1、浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响刘海蛟（山西路桥第二工程有限公司三分公司，山西临汾041000）摘要：文章分析了膨胀性围岩的特性、膨胀性围岩对隧道施工的影响以及膨胀性围岩的隧道施工要点，为隧道施工中及时采取预防措施提供了依据。关键词：膨胀性围岩；隧道施工；影响；施工要点中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1000-8136(2010)17-0071-02我国是世界上膨胀性岩层分布面积最广的国家之一，现已发现有膨胀土发育的地方遍及西南、西北、东北、长江与黄河下游及东南沿海地区，分布十分广泛。在膨胀性地层中开挖隧道，常常可见到围岩因开掘可产生变形，或者因浸水而膨胀，使设置在膨胀性围岩中的隧道
2、发生位移，导致围岩失稳，衬砌破坏。因此对膨胀性围岩施工的预防尤为重要。1.1膨胀围岩具有湿胀干缩往复变形特性干燥的土质膨胀性岩层，岩质较硬、易脆裂，具有明显的垂直和水平的张开裂隙。裂隙的发育和宽度，随深度减少以至消失。但被水浸湿后，裂隙回缩变窄或闭合，强度迅速降低。膨胀土系指粒土颗粒含量较多，塑性指数较大，土的结构强度较高，多为中等压缩土。矿物成分主要由大量的蒙脱石黏土，伊利石和多水高龄土等亲水性矿物所组成，主要化学成分有SIO2和 AL2O3.Fe2O3.这种矿物成分具有吸水显著膨胀和软化、失水收缩机硬化、湿胀干缩往复变形的特征。1.2膨胀围岩具有潜在应力特性在软质膨胀性围岩，如页岩、蒙脱石
3、质泥岩、泥岩凝灰岩、变质安山岩及有地热效的土质底层等具有膨胀特性，特别是这些软质岩层经过断裂，褶皱作用而产生的破碎带，隧道开挖暴露后受风化和吸水的影响，便发生体积膨胀，对隧道支撑或衬砌产生膨胀压力。当膨胀性围岩破碎、节理、裂隙中含有活动性矿物成分的黏土充填物时，在开挖暴露后即行膨胀，尤其吸水后膨胀力增长很快。2膨胀性围岩对隧道施工危害由于膨胀性围岩的特殊地质性质，及所具有的围岩压力特性，使隧道开挖后不久即产生膨胀压力，围岩迅速发生风化、软化、坑道顶部及两侧普遍开裂，向内挤压、坍塌和膨胀、底部隆起；围岩变形快、延续时间长、整治较困难，并随着时间的增长，使隧道的支撑、衬砌发生严重的变形或破坏。2.
4、1围岩普通开裂隧道开挖后，由于开挖面上膨胀土体的原始应力释放而产生开裂，又因表层土体外露风干而失水产生收缩裂缝。这两种因素促使膨胀土围岩裂缝宽度扩大，尤其拱部围岩更容易产生张拉裂隙与上述裂缝贯通，形成拱顶局部变形区脱离区。2.2坑道下沉由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之坑道上部围岩压力过大，坑道下沉变形明显。另外，隧道只能采用分部开挖，在后部工序开挖暴露的围岩出现风化膨胀，产生较大的收缩地压力，加上坑道下沉变形，都会使支撑过度变形或折断、失效、破坏，从而引起围岩土体坍塌、挤压和膨胀变形等。2.3围岩膨胀凸出和坍塌隧道坑道开挖过程中和开挖后，围岩产生膨胀变形，周边膨胀土体向洞内膨胀凸出，造成
5、开挖断面缩小。在膨胀土体丧失支撑或支撑力度不够得状态下，由于围岩压力与膨胀压力的叠加作用，使围岩土体产生局部破坏形成坍塌现象。2.4隧道底部隆起坑道底部开挖后，洞底围岩的上部竖向压力解除，尚无仰拱支护体约束时，由于膨胀地压力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；又因坑道易积水，使洞底土体产生浸水膨胀，因此造成洞底隆起变形。2.5衬砌变形和破坏在整体式衬砌中，常发生下列影响：（1）在先拱后墙法中，拱部衬砌完成后至开挖马口的这段时间，由于围岩压力和膨胀压力作用，拱脚内移，同时发生不均与下沉，拱脚支撑受力大，发生向上扭曲变形或折断想象。（2）拱顶受挤压下沉，也有向上凸起，拱顶外缘经常出现纵向贯通张拉裂缝（圈封
6、顶后几小时到几天内出现），而拱内缘出现鱼1膨胀性围岩的基本特性Highway Engineering Winter Construction Plan Application DiscussionWang PengAbstract:In the highway engineering，the winter construction is always the construction difficulty，various enterprises should from the organizationmeasure，the technical measure，the economy measu
7、res three aspects guarantee the winter construction plan the reasonable establishment and theeffective application.Key words:winter construction；plan establishment；technical application科学之友Friend of Science Amateurs2010年06月71-鳞状挤裂、脱皮、掉快现象。（3）在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可逐渐发展到张开、错台。（4）当采用直墙式边墙时，边墙常受膨胀侧压而开裂，甚至张
