膨脹性泥巖對隧道明挖施工的影響評價與處置對策

李沿芃 陳高生 張大偉

(中建隧道建設有限公司，重慶 401320)

膨脹性泥巖對隧道明挖施工的影響評價與處置對策

李沿芃 陳高生 張大偉

(中建隧道建設有限公司，重慶 401320)

分析了膨脹性泥巖隧道強度和穩(wěn)定性以及膨脹性泥巖明挖施工對隧道兩側內(nèi)襯混凝土的影響，探討了隧道兩側土體的支護設計與施工，并提出可行性對策,對以后的泥巖隧道支護與施工有重要意義。

膨脹性泥巖，隧道工程，施工

0 引言

膨脹性泥巖地層在我國有著較廣的分布，具有容易吸水膨脹以及泥化等特性，在隧道施工的過程中，當遇到膨脹性泥巖底層時，處理起來比較困難，主要表現(xiàn)為隧道初期支護變形大，之后，位移速率也隨之增大，如果不及時控制出現(xiàn)的變形，很容易發(fā)生隧道斷面減小、混凝土出現(xiàn)裂縫，造成隧道初期支護的失敗，如此一來增大了處理難度，而且延誤工期，影響了施工組織。因此在膨脹性泥巖地層中進行隧道工程施工，必須研究膨脹性泥巖隧道強度和穩(wěn)定性以及膨脹性泥巖明挖施工對隧道兩側內(nèi)襯混凝土的影響，提出隧道兩側土體的支護設計方案，精心組織施工。

1 膨脹性泥巖對隧道兩側土體強度和穩(wěn)定性的影響

膨脹性泥巖隧道對泥巖穩(wěn)定性有較高的要求，對隧道的使用功能和安全功能有著很大的影響。影響膨脹性泥巖穩(wěn)定性的主要因素是地質條件的優(yōu)良和設計、施工的合理性。實際上，膨脹性泥巖隧道的穩(wěn)定性還會受到多種因素綜合作用，比如地下水，地質結構等因素的影響。自然狀態(tài)下的膨脹性泥巖是處在擠壓狀態(tài)的，隧道開挖完成后，膨脹性泥巖被挖出，形成了一個空間，沒有被挖出的泥巖發(fā)生松脹變形，如果泥巖的松脹力超過其極限承受力，那么泥巖就會脫落，隧道就很容易發(fā)生坍塌，造成工程事故。

膨脹性泥巖自然狀態(tài)下的初始應力也會影響強度，當隧道的開挖深度增加，初始應力隨之增大，但是泥巖的強度沒有發(fā)生變化，所以隨著開挖繼續(xù)加深，應力持續(xù)增大，出現(xiàn)所謂的高應力或極高應力，圍巖很可能發(fā)生大變形，甚至坍塌，當在施工過程中遇到此類情形時應根據(jù)實際情況降低圍巖的級別。

泥巖的工程性質比較復雜，巖體的強度決定了隧道圍巖的穩(wěn)定性，然而膨脹性泥巖本身的吸水性會使強度降低，水對圍巖穩(wěn)定性的影響不容忽視，在隧道施工過程中的塌方事故，很多情況下是水的原因造成的，不同的圍巖會受到水對其不同的影響，膨脹性泥巖地質尤其嚴重。膨脹性泥巖是由黏土脫水膠結而成，有遇水后產(chǎn)生膨脹的特點，在水的持續(xù)作用下,泥巖的裂隙，孔隙等物理力學參數(shù)及微結構相應地發(fā)生了變化，尤其是當泥巖重復遇水—失水—遇水這樣的過程時,膨脹性泥巖容易液化或流動。研究水對泥巖的影響在工程實踐中非常重要。

2 膨脹性泥巖對隧道兩側土體支護設計和施工的影響

許多年之前，人們對地質情況認識不夠清楚，施工技術相對落后，把隧道支護結構發(fā)生坍塌的原因歸結于支護結構自身強度不夠，所以采取嵌補裂縫、錨桿加固、加厚襯砌等措施來加強支護結構自身強度，然而效果并不理想。隨著研究人員與相關技術人員對隧道工程的研究以及新奧法施工技術的出現(xiàn)，我們才意識到支護結構的穩(wěn)定與圍巖自身的穩(wěn)定密切相關。因此,在膨脹性泥巖隧道中,保證支護結構的穩(wěn)定性，除了滿足對支護結構的合理設計和強度要求之外，提高泥巖的自身強度成為了隧道施工的重要一環(huán)。

