經濟效益等因素綜合分析，合理選用。（3）先護后挖，加強支護：開挖時必須采用自上而下分部進行，先護后挖，密閉支撐，邊挖邊封閉，遇縫必堵，嚴防沙粒從支撐縫隙中逸出。也可采用超前注漿，以改善圍巖結構，用水泥漿或水泥水玻璃為主的注漿材料注入或用化學藥液注漿加固地層，然后開挖。在施工中應觀測支撐和襯砌的實際沉落量的變化，及時調整預留量。架立支撐時應設底梁并縱橫、上下連接牢固，以防箱架斷裂傾倒。拱架應加強剛度，架立時設立底梁并墊平楔緊，拱腳下墊鋪牢固。支撐背面用木板或槽型鋼板遮擋，嚴防流沙從支撐間逸出。在流沙逸出口附近較干燥圍巖處，應盡快打入鋪桿或施作噴射混凝土，加固圍巖，防止逸出擴大。（4）盡早襯砌，封閉成環(huán)：流沙地段，拱部和邊墻襯砌混凝土的灌筑應盡量縮短時間，盡快與仰拱形成封閉環(huán)。這樣，即使圍巖中出現流沙也不會對洞身襯砌導致破壞。10.4.8巖爆埋藏較深的隧道工程，在高應力、脆性巖體中，由于施工爆破擾動原巖，巖體受到破壞，使掌子面附近的巖體忽然釋放出潛能，產生脆性破壞，這時圍巖表面發(fā)生爆裂聲，隨之有大小不等的片狀巖塊彈射剝落出來。這種現象稱之巖爆。巖爆有時頻繁出現，有時甚至會延續(xù)一段時間后才逐漸消失。巖爆不僅直接威脅作業(yè)人員與施工設備的安全，并且嚴重地影響施工進度，增長工程造價。（1）隧道內巖爆的特點1）巖爆在未發(fā)生前并無明顯的預兆（雖然通過仔細找頂并無空響聲）。一般認為不會掉落石塊的地方，也會忽然發(fā)生巖石爆裂聲響，石塊有時應聲而下，有時暫不墜落。這與塌頂和側壁坍塌現象有明顯的區(qū)別。2）巖爆時，巖塊自洞壁圍巖母體彈射出來，一般呈中厚邊薄的不規(guī)則片狀，塊度大小多呈幾厘米長寬的薄片，個別達幾十厘米長寬。嚴重時，上噸重的巖石從拱部彈落，導致巖爆性坍方。3）巖爆發(fā)生的地點，多在新開挖工作面及其附近，個別的也有距新開挖工作面較遠處。巖爆發(fā)生的頻率隨暴露后的時間延長而減少。一般巖爆發(fā)生在16天之內，但是也有滯后一個月甚至數月尚有發(fā)生巖爆。（2）巖爆產生的重要條件國內外的專家研究結果表白，地層的巖性條件和地應力的大小是產生巖爆與否的兩個決定性因素。從能量的觀點來看，巖爆的形成過程是巖體中的能量從儲存到釋放直至最終使巖體破壞而脫離母巖的過程。因此，巖爆是否發(fā)生及其表現形式就重要取決于巖體中是否儲存了足夠的能量，是否具有釋放能量的條件及能量釋放的方式等。（3）巖爆的防治措施巖爆產生的前提條件取決于圍巖的應力狀態(tài)與圍巖的巖性條件。在施工中控制和改變這兩個因素就也許防止或延緩巖爆的發(fā)生。因此，防治巖爆發(fā)生的措施重要有二：一是強化圍巖，二是弱化圍巖。強化圍巖的措施很多，如噴射混凝土或噴鋼纖維混凝土、錨桿加固、錨噴支護、錨噴網聯合、鋼支撐網噴聯合，緊跟混凝土襯砌等。這些措施的出發(fā)點是給圍巖一定的徑向約束，使圍巖的應力狀態(tài)較快地從平面轉向三維應力狀態(tài)，以達成延緩或克制巖爆發(fā)生的目的。弱化圍巖的重要措施是注水、超前預裂爆破、排孔法、切縫法等。注水的目的是改變巖石的物理力學性質，減少巖石的脆性和儲存能量的能力。后三者的目的是解除能量，使能量向有利的方向轉化和釋放。