8、开、错台。少数曲边墙也有出现水平裂缝的情况。（5）当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出现底部隆起，铺底被破坏。3膨胀性围岩隧道施工要点3.1加强对围岩压力、流变调查和量测在膨胀性地层中开挖隧道，除了开挖前应调查其特性和规模，并参考其他类似情况的工程实例，认真实施设计文件所提出的技术要求外，在施工过程中，还应对围岩压及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探明其分布范围及规律，了解地下水对隧道施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。3.2选择合理施工方法由于膨胀性隧道围岩存在的压力，导致隧道围岩和支护衬砌结构变形，因此，采用合理施工方法，对隧道稳定性和施工安
9、全具有十分重要的作用。（1）宜采用短台阶法或中央导坑法开挖，但开挖部分不宜过多。应紧跟开挖尽快对围岩施加约束，可用锚喷构筑法施工及港拱架式格栅联合支护；膨胀压力很大时，可在隧道底部打设锚杆，亦可在隧道顶部一定范围内打入斜向超前锚杆或小导管，形成闭合环。斜向锚杆的外斜角度。杆长、间距、范围均应符合公路隧道施工技术规范有关规定。（2）喷射混凝土层宜采用钢纤维混凝土，以提高喷层的抗拉和抗剪能力。衬砌的拱部和侧墙宜同时施工，仰拱应尽早完成。仰拱与侧墙连接处应尽可能做成圆弧状，衬砌与围岩应米贴。当围岩压力极大，其变形速率难以收敛时，应在上台阶或中央导坑的底部先修筑临时混凝土仰拱，待变形基本收敛后，开挖下
10、部台阶。在施工开挖中应尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法，如采用掘进机、凤镐、液压镐等进行开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，应及时衬砌，以减少围岩膨胀变形。（3）钢架支撑宜采用可缩性结构。钢支撑的制作和安装应符合下列规定：钢支撑可缩接头，应根据位移量确定，可设 23个；接头的伸缩量，应根据隧道最大控制位移计算确定，每个接头最大伸缩量不宜大于 10 cm，可缩接头的滑动阻力，可按钢架支撑承受轴向力的 1/2 进行计算；当采用钢管制作支撑时，应设灌浆孔；可缩接头收缩合拢后，管内应灌满 C15 混凝土或 10号砂浆。可缩接头处的喷射混凝土应设置纵向伸缩缝，待可
11、缩接头合拢后喷射混凝土封闭。3.3加强支护（1）膨胀土地段隧道处开挖后，需立即喷射混凝土外应及早进行支护。（2）在膨胀压力较大时，可采用不同类型的型钢支撑、钢管环箍支撑和钢筋格栅支撑等，采用哪一种为好，应根据工程实际情况及围岩变形状态而定。（3）当采用木支撑或钢木混合支撑时，应加密其间距，支撑于围岩用木板或钢板和楔子填赛密实；上导坑与拱部扩大的支撑，应预留足够的沉落量。（4）拱圈灌注后，拱脚部位应立即设置足够强度的横撑，以抵挡两侧围岩向内挤压变形。4结束语膨胀性围岩隧道施工，具体情况各有不同，施工方法的选择应以适合围岩特点，操作性强，能够确保安全，最大限度发挥机械作业和人力效率为优化原则。在制
12、定隧道施工方案之前宜充分汲取以往的施工经验教训，避免重大方案的失误，增加方案的可靠性和可行性。并且不断在施工中根据各种条件的变化及时调整优化完善方案，确保施工质量。Discusses the Expansive Adjacent Formation to the Tunnel ConstructionInfluenceLiu HaijiaoAbstract:The article has analyzed the expansive adjacent formation characteristic,the expansive adjacent formation to the tunnel
13、construction in-fluence as well as the expansive adjacent formation tunnel construction main point,took the preventive measure for the tunnel construction to pro-vide the basis promptly.Key words:expansive adjacent formation;tunnel construction;influence;construction main point道路与交通刘海蛟：浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响72-
