淺談膨脹性圍巖對隧道施工的影響

左 智

(山西省交通建設工程監理總公司)

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淺談膨脹性圍巖對隧道施工的影響

左 智

(山西省交通建設工程監理總公司)

對隧道病害產生的原因進行相應的分析，并且對隧道病害進行分類，才能有效地對隧道病害的研究助一臂之力。

膨脹性圍巖；隧道施工；影響；施工要點

1 膨脹性圍巖的特點

1.1 濕脹干縮往復變形

干燥的膨脹性圍巖巖不易開裂，但是非常的脆，這樣在受到一定作用力之后，容易產生脆裂，尤其是垂直和水平方向的裂縫尤其的明顯，而且當圍巖的裂紋深度變深時，其裂縫的寬度和拓寬速度會減少和消失，但如果不幸被雨水或其他水浸潤后，這些裂縫被水濕潤的裂縫層會破裂，慢慢萎縮，讓其抗壓和抗拉強度大大減少。膨脹性圍巖的結構復雜，黏土顆粒通常更豐富，而且形態不可預知，可塑性又非常強，而且主要是壓縮的圍巖中。它們其中的主要成分為蒙脫石粘土，礦物成分為伊利石和多水高嶺土和其他親水性礦物，這些礦物的化學組成主要有二氧化硅和氧化鋁和氧化鐵礦物的化合物。進水在許多化學反應和物理變化后，會發生明顯的膨脹、軟化，當它們失去水分后又會收縮硬化，簡而言之，它是濕和干的性能明顯不同。

1.2 潛在應力

在許多軟質的膨脹巖中(頁巖，泥巖，泥巖及凝灰巖)，往往會含有一定的土壤。這些軟膨脹巖的一般有以下特點，如果在斷層或褶皺帶附近，直接暴露在風化和雨水的影響下很快就會膨脹擴大，在隧道中也不例外。特別是當圍巖破壞區的膨脹間隙有粘土，由于其組成的礦物成分，所以在隧道施工后立即膨脹，尤其是直接暴露在雨水中，擴張膨大的速度特別快。

2 膨脹性圍巖對隧道施工影響

2.1 圍巖普通開裂

在基坑開挖后的土壤表面的初始應力的作用下，裂紋擴展導致水流自由通過，會造成表層土壤水分蒸發，干燥開裂。這些因素，會導致裂縫寬度擴大，膨脹圍巖特別是拱圍巖易拉裂，形成局部變形，引起裂縫。

2.2 隧道下沉

鑒于隧道底部膨脹體的承載能力比較低下，如果出現隧道上部的圍巖因為壓力過大而產生沉降。在與隧道開挖后暴露的土層都會有這種情況——巖石開挖后出現風化膨脹、收縮壓力變大，隧道變形或折斷，支撐體故障，遭到破壞，導致巖土體坍塌、擠壓和膨脹。

2.3 圍巖膨脹凸出和坍塌

隧道在開始挖掘之時和開挖之后，由于某些因素會導致圍巖膨脹變形，在土體面上，由于體積擴大，只有通過膨脹來減少壓力，在失去支持力或支持的條件后，如果沒有足夠的壓力，圍巖會產生局部坍塌。

2.4 隧道底部隆起

隧道底部隆起是指在隧道底部開挖后，垂直壓力拱支撐消失，而且沒有其他限制，導致膨脹產生的壓力被釋放，膨脹圍巖對產生產生應力形變，而且在積水的隧道內，底部的土體會被水浸潤，使變形隆起。

3 膨脹性圍巖隧道施工要點

3.1 開挖技術控制

在基坑開挖方法方面的考慮中，過多配置開挖的區域是不被支持，因為這在初期不能盡快形成以灘結構，不能保證開挖下部時結構的穩固，開挖完成后也不利于支持和日常維護，在遇到極軟弱圍巖時，要保留核心的巖土層，挖出上部支持的核心土層要保留，以避免太多的開挖面暴露對整個底層的影響。