據文獻介紹，切縫法和排孔法能將能量向深層轉移。圍巖內的應力，特別是在切縫或排孔附近周邊的切向應力顯著減少。同時，圍巖內所積蓄的彈性應變能也得以大幅度地釋放，因而，可有效地防治巖爆。（4）巖爆地段隧道施工的注意事項1）如設有平行導坑，則平導應掘進超前正洞一定距離，以了解地質，分析也許發(fā)生巖爆的地段，為正洞施工達成相應地段時加強防治，采用必要措施。2）爆破應選用預先釋放部分能量的方法，如超前預裂爆破法、切縫法和排孔法等，先期將巖層的原始應力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。爆破應嚴格控制用藥量，以盡也許減少爆破對圍巖的影響。3）根據巖爆發(fā)生的頻率和規(guī)模情況，必要時應考慮縮短爆破循環(huán)進尺。初期支護和襯砌要緊跟開挖面，以盡也許減少巖層的暴露面和暴露時間，防止巖爆的發(fā)生。4）巖爆引起坍方時，應迅速將人員和機械撤到安全地段；采用摩擦型錨桿進行支護，增大初錨固力；采用鋼釬維噴射混凝土，克制開挖面圍巖的剝落；采用掛鋼筋網或用鋼支撐加固；充足作好巖爆現象觀測記錄；采用聲波探測預報巖爆工作。10.4.9高地溫隧道通過高溫、高熱地段，會給施工帶來困難。一般在火山地帶的地區(qū)修建隧道或地下工程會碰到比較高溫高熱的情況，如日本某地的發(fā)電廠工程的隧道，其圍巖溫度高達175℃（1）高地溫的熱源地熱的形成按熱源分類，可分為三大類：即地球的地幔對流；火山巖漿集中處的熱能及放射性元素的裂變熱成為熱源。其中，對隧道工程導致施工影響的，重要是火山的熱源和放射性元素的裂變熱源。1）火山熱的熱源：由于火山供應的熱是地下的巖漿集中處的熱能而產生熱水，這種熱水（泉水）成為熱源又將熱供應周邊的巖層。當隧道或地下工程穿過這種巖層，就有發(fā)生高溫、高熱的現象。2）放射性元素的裂變熱的熱源：根據日本文獻介紹，由于地殼內巖石中具有放射性物質，其裂變熱產生地溫，地下增溫率以所處的深度不同而異，其平均值為3℃／100m。東京大學院內測定的實例表白，該處地下增溫率為2．2℃／100m。假定地表溫度為15℃，地下增溫率以3℃／100m計，覆蓋層厚1000m深處的地溫則成為45℃。日本某地質調查所對30處深層熱水地區(qū)調查的結果，在平原地區(qū)認為不受火山熱源的影響，其地下2023m深處的地下溫度為（2）高地溫地段隧道施工的措施1）為保證隧道施工人員進行正常的安全生產，我國有關部門對隧道施工作業(yè)環(huán)境的衛(wèi)生標準都有規(guī)定。如鐵道部規(guī)定，隧道內氣溫不得超過28℃；交通部規(guī)定，隧道內氣溫不宜高于30℃。國外的資料介紹，日本規(guī)定隧道內溫度低于2）為達成規(guī)定的標準，在施工中一般采用通風和灑水及通風與酒水相結合的措施。地溫較高時，可采用大型通風設備予以降溫。地溫很高時，在正洞開挖工作面前方的一段距離，運用平導超前鉆探，如有熱水涌出，可在平導內增建降水、排水設施和排水鉆孔，以減少正洞的水位。如正洞施工中仍有熱水涌出時，可采用水玻璃水泥等藥液注漿，以發(fā)揮截水及穩(wěn)定圍巖的作用。3）高溫地段的襯砌混凝土：在高溫（如70℃A．