淺談膨脹性圍巖對隧道施工的影響

左 智

(山西省交通建設(shè)工程監(jiān)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(shè)工程監(jiān)理總公司)

對隧道病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且對隧道病害進(jìn)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(fù)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(chǎn)生脆裂，尤其是垂直和水平方向的裂縫尤其的明顯，而且當(dāng)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(qiáng)度大大減少。膨脹性圍巖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，黏土顆粒通常更豐富，而且形態(tài)不可預(yù)知，可塑性又非常強(qiáng)，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(xué)組成主要有二氧化硅和氧化鋁和氧化鐵礦物的化合物。進(jìn)水在許多化學(xué)反應(yīng)和物理變化后，會發(fā)生明顯的膨脹、軟化，當(dāng)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(yīng)力

在許多軟質(zhì)的膨脹巖中(頁巖，泥巖，泥巖及凝灰?guī)r)，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(fēng)化和雨水的影響下很快就會膨脹擴(kuò)大，在隧道中也不例外。特別是當(dāng)圍巖破壞區(qū)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(kuò)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(yīng)力的作用下，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致水流自由通過，會造成表層土壤水分蒸發(fā)，干燥開裂。這些因素，會導(dǎo)致裂縫寬度擴(kuò)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(xiàn)隧道上部的圍巖因為壓力過大而產(chǎn)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(xiàn)風(fēng)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(dǎo)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(dǎo)致圍巖膨脹變形，在土體面上，由于體積擴(kuò)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(chǎn)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(dǎo)致膨脹產(chǎn)生的壓力被釋放，膨脹圍巖對產(chǎn)生產(chǎn)生應(yīng)力形變，而且在積水的隧道內(nèi)，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(shù)控制

在基坑開挖方法方面的考慮中，過多配置開挖的區(qū)域是不被支持，因為這在初期不能盡快形成以灘結(jié)構(gòu)，不能保證開挖下部時結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固，開挖完成后也不利于支持和日常維護(hù)，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(nèi)輪廓型式

對于弱膨脹圍巖對于隧道施工的影響，國內(nèi)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(xué)者根據(jù)擴(kuò)展規(guī)律與有限元分析結(jié)果表明，U形的輪廓隆起幾乎是正圓(O形)的4倍。國內(nèi)外實測數(shù)據(jù)表明，地殼中的應(yīng)力水平在一定深度條件下，垂直應(yīng)力往往超過水平應(yīng)力兩倍多。近年來，我國的專家學(xué)者對隧道襯砌強(qiáng)度的性質(zhì)和仰拱效應(yīng)的測試研究中表明，U形斷面如在不同的方向受力，如果應(yīng)力是拱形的破壞形式，會得出這樣的結(jié)論：口處和墻結(jié)構(gòu)是薄弱環(huán)節(jié)，因此在設(shè)計和施工膨脹性圍巖時應(yīng)在單，雙U型截面的現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行腳墻的圓拱形加固，減少集中應(yīng)力，發(fā)揮最大的保護(hù)作用。

3.3 二次襯砌混凝土施工技術(shù)

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(jié)構(gòu)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(nèi)進(jìn)行澆筑。原來的混凝土澆筑方法不符合新技術(shù)的施工原理，要通過有效的加強(qiáng)減少施工縫隙并合理利用結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(chǔ)：對地基進(jìn)行封閉，以防止被水長時間的浸泡導(dǎo)致軟化；對于墻和拱腳的支護(hù)，在完成了底面約束的條件下，要形成支持結(jié)構(gòu)墻，并共同形成一個封閉環(huán)；底部仰拱超前作用在混凝土表面應(yīng)變分布可根據(jù)剛度比突起，以提高地基承載力。

3.4 加強(qiáng)隧道支護(hù)技術(shù)

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

3.5 安全施工措施

首先，加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測和控制，確保安全施工。委托具有地質(zhì)預(yù)測職業(yè)資格的設(shè)計院或者專家負(fù)責(zé)實施，聘請專業(yè)的團(tuán)隊負(fù)責(zé)隧道監(jiān)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(chǎn)生破壞。其三，對混凝土中所有的灌抵巖壁在建設(shè)中，注意內(nèi)襯修復(fù)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(fēng)，控制溫度和濕度，其六，在長錨桿施工中，每次機(jī)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(dǎo)致側(cè)墻和拱腳坍塌；另外，鉆機(jī)鉆井人員要注意學(xué)習(xí)，并且必須經(jīng)過一定的培訓(xùn)，獲得相關(guān)資質(zhì)證書，能安全熟練地處理頂鉆、頂水等突發(fā)現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

在廣大膨脹性圍巖進(jìn)行隧道施工施工技術(shù)中，分析圍巖的特性是必要的，一定要根據(jù)不同的情況，在確保安全和可操作性的的前提下，增強(qiáng)效率，增進(jìn)效益。機(jī)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(jīng)驗，避免錯誤，增強(qiáng)科學(xué)性和可行性，為整個工程的穩(wěn)定和安全做好鋪墊。在施工過程中，相關(guān)人員要根據(jù)實際情況和不斷變化的現(xiàn)場條件，及時調(diào)整計劃，最大限度地保證質(zhì)量。

[1] 喬增波,沈峰,丁洋.膨脹性圍巖隧道施工技術(shù)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(xué)之友，2010，(11)：71-72．

2015-06-15

U445

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1008-3383(2015)11-0149-01