隧道施工中的膨胀性围岩影响对比
公路隧道施工中主要的地质灾害问题
浅谈公路隧道施工中主要的地质灾害问题摘要道路施工中可能会面对许多复杂的地质环境，会对公路隧道的施工造成严重的影响。
本文讨论了在我国施工中常见的一些地质灾害类型和相应的预防和处理措施与建议。
关键词：公路隧道；施工；地质灾害1 引言随着国内道路交通建设的迅猛发展，公路隧道建设逐渐步入了迅速发展时期。
复杂地质条件下,各种灾害性地质所引发的施工安全事故时有发生，所以针对灾害性地质隧道的施工研究十分重要。
灾害性地质包括滑坡、崩塌、断层、岩溶、爆岩、软土地质等威胁隧道工程施工安全的灾害性地质条件。
这些特殊地质条件为公路隧道的施工安全带来了巨大的考验。
本文主要分析了实际地质灾害的现象与特点,以便更好的应对地质灾害;此外还列举了地质灾害的预防和处理方法,为公路隧道施工工作提供依据。
2 活动断层地质对公路隧道施工的影响2.1活动断层的影响活动断层主要是目前还在活动或断续活动的地质断层。
活动断层会导致岩体出现各种破碎岩面,例如断裂面及层间裂隙面等,使岩体发生破碎,渗透性增加,地表水和降水发生下渗。
当隧道需要穿越活动断层时,由于活动断层岩性松软,隧道容易出现塌方以及不均匀沉降,引起隧道结构开裂、漏水,洞口附近仰坡在雨季有滑坡、错落等危险[1]。
2.2处理措施隧道施工中经过断层无疑有很高的难度。
主要来源于断层的特点、断裂带的宽度、含水性以及断层的活动情况的组合关系。
目前常见的施工手段是路线选择上尽量规避活动断层,或利用深挖路堑穿越活动断层。
利用地质雷达预测、预报断层地质破碎岩体详细情况。
开挖前对围岩进行加固。
开挖后采用钢架加喷射混凝土作为结构支撑。
按设计要求使用混凝土支护,提高混凝土支护结构强度等级。
3炭质板岩地质对公路隧道施工的影响3.1炭质板岩地质特点(1)开挖易坍塌炭质板岩地质环境下,隧道爆破结束,随着围岩在外部暴露时间增多,开挖面围岩逐步出现脱落,最终发生坍塌,若遭遇围岩裂隙水冲击,坍塌情况会更加严重。
(2) 炭质板岩遇水容易软化炭质板岩遇水会出现膨胀崩解,软化的现象。
膨胀性围岩隧道工程病害述评
素喷 、 网喷 、 喷等方 法加 固， 直墙 衬砌 结构 ， 锚 对 采取 在拱脚 和边
墙打设锚 杆加固 ； 加强衬砌 工作缝 的防水 、 增设盲沟及 侧沟排水 。 整治达 ５ 年之 久 ． 虽经 多次 整治 费用 达上亿元 ， 但仍未 根除病 害。
１ ２ 崔 家 沟 隧 道 （ 路 单 线 ， 长 ３ ３ ｍ） ． 铁 全 ８４ ： 膨 胀 性 围 岩 种 类 ： 质 页 岩 、 砂 岩 页 岩 和 砂 质 互 层 ， 体 风 泥 粉 岩
化颇 重 。
： ｏ世纪 ５ ～７ Ｏ ０年代 ， 国在膨胀 性围岩 中采用 传统法修 建 我
铁 路 隧 道 也遇 重 大 困 难 ， 隧 道 旌工 中 出现 围 岩 膨 胀 坍 塌 、 压 ． 在 挤
膨 胀 性 嗣 岩 物 理 力 学 指 标 ： 胀 量 ６ ～ ３ ； 胀 ０ ２ ～ 膨 ５ 膨 ．５
关键 词 ： 膨胀 性 围岩 ； 计 施 工 ； 害 分 析 设 病
膨胀性 围岩通 常是 指 含有 蒙脱 石 、 岭 土 等 矿 物 的软质 岩 高 石 ， 水 膨 胀 ． 水 收 缩 和 往 复 胀 缩 变 形 的 围 岩 。 常 见 膨 胀 性 岩 吸 失 石种类有 ： 灰岩 、 岩 、 质砂 岩 、 质页岩 、 灰 岩 、 土岩 、 凝 泥 泥 炭 泥 粘 云 母 岩 、 枚 岩 、 纹 岩 等 ， 类 围 岩 抗 压 强 度 较 低 ， 轴 抗 压 强 度 干 蛇 这 单 在 ３ ＭＰ ０ ａ以下 ， 理 裂 隙 较 为 发 育 ， 有 一 定 的裂 隙 水 。膨 胀 性 节 含
其 严重 的， 出现 的种种病 害情 况表 明 ， 从 必须提 高对膨 胀性 围岩 的认 识 ， 改进 施 工方 法和 针对 围岩 情 况 ， 计 合理 的结 设
膨胀特性对软岩巷道围岩变形规律的影响研究
维普资讯
４２ ６
河 南 理 工 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
２０ ０ ６年第 ２ 卷 ５
的区域 围岩变形 有影 响 ，并产生体 积膨胀 与扩容 现象 ． 针 对轴对称 巷 道 ，处 于塑性 区 围岩变 形理论 解［】 为
维普资讯
第２ ５卷第 ６期 ２０ ０ ６年 １ ２月
河 南 理 工 大 学 学 报
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＨＥＮＡＮ ＯＬ Ｐ ＹＴＥ ＣＨＮＩ ＵＮＩ ＲＳ ＴＹ Ｃ ＶＥ Ｉ
Ｖ ｏ ． ＮＯ． １２５ ６ Ｄｅ ２０ ６ ｃ． ０