為了防止高溫時的強度減少，應選定合適的水灰比，并考慮到對溫泉水的耐久性，宜采用高爐礦渣水泥（分離粉碎型水泥）?；炷僚浜媳群蛽胶蟿鲗嶒瀮?yōu)選。B．在防水板和混凝土襯砌之間設立隔熱材料，可隔斷從巖體傳播來的熱量，使混凝土內的溫度應力減少。C．把一般襯砌混凝土的澆筑長度適當縮短。D．用防水板和無紡布組合成緩沖材料，由于與噴混凝土隔離，因此，混凝土襯砌的收縮可不受到約束。E．適當設立裂縫誘發(fā)縫，一般在兩拱角延長方向設立。10.4.10瓦斯地層瓦斯是地下坑道內有害氣體的總稱，其成分以沼氣（甲烷CH4）為主，一般習慣即稱沼氣為瓦斯。當隧道穿過煤層、油頁巖或含瀝青等巖層，或從其附近通過而圍巖破碎、節(jié)理發(fā)育時，也許會碰到瓦斯。假如洞內空氣中瓦斯?jié)舛纫堰_成爆炸限度與火源接觸，就會引起爆炸，對隧道施工會帶來很大的危害和損失。所以，在有瓦斯的地層中修建隧道，必須采用相應措施，才干安全順利施工。（1）瓦斯的性質1）瓦斯（沼氣）為無色、無臭、無味的氣體，與碳化氫或硫化氫混合在一起，發(fā)生類似蘋果的香味，由于空氣中瓦斯?jié)舛仍鲩L，氧氣相應減少，很容易使人窒息或發(fā)生死亡事故。2）瓦斯比重為0.554，僅占空氣一半，所以在隧道內，瓦斯容易存在坑道頂部，其擴散速度比空氣大1．6倍，很容易透過裂隙發(fā)達、結構松散的巖層。3）瓦斯不能自燃，但極易燃燒，其燃燒的火焰顏色，隨瓦斯?jié)舛鹊脑龃蠖兊諝庵芯哂猩倭客咚箷r火焰呈蘭色，濃度達5％左右時，火焰呈淡青色。（2）瓦斯的燃燒和爆炸性當坑道中的瓦斯，濃度小于5％碰到火源時，瓦斯只是在火源附近燃燒而不會爆炸；瓦斯?jié)舛仍?%～6%到14％～16%時，碰到火源具有爆炸性；瓦斯?jié)舛却笥?4％～16％時，一般不爆炸，但遇火能安靜地燃燒，瓦斯?jié)舛缺ń缇€見表10.4.1。瓦斯爆炸濃度界線表10.4.1瓦斯?jié)舛龋?）爆炸界線5~6瓦斯爆炸下界線14~16瓦斯爆炸上界線9.5爆炸最強烈8.0最易點燃低于5.0、大于14~16不爆炸，與火焰接觸部分燃燒瓦斯燃燒時，碰到障礙而受壓縮，即能轉燃燒為爆炸。爆炸時能發(fā)生高溫，封閉狀態(tài)的爆炸（即容積為常數），溫度可達2150℃～2650℃，能向四周自由擴張時的爆炸（即壓力為常數）；溫度可達1850瓦斯爆炸時，爆炸波運動導致暴風在前，火焰在后，暴風碰到積存瓦斯，使它先受到壓力，然后火焰點燃發(fā)生爆炸。第二次瓦斯受到的壓力比本來的壓力大，因此爆炸后的破壞力也更巨劇烈。(3)瓦斯放出的類型從巖層中放出瓦斯，可分為三種類型：1）瓦斯的滲出：它是緩慢地、均勻地、不斷地從煤層或巖層的暴露面的空隙中滲出，延續(xù)時間很久，有時帶有一種嘶音。2）瓦斯的噴出：比上述滲出強烈，從煤層或巖層裂縫或孔洞中放出，噴出的時間有長有短，通常有較大的響聲和壓力。3）瓦斯的突出：在短時間內，從煤層或巖層中，忽然劇烈地噴出大量瓦斯，噴出的時間，也許從幾分鐘到幾小時，噴出時常有巨大轟響，并夾有煤塊或巖石。以上三種瓦斯放出形式，以第一種放出的瓦斯量為大。(4)防止瓦斯事故的措施1）隧道穿過瓦斯溢出地段，應預先擬定瓦斯探測方法，并制訂瓦斯稀釋措施、防爆措施和緊急救援措施等。