1、A55 了解特殊地质条件下隧道施工的基本准则了解特殊地质条件下隧道施工的基本准则 A5-5 了解：特殊地质条件下隧道施工的基本准则 当隧道穿越瓦斯地层、岩溶地层、松散地层、黄土地层、膨胀岩地层、断层破碎带、富水沙层、软土地层，以及高地压、高地温等特殊地质地层时，在施工过程中，稍有不慎就很可能发生瓦斯爆炸、突水、突泥、流沙、坍方、岩爆、大变形等工程事故，影响施工进度，更严重地威胁施工人员的生命安全。因此，在特殊地质条件下进行隧道施工时，应遵循“预防为主、防治结合，稳扎稳打、步步为营”的施工原则。特殊地质地段隧道施工前，应认真核对设计所提供的工程地质和水文地质资料，充分调查、掌握不良地质条件的特殊
2、性，深刻认识、分析不良地质条件的危害性。针对不良地质条件的特殊性，制订科学、合理的施工方案和紧急预案。特殊地质地段隧道施工，应充分考虑地质条件的特殊性（围岩所处的地质构造环境、围岩的破碎程度、地下水的作用等），结合隧道工程结构条件（隧道所处的位置、埋置深度、断面形状、尺寸大小等）、隧道施工条件（施工方法、施工速度、机械装备等），选择恰当的施工方法和措施，配备足够的机械设备和材料。同时应考虑地质条件变化时，改变施工方法便利。学习资料 5-5-1 瓦斯地层 瓦斯俗称沼气，其化学成分以甲烷(CH4)为主。瓦斯常存在于煤系地层中。瓦斯分子较小，其扩散速度比空气大 1.6 倍，很容易从破碎围岩的节理、裂
3、隙溢出。当隧道穿过煤系地层（煤层、油页岩层），或从其煤系地层附近通过时，瓦斯就会从破碎围岩的节理、裂隙溢出到坑道中。如果坑道内瓦斯浓度与空气比例适当，在有火源时，就会引起爆炸，造成极大的危害和损失。如果坑道内空气中瓦斯浓度较大，氧气浓度就低，很容易使人窒息死亡。21 世纪之初，在我国隧道工程中，如都汶高速公路董家山隧道施工期间的瓦斯大爆炸，尤其是在煤矿开采中发生瓦斯爆炸的事故已屡见不鲜，造成的损失之大、教训之惨痛也是前所未有的。所以，在有瓦斯的地层中修建隧道，必须采取相应的安全措施，才能安全顺利施工。一、瓦斯的性质 1、瓦斯为无色、无臭、无味的气体，常有碳化氢或硫化氢混合存在，有类似苹果的香味
4、。瓦斯比重为 0.554，比氧气比重小，所以瓦斯容易存在坑道顶部。3、瓦斯不能自燃，但极易引燃。当坑道中的瓦斯浓度小于 5%，遇到火源时瓦斯只是在火源附近燃烧而不会爆炸。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。瓦斯浓度大于 14%16%，遇火时一般不爆炸，能平静地燃烧。4、瓦斯浓度在 5%6%到 14%16%时，遇到火源则具有爆炸性。瓦斯燃烧时，遇到障碍而受压缩，即能转变为爆炸。瓦斯浓度爆炸界限见表 12-1。表 12-1 瓦斯浓度爆炸界限 瓦斯浓度(%)爆炸界限 56 瓦斯爆炸下界限 1416 瓦斯爆炸上界限 9.5 爆炸最
5、强烈 8.0 最易点燃 低于 5.0或大于 1416 不爆炸，与火焰接触部分燃烧 5、瓦斯爆炸时能产生高温，封闭状态的爆炸(即容积为常数)，温度可达 21502650，能向四周自由扩张时的爆炸(即压力为常数)，温度可达 185。6、坑道中发生瓦斯爆炸时，爆炸冲击波在前，火焰在后，冲击波使积存的瓦斯先压缩，后被火焰点燃发生爆炸，形成二次爆炸。第二次爆炸产生的爆炸压力更大，破坏力也更大，会直接造成人员伤亡、设备破坏。坑道中发生瓦斯爆炸后，坑道中氧气耗尽，而充满氮气、二氧化碳及一氧化碳气。这些气体会令人窒息或中毒死亡，坑道内凡是来不及躲避的人都会受到危害。二、瓦斯放出的类型 瓦斯从岩层中溢出，可分为
6、以下渗出、喷出、突出三种类型：1、瓦斯渗出：是指瓦斯从煤系地层的暴露面缓慢地、均匀地、长时间、不停地渗出，有时伴有嘶嘶的声音。常发生在煤系地层深厚，瓦斯储量较大的地层条件下。其持续时间长，渗出量最大。2、瓦斯喷出：瓦斯从煤系地层的裂缝或孔洞中溢出，通常伴有较大的响声。因压力较大，喷出比较强烈，喷出时间则有长有短，渗出量有多有少。3、瓦斯突出：瓦斯从煤系地层的裂缝或孔洞中溢出，在短时间内，突然猛烈地喷出大量瓦斯。因压力较大，喷出比较强烈，常伴有巨大的响声，并夹有煤块或岩石飞出。一般喷出时间较短，从几分钟到几小时，具有很强的突发性。三、防瓦斯爆炸的措施(一)管理制度 1、瓦斯检查制度：指定专人、定
7、时和经常进行检查，测量风流和瓦斯含量，严格执行瓦斯允许浓度的规定。瓦斯检查手段可采用瓦斯遥测装置、定点报警仪和手持式光波干涉仪。随时发现异常情况，应及时报告技术主管负责人，采取措施进行处理。2、洞内严禁使用明火，严禁将火柴、打火机、手电筒及其他易燃品带入洞内。3、进洞人员必须经过瓦斯知识和防止瓦斯爆炸的安全教育。抢救人员未经专门培训不准在瓦斯爆炸后进洞抢救。4、瓦斯检查人员必须挑选工作认真负责、有一定业务能力、经过专业培训、考试合格者，方可进行监测工作。制度要得到严格执行，才能成为安全的有效保证。(二)瓦斯探测 隧道穿过瓦斯溢出地段之前，就必须购配瓦斯探测仪器，保证及时准确探测到瓦斯溢出的情况