3.2 襯砌斷面內輪廓型式

對于弱膨脹圍巖對于隧道施工的影響，國內外的研究表明隧道斷面輪廓對巖石的膨脹影響巨大。德國學者根據擴展規律與有限元分析結果表明，U形的輪廓隆起幾乎是正圓(O形)的4倍。國內外實測數據表明，地殼中的應力水平在一定深度條件下，垂直應力往往超過水平應力兩倍多。近年來，我國的專家學者對隧道襯砌強度的性質和仰拱效應的測試研究中表明，U形斷面如在不同的方向受力，如果應力是拱形的破壞形式，會得出這樣的結論：口處和墻結構是薄弱環節，因此在設計和施工膨脹性圍巖時應在單，雙U型截面的現有基礎上進行腳墻的圓拱形加固，減少集中應力，發揮最大的保護作用。

3.3 二次襯砌混凝土施工技術

隧道施工中，拱墻的混凝土施工從上到下，是有缺點的，不可取的，為了減少通過上部結構澆筑時的變形，要在一個完整的橫截面的支持下不相互干擾的情況內進行澆筑。原來的混凝土澆筑方法不符合新技術的施工原理，要通過有效的加強減少施工縫隙并合理利用結構，進行改造。在拱腳澆筑之前，要形成一個封閉的多功能混凝土地基基礎：對地基進行封閉，以防止被水長時間的浸泡導致軟化；對于墻和拱腳的支護，在完成了底面約束的條件下，要形成支持結構墻，并共同形成一個封閉環；底部仰拱超前作用在混凝土表面應變分布可根據剛度比突起，以提高地基承載力。

3.4 加強隧道支護技術

(1)隧道開挖后支護工作要立即進行，除了混凝土噴射外其他操作都要應盡可能早的進行隧道支護；(2)在膨脹的壓力下，不同類型的鋼支撐，鋼環的選擇和使用應根據實際狀態和圍巖的情況決定；(3)如木材或鋼木混合支架間距應加密，支持用的木材或鋼板的楔合處在圍巖附近的應該密實，在拱形支持和擴展的位置，我們必須有足夠的沉降率；(4)輸注后的拱環要有足夠的強度，如果沒有，應立即加固，以便抵擋橫向兩側部分向內的擠壓壓力，使之不至于變形。

3.5 安全施工措施

首先，加強地質預測和控制，確保安全施工。委托具有地質預測職業資格的設計院或者專家負責實施，聘請專業的團隊負責隧道監控測量；其次，膨脹巖的施工中，要特別小心排水，避免水溢出；拱腳等地方要更加注意采取措施，注意泥土，石頭等，還有許多有水流通過的管道在瓦礫和石塊堆積下會產生破壞。其三，對混凝土中所有的灌抵巖壁在建設中，注意內襯修復后注漿施工時，確保所有地方的注漿，不遺漏空隙；其四，開挖的地方要注意保持干燥，不要太多地灑水；其五，要保持通風，控制溫度和濕度，其六，在長錨桿施工中，每次機械運動必須要有一定的距離，以避免大量的水灌入巖土工程施工，導致側墻和拱腳坍塌；另外，鉆機鉆井人員要注意學習，并且必須經過一定的培訓，獲得相關資質證書，能安全熟練地處理頂鉆、頂水等突發現象。

4 結束語

在廣大膨脹性圍巖進行隧道施工施工技術中，分析圍巖的特性是必要的，一定要根據不同的情況，在確保安全和可操作性的的前提下，增強效率，增進效益。機械隧道施工要在制定計劃之前，分析以往類似項目的好的經驗，避免錯誤，增強科學性和可行性，為整個工程的穩定和安全做好鋪墊。在施工過程中，相關人員要根據實際情況和不斷變化的現場條件，及時調整計劃，最大限度地保證質量。

[1] 喬增波,沈峰,丁洋.膨脹性圍巖隧道施工技術研究[J].公路，2011，(6):218-222.

[2] 劉海蛟．淺談膨脹性圍巖對隧道施工的影響[J]．科學之友，2010，(11)：71-72．

2015-06-15

U445

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1008-3383(2015)11-0149-01