浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响

FriendofScienceAmateurs2010年06月

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

西北、东北、长江与黄河下发现有膨胀土发育的地方遍及西南、

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

1.1

膨胀性围岩的基本特性

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

软性，使隧道开挖后不久即产生膨胀压力，围岩迅速发生风化、

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

衬砌发生严重的变形或破坏。隧道的支撑、

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

隧道只能采用分部开挖，在后力过大，坑道下沉变形明显。另外，

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

HighwayEngineeringWinterConstructionPlanApplicationDiscussion

WangPeng

Abstract:Inthehighwayengineering，thewinterconstructionisalwaystheconstructiondifficulty，variousenterprisesshouldfromtheorganizationmeasure，thetechnicalmeasure，theeconomymeasuresthreeaspectsguaranteethewinterconstructionplanthereasonableestablishmentandtheeffectiveapplication.

Keywords:winterconstruction；planestablishment；technicalapplication

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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。

刘海蛟：浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响

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

凤镐、液压镐等原则，所以宜采用无爆破掘进法，如采用掘进机、

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

①钢支撑可缩接头，应根据位移量确定，可设2~3合下列规定：

个；②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；③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。④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。

3

3.1

膨胀性围岩隧道施工要点

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

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。

DiscussestheExpansiveAdjacentFormationtotheTunnelConstructionInfluence

LiuHaijiao

Abstract:Thearticlehasanalyzedtheexpansiveadjacentformationcharacteristic,theexpansiveadjacentformationtothetunnelconstructionin-fluenceaswellastheexpansiveadjacentformationtunnelconstructionmainpoint,tookthepreventivemeasureforthetunnelconstructiontopro-videthebasispromptly.

Keywords:expansiveadjacentformation;tunnelconstruction;influence;constructionmainpoint

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