8、。(三)施工方法 瓦斯地层的隧道施工，宜采用全断面开挖，因其工序简单、面积大、通风好，有利于瓦斯排除。上下导坑法开挖，因工序多，洞内各工序交错分散，成洞时间长，岩层暴露的总面积多，使瓦斯多处积滞，不易排出。施工中要求工序间距离尽量缩短，开挖后要及时进行锚喷支护，并保证其厚度，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。(四)加强通风 加强通风是防止瓦斯爆炸最有效的办法。在有瓦斯的坑道，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
9、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。瓦斯隧道必须加强通风，防止瓦斯积聚。通风必须把洞内空气中的瓦斯浓度吹淡到爆炸浓度以下的 1/51/10，并排出洞外。(五)紧急处置 1、瓦斯隧道施工时，洞内空气流速应符合以下规定。洞内总回风风流不小于 0.75%；从其他工作面进来的风流不小于 0.5%；掘进工作面风流不小于 2%以下；工作面装药爆破前风流不小于 1%以下。2、开挖工作面风流中和电动机附近 20m以内风流中瓦斯浓度达到 1.5%时，必须停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理。3、开挖工作面内，局部积聚的瓦斯浓度达到 2%时，附近 20m内，必须停止工作
10、，切断电源，进行处理。4、因瓦斯浓度超过规定而切断电源的电气设备，都必须在瓦斯浓度降到 1%以下时，方可开动机器。5、由于停电或检修，使主要通风机停止运转，必须有恢复通风、排除瓦斯和送电的安全措施。恢复正常通风后，所有受到停风影响的地段，必须经过监测人员检查，确认无危险后方可恢复工作。所有安装电动机和开关地点的 20m范围内，必须检查瓦斯，符合规定后才可启动机器。局部通风机停止运转，在恢复通风前，亦必须检查瓦斯，符合规定方可开动局部风机，恢复正常通风。6、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
11、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。(六)防爆设施 1、遵守电器设备及其他设备的保安规则，避免发生电火，瓦斯散发区段，使用防爆安全型的电器设备，洞内运转机械须具有防爆性能，避免运转时发生高温火花。2、凿岩时用湿式钻岩，防止钻头发生火花，洞内操作时，防止金属与坚石撞击、摩擦发生火花。3、爆破作业，使用安全炸药及毫秒电雷管，采用毫秒雷管时，最后一段的延期时间不得超过 130ms。爆破电闸应安装在新鲜风流中，并与开挖面保持 200m左右距离。4、洞内只准用电缆，不准使用皮线。使用防爆灯或蓄电池灯照明。5、铲装石渣前必须将石渣浇湿，防
12、止金属器械摩擦和撞击发生火花。学习资料 5-5-2 溶岩地层 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，受水的化学和物理作用，形成裂缝、沟槽和空洞，以及，地表陷穴、洼地的自然现象和地质作用。岩溶的结果通常表现为溶洞、溶槽、溶管，通常形成下切和水平方向延伸。有些是空的，有些填充有泥水，有些会形成地下暗河。通常统称为溶洞。我国东南、西南及华南地区，石灰岩分布极广，是典型的溶岩地层。在这些地区修建隧道，常会遇到溶洞，必须予以特别注意。一、溶洞的类型、工程特点及对隧道施工的影响（一）溶洞的类型 溶洞一般可区分为大、小、干、湿、死、活几种类型。小、干、死的溶洞比较容易处理，而大、湿
13、、活的溶洞，处理方法则较为复杂。（二）溶洞的工程特点 1、突变性：在溶岩地层中进行隧道施工，没有溶洞的区段，基岩一般比较稳定，但溶洞的出现会很突然，施工条件也会发生突然变化，施工措施也要随之调整和改变。2、突发性：主要是指在填充性溶洞条件下，突水突泥往往会突然发生。如渝怀铁路圆梁山隧道岩溶突水瞬时发生，3#溶洞正洞超前下导坑施工时，掌子面突发爆喷型突泥，瞬间，硬塑软塑状黏土塞满 244m长的下导坑空间，涌泥量 4 200m3。3、高压性：在且埋深较大的填充型溶洞条件下，泥水会以高压突出，危害更严重。如圆梁山隧道岩溶预估静水压力高达 4.6MPa,2#溶洞突水后进行水压测试为 2.73MPa。施
14、工中均出现了射水、涌泥、喷沙现象，还曾将钻孔中的钻杆推射出 8.0m远。4、富水性：在与地表、地下水连通的大型填充型溶洞条件下，突水量很大，往往会对区域地下地表水造成严重影响。如圆梁山隧道预估正常涌水量为 9.8 万 m3/d，最大涌水量为 8.3 104m3/d，最大水压为 4.6MPa。施工时，2号溶洞实测最大涌水量为 69000m3/h，最大水压超过 3.0MPa。5 号溶洞突发大规模涌水突泥，最大涌水量 2 万m3/h。涌水涌泥持续 28 分钟后渐小。（三）溶洞对隧道工程的影响 当隧道穿过可溶岩地层时，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
