浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响

左 智

(山西省交通建设工程监理总公司)



浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响

左 智

(山西省交通建设工程监理总公司)

对隧道病害产生的原因进行相应的分析，并且对隧道病害进行分类，才能有效地对隧道病害的研究助一臂之力。

膨胀性围岩；隧道施工；影响；施工要点

1 膨胀性围岩的特点

1.1 湿胀干缩往复变形

干燥的膨胀性围岩岩不易开裂，但是非常的脆，这样在受到一定作用力之后，容易产生脆裂，尤其是垂直和水平方向的裂缝尤其的明显，而且当围岩的裂纹深度变深时，其裂缝的宽度和拓宽速度会减少和消失，但如果不幸被雨水或其他水浸润后，这些裂缝被水湿润的裂缝层会破裂，慢慢萎缩，让其抗压和抗拉强度大大减少。膨胀性围岩的结构复杂，黏土颗粒通常更丰富，而且形态不可预知，可塑性又非常强，而且主要是压缩的围岩中。它们其中的主要成分为蒙脱石粘土，矿物成分为伊利石和多水高岭土和其他亲水性矿物，这些矿物的化学组成主要有二氧化硅和氧化铝和氧化铁矿物的化合物。进水在许多化学反应和物理变化后，会发生明显的膨胀、软化，当它们失去水分后又会收缩硬化，简而言之，它是湿和干的性能明显不同。

1.2 潜在应力

在许多软质的膨胀岩中(页岩，泥岩，泥岩及凝灰岩)，往往会含有一定的土壤。这些软膨胀岩的一般有以下特点，如果在断层或褶皱带附近，直接暴露在风化和雨水的影响下很快就会膨胀扩大，在隧道中也不例外。特别是当围岩破坏区的膨胀间隙有粘土，由于其组成的矿物成分，所以在隧道施工后立即膨胀，尤其是直接暴露在雨水中，扩张膨大的速度特别快。

2 膨胀性围岩对隧道施工影响

2.1 围岩普通开裂

在基坑开挖后的土壤表面的初始应力的作用下，裂纹扩展导致水流自由通过，会造成表层土壤水分蒸发，干燥开裂。这些因素，会导致裂缝宽度扩大，膨胀围岩特别是拱围岩易拉裂，形成局部变形，引起裂缝。

2.2 隧道下沉

鉴于隧道底部膨胀体的承载能力比较低下，如果出现隧道上部的围岩因为压力过大而产生沉降。在与隧道开挖后暴露的土层都会有这种情况——岩石开挖后出现风化膨胀、收缩压力变大，隧道变形或折断，支撑体故障，遭到破坏，导致岩土体坍塌、挤压和膨胀。

2.3 围岩膨胀凸出和坍塌

隧道在开始挖掘之时和开挖之后，由于某些因素会导致围岩膨胀变形，在土体面上，由于体积扩大，只有通过膨胀来减少压力，在失去支持力或支持的条件后，如果没有足够的压力，围岩会产生局部坍塌。

2.4 隧道底部隆起

隧道底部隆起是指在隧道底部开挖后，垂直压力拱支撑消失，而且没有其他限制，导致膨胀产生的压力被释放，膨胀围岩对产生产生应力形变，而且在积水的隧道内，底部的土体会被水浸润，使变形隆起。

3 膨胀性围岩隧道施工要点

3.1 开挖技术控制

在基坑开挖方法方面的考虑中，过多配置开挖的区域是不被支持，因为这在初期不能尽快形成以滩结构，不能保证开挖下部时结构的稳固，开挖完成后也不利于支持和日常维护，在遇到极软弱围岩时，要保留核心的岩土层，挖出上部支持的核心土层要保留，以避免太多的开挖面暴露对整个底层的影响。

3.2 衬砌断面内轮廓型式

对于弱膨胀围岩对于隧道施工的影响，国内外的研究表明隧道断面轮廓对岩石的膨胀影响巨大。德国学者根据扩展规律与有限元分析结果表明，U形的轮廓隆起几乎是正圆(O形)的4倍。国内外实测数据表明，地壳中的应力水平在一定深度条件下，垂直应力往往超过水平应力两倍多。近年来，我国的专家学者对隧道衬砌强度的性质和仰拱效应的测试研究中表明，U形断面如在不同的方向受力，如果应力是拱形的破坏形式，会得出这样的结论：口处和墙结构是薄弱环节，因此在设计和施工膨胀性围岩时应在单，双U型截面的现有基础上进行脚墙的圆拱形加固，减少集中应力，发挥最大的保护作用。

3.3 二次衬砌混凝土施工技术

隧道施工中，拱墙的混凝土施工从上到下，是有缺点的，不可取的，为了减少通过上部结构浇筑时的变形，要在一个完整的横截面的支持下不相互干扰的情况内进行浇筑。原来的混凝土浇筑方法不符合新技术的施工原理，要通过有效的加强减少施工缝隙并合理利用结构，进行改造。在拱脚浇筑之前，要形成一个封闭的多功能混凝土地基基础：对地基进行封闭，以防止被水长时间的浸泡导致软化；对于墙和拱脚的支护，在完成了底面约束的条件下，要形成支持结构墙，并共同形成一个封闭环；底部仰拱超前作用在混凝土表面应变分布可根据刚度比突起，以提高地基承载力。

3.4 加强隧道支护技术

(1)隧道开挖后支护工作要立即进行，除了混凝土喷射外其他操作都要应尽可能早的进行隧道支护；(2)在膨胀的压力下，不同类型的钢支撑，钢环的选择和使用应根据实际状态和围岩的情况决定；(3)如木材或钢木混合支架间距应加密，支持用的木材或钢板的楔合处在围岩附近的应该密实，在拱形支持和扩展的位置，我们必须有足够的沉降率；(4)输注后的拱环要有足够的强度，如果没有，应立即加固，以便抵挡横向两侧部分向内的挤压压力，使之不至于变形。

3.5 安全施工措施

首先，加强地质预测和控制，确保安全施工。委托具有地质预测职业资格的设计院或者专家负责实施，聘请专业的团队负责隧道监控测量；其次，膨胀岩的施工中，要特别小心排水，避免水溢出；拱脚等地方要更加注意采取措施，注意泥土，石头等，还有许多有水流通过的管道在瓦砾和石块堆积下会产生破坏。其三，对混凝土中所有的灌抵岩壁在建设中，注意内衬修复后注浆施工时，确保所有地方的注浆，不遗漏空隙；其四，开挖的地方要注意保持干燥，不要太多地洒水；其五，要保持通风，控制温度和湿度，其六，在长锚杆施工中，每次机械运动必须要有一定的距离，以避免大量的水灌入岩土工程施工，导致侧墙和拱脚坍塌；另外，钻机钻井人员要注意学习，并且必须经过一定的培训，获得相关资质证书，能安全熟练地处理顶钻、顶水等突发现象。

4 结束语

在广大膨胀性围岩进行隧道施工施工技术中，分析围岩的特性是必要的，一定要根据不同的情况，在确保安全和可操作性的的前提下，增强效率，增进效益。机械隧道施工要在制定计划之前，分析以往类似项目的好的经验，避免错误，增强科学性和可行性，为整个工程的稳定和安全做好铺垫。在施工过程中，相关人员要根据实际情况和不断变化的现场条件，及时调整计划，最大限度地保证质量。

[1] 乔增波,沈峰,丁洋.膨胀性围岩隧道施工技术研究[J].公路，2011，(6):218-222.

[2] 刘海蛟．浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响[J]．科学之友，2010，(11)：71-72．

2015-06-15

U445

C

1008-3383(2015)11-0149-01