2）隧道通過瓦斯地區(qū)的施工方法，宜采用全斷面開挖，因其工序簡樸、面積大、通風好，隨掘進隨襯砌，可以不久縮短煤層的瓦斯放出時間和縮小圍巖暴露面，有助于排除瓦斯。上下導坑法開挖，因工序多，巖層暴露的總面積多，成洞時間長，洞內各工序交錯分散，易使瓦斯分處積滯濃度不勻。采用這種施工方法，規(guī)定工序間距離盡量縮短，盡快襯砌封閉瓦斯地段，并保證混凝土的密實性，以防瓦斯溢出。3）加強通風是防止瓦斯爆炸最有效的辦法。把空氣中的瓦斯?jié)舛却档奖舛纫韵碌?／5～1／10，將其排出洞外，有瓦斯的坑道，決不允許用自然通風，必須采用機械通風。通風設備必須防止漏風，并配備備用的通風機，一旦原有通風機發(fā)生故障時，備用機械能立即供風。保證工作面空氣內的瓦斯?jié)舛仍谠试S限度內。當通風機發(fā)生故障或停止運轉時，洞內工作人員應撤離到新鮮空氣地區(qū)，直至通風恢復正常，才準許進入工作面繼續(xù)工作。4）洞內空氣中允許的瓦斯?jié)舛葢刂圃谙率鲆?guī)定以下：A．洞內總回風風流中小于0.75％。B．從其他工作面進來的風流中小于0．5％。C．掘進工作面2％以下。D．工作面裝藥爆破前1％以下。如瓦斯?jié)舛瘸^上述規(guī)定，工作人員必須立即撤到符合規(guī)定的地段，并切斷電源。5）開挖工作面風流中和電動機附近20m以內風流中瓦斯?jié)舛冗_成1.5％時，必須停工。停機，撤出人員，切斷電源，進行解決。開挖工作面內，局部積聚的瓦斯?jié)舛冗_成2％時，附近20m內，必須停止工作，切斷電源，進行解決。因瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定而切斷電源的電氣設備，都必須在瓦斯?jié)舛冉档?％以下時，方可開動機器。6）瓦斯隧道必須加強通風，防止瓦斯積聚。由于停電或檢修，使重要通風機停止運轉，必須有恢復通風、排除瓦斯和送電的安全措施。恢復正常通風后，所有受到停風影響的地段，必須通過監(jiān)測人員檢查，確認無危險后方可恢復工作。所有安裝電動機和開關地點的20m范圍內，必須檢查瓦斯，符合規(guī)定后才可啟動機器。局部通風機停止運轉，在恢復通風前，亦必須檢查瓦斯，符合規(guī)定方可開動局部風機，恢復正常通風。7）如開挖進入煤層，瓦斯排放量較大，使用一般的通風手段難以稀釋到安全標準時，可使用超前周邊全封閉預注漿。在開挖前沿掌子面拱部、邊墻、底部輪廓線軸向輻射狀布孔注漿，形成一個全封閉截堵瓦斯的帷幕。特別對煤層垂直方向和斷層地帶進行阻截注漿，其效果會更佳。開挖后要及時進行噴錨支護，并保證其厚度，以免漏氣和防止圍巖的失穩(wěn)。8）采用防爆設施A．遵守電器設備及其他設備的保安規(guī)則，避免發(fā)生電火，瓦斯散發(fā)區(qū)段，使用防爆安全型的電器設備，洞內運轉機械須具有防爆性能，避免運轉時發(fā)生高溫火花。B．鑿巖時用濕式鉆巖，防止鉆頭發(fā)生火花，洞內操作時，防止金屬與堅石撞擊、摩擦發(fā)生火花。C．爆破作業(yè)，使用安全炸藥及毫秒電雷管，采用毫秒雷管時，最后一段的延期時間不得超過130ms。爆破電閘應安裝在新鮮風流中，并與開挖面保持200m左右距離。D．洞內只準用電纜，不準使用皮線。使用防爆燈或蓄電池燈照明。E．鏟裝石渣前必須將石渣澆濕，防止金屬器械摩擦和撞擊發(fā)生火花。