15、处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，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。二、隧道遇到溶洞的处理原则及措施(一)隧道遇到溶洞的处理原则 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
16、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。(二)隧道遇到溶洞的常用处理方法 隧道遇到溶洞的常用处理方法，有“引、堵、越、绕”四种。1、引 遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。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
17、渲泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外(图 12-1)。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。图 12-1 桥涵渲泄水流示意图 2、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，加固隧道底部(图 12-2)。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(图 12-3)。图 12-2 溶洞堵填示意图
18、图 12-3 锚喷加固与护拱示意图 3、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(图 12-4)。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(图 12-5)。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(图 12-6)。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(图12-7)。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，由设计单位负责特殊设计后施工。图 12-4 加深边墙基础示意图 图 12-5 支墙内套设涵管示意图
19、 图 12-6 筑拱跨过示意图 图 12-7 架梁跨过示意图 4、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。三、溶洞地段隧道施工的注意事项 1、当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，支护和衬砌赶前。同时应利用探孔或物探作超前预报，设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。2、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。3、在溶蚀地段
20、的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼，并控制爆破药量减少对围岩的扰动。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。4、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、块石堆积或流塑状黏土及砂黏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。5、溶洞未做出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。因弃渣覆盖了溶洞，不但不能了解其真实情况，反而会造成更多困难。学习资料 5-5-3 松散地层 松散地层结构松散，胶结性弱，稳定性差，
21、在施工中极易发生坍塌。如极度风化破碎已失岩性的松散体；漂卵石地层、砂夹砾石和含有少量黏土的土壤以及无胶结松散的干沙等。隧道穿过这类地层，应减少对围岩的扰动，一般采取先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭的施工原则，必要时可采用超前注浆改良地层和控制地下水等措施。下面简述几种主要施工方法：一、超前支护 隧道开挖前，先向围岩内打入钎、管、板等构件，用以预先支护围岩，防止坑道掘进时岩体发生坍塌。1、超前锚杆或超前小钢管：采用这种方法是爆破前，将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定时间内不发生松