膨脹性泥巖隧道的破壞形式由自身的特性決定，因此，必須根據(jù)膨脹性泥巖的性質來進行隧道的開挖與支護，只有當開挖形式與支護設計符合泥巖隧道的破壞特征，才能保證圍巖的穩(wěn)定，忽視泥巖隧道的破壞特點來開挖和支護會導致隧道穩(wěn)定性不良，或者造價過高，如此做法既不合理也不經(jīng)濟。

由于膨脹性泥巖吸水膨脹、遇水軟化的特點,在泥巖地層修建隧道,特別是大斷面隧道容易發(fā)生洞室變形,造成圍巖初期支護容易受到破壞。比較常見的破壞形式是掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護中的混凝土脫落，使隧道支護系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

膨脹性泥巖會從多個方面影響隧道的支護和施工,在不同的圍巖條件下，考慮到工程地質的影響，要能夠判斷哪些因素是泥巖影響隧道支護與施工的主要因素，有針對性選擇隧道支護和施工的方式，提高隧道的穩(wěn)定,避免在不經(jīng)過分析的情況下，隨意的選擇支護和施工方式，造成不必要的工程事故和人員傷亡。

膨脹性泥巖因其自身性質的特殊性，抗擾動能力弱，為保證隧道的穩(wěn)定和施工的安全，必須進行支護。膨脹性泥巖隧道斷面空間有限,為方便施工機械的作業(yè)，在進行支護設計時，支護結構的尺寸需要加以重視，膨脹性泥巖隧道施工多采用復合式襯砌方法，施工過程中應注意先柔后剛、先讓后頂、分層支護。初期支護為噴射混凝土，為防止混凝土沿著滑移面發(fā)生剪切破壞，工程中多采用直徑為6 mm的鋼筋網(wǎng)。二次襯砌室內(nèi)層結構，它與外層的錨噴初期支護和圍巖共同組成整體的支護體系。

3 膨脹性泥巖對隧道內(nèi)兩側內(nèi)襯混凝土抗裂性的影響

膨脹性泥巖的地質特性復雜，且遇水膨脹，強度低。內(nèi)襯混凝土的開裂是由圍巖出現(xiàn)較大的變形引發(fā)。隧道圍巖一旦受到水侵蝕,會產(chǎn)生軟化崩解,圍巖的強度降低、完整性下降，直至產(chǎn)生大面積的變形。除了膨脹性泥巖的吸水性能導致隧道產(chǎn)生大的變形之外，在重力、地形和地質構造運動等作用下會形成較高的地應力，隧道開挖過程中，應力得到釋放，也會造成圍巖破壞，這兩者都會造成支護系統(tǒng)破壞，內(nèi)襯混凝土開裂。圍巖支護內(nèi)襯混凝土的主要作用是保護圍巖，防止因圍巖產(chǎn)生大變形而可能導致的隧道洞室坍塌。

為提高內(nèi)襯混凝土的抗裂性，首先要對施工用的混凝土進行優(yōu)化設計，提高骨料級配的連續(xù)性；其次，優(yōu)化混凝土中的鋼筋配筋設計，將鋼筋分散布置，由一層變?yōu)閮蓪樱瑫r降低保護層厚度，減少混凝土內(nèi)外的差異，使混凝土內(nèi)外變化均勻，減少裂縫的產(chǎn)生。最后，優(yōu)化施工組織，快速澆筑，降低混凝土內(nèi)外溫差，避免裂縫的產(chǎn)生。

4 膨脹性泥巖隧道的處置對策

1)開挖過程中盡可能的避免對圍巖的擾動，同時禁止圍巖受到水的侵蝕。

2)施工超前小導管注漿，提前加固泥巖，開挖后及時進行初期支護，避免圍巖暴露時間過長。

3)系統(tǒng)錨桿選擇使用加密加強注漿長錨桿，保證錨桿鉆入長度及注漿效果，提高膨脹性泥巖的自穩(wěn)能力。

4)加強監(jiān)控量測的力度，時刻注意圍巖的變形，確保二次襯砌的順利進行。

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Thestudyofeffectsevaluatedandcountermeasuresabouttheinfluenceofexpansivemudstoneonopen-cutmethodoftunnel

LiYanpengChenGaoshengZhangDawei

(ZhongjianTunnelConstructionCo.,Ltd,Chongqing401320,China)

Through the research on the strength of the expansion and stability of expansive mudstone and mudstone tunnel excavation construction on both sides of the tunnel lining concrete, to explore the soil on both sides of the tunnel support design and construction, and puts forward some feasible countermeasures. It has important significance on mudstone tunnel support and construction in the future.

expansive mudstone, tunnel engineering, construction

U455

A

1009-6825(2017)26-0151-02

2017-07-08

李沿芃(1985- )，男，工程師；陳高生(1987- )，男，工程師; 張大偉(1982- )，男，工程師