（5）嚴格執(zhí)行有關制度1）崩潰斯檢查制度：指定專人、定期和經常進行檢查，測量風流和瓦斯含量，嚴格執(zhí)行瓦斯允許濃度的規(guī)定。瓦斯檢查手段可采用瓦斯遙測裝置、定點報警儀和手持式光波干涉儀。隨時發(fā)現異常情況，應及時報告技術主管負責人，采用措施進行解決。2）洞內嚴禁使用明火，嚴禁將火柴、打火機、手電筒及其他易燃品帶入洞內。3）進洞人員必須通過瓦斯知識和防止瓦斯爆炸的安全教育。搶救人員未經專門培訓不準在瓦斯爆炸后進洞搶救。4）瓦斯檢查人員必須挑選工作認真負責、有一定業(yè)務能力、通過專業(yè)培訓、考試合格者，方可進行監(jiān)測工作。以上僅介紹了瓦斯隧道施工的幾項重要制度，施工時要按照瓦斯防爆的技術安全規(guī)則與有關制度嚴格執(zhí)行。10.5開挖在目前條件下，開挖隧道的重要方法仍然是鉆孔爆破法。開挖工作涉及鉆眼、裝藥、爆破等幾項工作內容，對于開挖工作應做到下面幾點規(guī)定：A．按設計規(guī)定開挖出斷面（涉及形狀、尺寸、表面平整、超挖、欠挖等規(guī)定）；B．石渣塊度（石渣大?。┍阌谘b渣作業(yè)；C．掘進速度快，少占作業(yè)循環(huán)時間；D．爆破在充足發(fā)揮其能力的前提下，減少對圍巖的震動破壞，減少對施工用品設備及支護結構的破壞，并盡量節(jié)省爆破器材消耗隧道施工所采用的爆破方法中，用得最多的是炮眼爆破法。爆破方法要研究的問題重要是炮眼布置、炮眼參數以及裝藥起爆等。10.5.1炮眼布置和周邊眼的控制爆破掘進工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。如圖10.5.1所示。（1)掏槽眼布置掏槽眼的作用是將開挖面上某一部位的巖石掏出一個槽，以形成新的臨空面，為其它炮眼的爆破發(fā)明有利條件。掏槽炮眼一般要比其他炮眼深10~20cm，以保證爆破后開挖深度一致。根據坑道斷面、巖石性質和地質構造等條件，掏槽眼排列形式有很多種，總的可提成斜眼掏槽和直眼掏槽兩大類，如圖10.5.2所示。1）斜眼掏槽其特點是掏槽眼與開挖面斜交。常用的有錐形掏槽，楔形掏槽，單向掏糟。其中最常用的是豎楔形掏槽（圖10.5.2b）。斜眼掏槽的優(yōu)點是可以按巖層的實際情況選擇掏槽方式和掏槽角度，容易把巖石拋出，并且所需掏槽眼的個數較少。缺陷是眼深受坑道斷面尺寸的限制，也不便于多臺鉆機同時鑿巖。為了防止相鄰炮眼或相對炮眼之間的殉爆，裝藥炮眼之間的距離不能小于20cm。2）直眼掏槽直眼掏槽可以實行多機鑿巖、鉆眼機械化和深眼爆破，從而為加快掘進速度提供了有利條件。直眼掏槽鑿巖作業(yè)比較方便，不需隨循環(huán)進尺的改變而變化掏槽型式，僅需改變炮眼深度；而斜眼掏槽則要隨循環(huán)進尺的不同而改變炮眼位置和角度。直眼掏槽石碴拋擲距離也可縮短。所以目前現場多采用直眼掏槽。但直眼掏槽的炮眼數目和單位用藥量要增多，炮眼位置和鉆眼方向也規(guī)定高度準確，才干保證良好的掏槽效果，技術比較復雜。1~4為掏槽炮眼5~10為輔助炮眼其余為周邊炮眼圖10.5.1圖10.5.2直眼掏槽的形式很多，過去常用的有：龜裂掏槽，五梅花掏槽和螺旋掏槽。近年來，由于重型鑿巖機投入