22、弛坍塌。超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆，以尽早发挥超前支护作用。2、超前管棚法：此法适用于围岩为砂黏土、黏砂土、亚黏土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹黏土等非常散软、破碎的土壤，钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时，管棚长度应按地质情况选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度，可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，在其防护下施工。二、超前小导管预注浆 超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。它既能将洞周围岩体预加固，又能起超前预支护作用。此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵(砾)
23、石层等松散地层施工。三、降水、堵水 在松散地层中含水，对隧道施工的危害极大。排除施工部位的地下水，有利于施工。降水、堵水的方法较多，如降水可在洞内或辅助坑道内井点降水。在埋深较浅的隧道中，可用深井泵降水，在洞外地面隧道两侧布点进行。在地下水丰富，而且排水条件或排水费用太高，经过技术、经济比选，可采用注浆堵水措施。注浆堵水又分地面预注浆和洞内开挖工作面预注浆。二者采用哪种方法，应根据隧道埋深、工程地质和水文地质情况；钻孔和压浆设备能力；以及技术、经济、工期等方面进行综合分析后采用。学习资料 5-5-4 黄土地层 黄土在我国分布较广。黄河中游的河南西部、山西南部、陕西和甘肃的大部分地区为我国黄土和
24、湿陷性黄土的主要分布区。这些地区的黄土分布厚度大、地层全而连续，发育亦较典型。其他地区如河北、山东、内蒙和东北各地以及青海、新疆等地亦有所分布。一、黄土分类及其对隧道施工的影响(一)黄土分类 黄土是在干燥气候条件下形成的一种具有褐黄、灰黄或黄褐等颜色，并有针状大孔、垂直节理发育的特殊性土。黄土按其形成的年代可分为，形成于下更新世 Q1的午城黄土和中更新世 Q2的离石黄土，称为老黄土。普遍覆盖在上述黄土上部及河谷阶地地带上更新世 Q3的马兰黄土及全新世 Q4下部的次生黄土，称之为新黄土。此外，还有新近堆积黄土，为 Q4的最新堆积物，多为近几十年至近几百年形成的。根据其物理性质不同，按塑性指数(I
25、p)的大小可分为，黄土质黏砂土(1Ip7)，黄土质砂黏土(7Ip17)及黄土质黏土(17Ip)。(二)黄土地层对隧道施工的影响 1、黄土节理：在红棕色或深褐色的古土壤黄土层，常具有各方向的构造节理，有的原生节理呈 X型，成对出现，并有一定延续性。在隧道开挖时，土体容易顺着节理张松或剪断。如果这种地层位于坑道顶部，则极易产生“塌顶”。如果位于侧壁，则普遍出现侧壁掉土，若施工时处理不当，常会引起较大的坍塌。2、黄土冲沟地段：隧道在黄土冲沟或塬边地段施工时，当隧道在较长的范围内沿着冲沟或塬边平行走向，而覆盖较薄或偏压很大的情况下，容易发生较大的坍塌或滑坡现象。3、黄土溶洞与陷穴：黄土溶洞与陷穴，是黄
26、土地区经常见到的不良地质现象，隧道若修建在其上方，则有基础下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有发生冒顶的危险。隧道若修建在其邻侧，则有可能承受偏压。4、水对黄土隧道施工的影响；在含有地下水的黄土层中修建隧道，由于黄土在干燥时很坚固，承压力也较高，施工可顺利进行。当其受水浸湿后，呈不同程度的湿陷性，会突然发生下沉现象，使开挖后的围岩迅速丧失自稳能力，如果支护措施满足不了变化后的情况，极容易造成坍塌。施工中洞内排水不良，洞内道路会形成泥泞难行，不论是无轨还是有轨运输都会给道路的维护、机械的使用与保养、隧道的铺底或仰拱施工作业等方面带来很大的困难。二、黄土隧道的施工方法 1、黄土隧道施工，应做好黄土
27、中构造节理的产状与分布状况的调查。对因构造节理切割而形成的不稳定部位，在施工时加强支护措施，防止坍塌，以策安全施工。2、施工中应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。3、开挖方法宜采用短台阶法或分部开挖法(留核心法)，初期支护应紧跟开挖面施作。4、黄土围岩开挖后暴露时间过长，围岩周壁风化至内部，围岩体松弛加快，进而发生坍方。因此，宜采用复合式衬砌，开挖后以喷射混凝土、锁脚锚杆、钢筋网和钢支撑作初期支护，即取消系统锚杆，增设锁脚锚杆（管），以形成严密的支护体系。必要时可采用超前锚杆、管棚支撑加固围岩。在初期支护基本稳定后，进，行永久支护衬砌
28、。衬砌背后回填要密实，尤其是拱顶回填。5、做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。在含有地下水的黄土层中施工时，洞内应施作良好的排水设施。水量较大时，应采用井点降水等法将地下水位降至隧道衬砌底部以下，以改善施工条件加快施工速度。在干燥无水的黄土层中施工，应管理好施工用水，不使废水漫流。三、黄土隧道施工的注意事项 1、施工中如发现工作面有失稳现象，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护。试验表明，在黄土隧道中喷射混凝土和砂浆锚杆作为施工临时支护效果良好。2、施工时特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填。
