浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响.pdf
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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。
2.1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HighwayEngineeringWinterConstructionPlanApplicationDiscussionWangPengAbstract:
Inthehighwayengineering,thewinterconstructionisalwaystheconstructiondifficulty,variousenterprisesshouldfromtheorganizationmeasure,thetechnicalmeasure,theeconomymeasuresthreeaspectsguaranteethewinterconstructionplanthereasonableestablishmentandtheeffectiveapplication.Keywords:
winterconstruction;planestablishment;technicalapplication科学之友FriendofScienceAmateurs2010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10cm,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。
DiscussestheExpansiveAdjacentFormationtotheTunnelConstructionInfluenceLiuHaijiaoAbstract:
Thearticlehasanalyzedtheexpansiveadjacentformationcharacteristic,theexpansiveadjacentformationtothetunnelconstructionin-fluenceaswellastheexpansiveadjacentformationtunnelconstructionmainpoint,tookthepreventivemeasureforthetunnelconstructiontopro-videthebasispromptly.Keywords:
expansiveadjacentformation;tunnelconstruction;influence;constructionmainpoint道路与交通刘海蛟:
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