29、如发现该处土体承载力不够，应立即采取相应措施进行加固。3、黄土隧道施工，宜先作仰拱，如果不能先作仰拱时，可在开挖与灌筑仰拱前，为防止边墙向内位移，应加设横撑。4、施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便采取适应性的工序安排。学习资料 5-5-5 膨胀岩地层 膨胀土系指土中黏土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复变形的高塑性黏性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石黏土矿物。我国是世界上膨胀土分布面积最广的国家之一。现已发现有膨胀土发育的地区达 20 余个省、市、自治区，遍及西南、西北、东北、长江与黄河中下游及东南沿海地区
30、。其中，主要有：云南、贵州、四川、湖北、安徽、广东、广西、陕西、山西、河南、山东和河北等省区，分布是十分广泛的。一、膨胀土围岩的特性 隧道穿过膨胀土地层，隧道开挖后不久，常常可以见到围岩因开挖而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象。使坑道的顶部及两侧向内挤入，底部膨起，随着时间的增长导致围岩失稳，支撑、衬砌变形和破坏。这些现象说明膨胀土围岩性质是极其复杂的。它与一般土质的围岩性质有着根本的区别。膨胀土围岩的基本特性，主要有以下三方面：1、膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力。当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。因此，膨胀土围岩常常
31、具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。2、膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。3、膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大。二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。
32、二、膨胀土围岩对隧道施工的危害 由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使膨胀土的隧道围岩具有普遍开裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象。膨胀土隧道围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点。施工中常见的几种情况，简述如下：1、围岩裂缝：隧道开挖后，由于开挖面上土体原始应力释放产生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大。沿围岩周边产生裂缝，尤其在拱部围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。2、坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，而产生坑道下沉变形。坑道的下沉，往往造成支撑变形
33、、失效，进而引起土体坍塌等现象。3、围岩膨胀突出和坍塌：膨胀土开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀土变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。在土体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。4、底膨：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又无支护体约束的条件下，由于应力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀。因而造成洞底围岩膨出变形。5、衬砌变形和破坏：在先拱后墙法施工中，拱部衬砌完成后至开挖马口的这段时间，由于围岩和膨胀压力，常常产生拱脚内移，同时发生不均匀下沉，拱脚支撑受力大，发生扭曲、变形或折断。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拉裂缝，而拱顶内缘出现挤裂、脱皮、掉块现象。在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可发展到张开、错台。当采用直