性 函数关 系 ，膨 胀 角与塑性 区围岩 变形之 间具体 的数 值关 系可通 过数值 模拟 求得 ．
轴 对称 巷道 弹塑性理 论解适 用条件 为 ２ 一（ ＋１ Ｐ ≥ 口 ≥ ２ ｐ ［ １一ｖ ／ —Ｎ］．如果 口 ＜ ０ Ｎ ） ｖ０（ ）ｖ ２ ｐ ［ １一ｖ ／ —Ｎ］，则 不能保 证塑性 区 围岩 的轴 向应 力 均 为 中间主应 力 ，已有 的弹塑 性理论解 ｖ０ （ ）ｖ
ｒ ｛
［ ］ （＿］ ｐ ， Ｎ １ ¨ ） ｝
一 ］ ［
～ 十 （ １ ）
（） ２
式中， ＝ （ Ｎ １＋ｓ ） （ 一ｓ ）； 为 围岩 的 内摩擦 角 ； ｉ ／１ ｉ ｎ ｎ ｒ为径 向距 离 ； 为巷 道半径 ； Ｒ 口 为单轴 抗压强 度 ； Ｐ 为支护力 ； ０为初始 地应力 ； 为塑性 区半径 ， 为弹性 模量 ； 为泊 松 比． Ｐ Ｒ Ｅ
２ ０
收 穑 日期 ：２ ０ －９０ ０ ６０ －１
基 金项 目：河 南 省 杰 出 人 才创 新 基 金 资 助项 目 （ ６ １０ ４ ０ ０２ ０ ０ ０ ） 作 者 简介 ：程 立 朝 （ ９ １） １８ 一 ．男 。河北 邢 台人 ．主要 从 事 矿 山 工程 支 护 结 构 的 研究 ．
【专业知识】隧道工程知识：膨胀土围岩对隧道施工的危害
【专业知识】隧道工程知识：膨胀土围岩对隧道施工的危害【学员问题】膨胀土围岩对隧道施工的危害？【解答】由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使膨胀土的隧道围岩具有普遍开裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象。
膨胀土隧道围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点。
施工中常见的几种情况，简述如下：（1）围岩裂缝：隧道开挖后，由于开挖面上土体原始应力释放产生胀裂；另外，因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。
同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大。
沿围岩周边产生裂缝，尤其在拱部围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。
（2）坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，而产生坑道下沉变形。
坑道的下沉，往往造成支撑变形、失效，进而引起土体坍塌等现象。
（3）围岩膨胀突出和坍塌：膨胀土开挖过程中或开挖后，围岩产生膨胀土变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。
在土体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。
（4）底鼓：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，又无支护体约束的条件下，由于应力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀。
因而造成洞底围岩鼓出变形。
（5）衬砌变形和破坏：在先拱后墙法施工中，拱部衬砌完成后至开挖马口的这段时间，由于围岩和膨胀压力，常常产生拱脚内移，同时发生不均匀下沉，拱脚支撑受力大，发扭曲、变形或折断。
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拉裂缝，而拱顶内缘出现挤裂、脱皮、掉块现象。
在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可发展到张开、错台。
当采用直墙时，边墙常受膨胀侧压而开裂，甚至张开、错台，少数曲墙也有出现水平裂缝的情况。
当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出现底部鼓起，铺底被破坏。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。
不良和特殊地质地段隧道施工的处理措施
在修建 隧道及地下工程 中， 工程地质状 况及水 文地质情况是人 有半端面法 、 正 台阶预留核心土开挖法 、 双侧壁导坑法。 开挖手段上 ， 采取两种方法 ： 一种是在特别软弱 的围岩段 ， 采用 决于对地质状况 的认识和掌握程度 。当地质状况较好时 ， 工程的进 非钻爆开挖 ， 如利用十字镐 、 风镐开挖或利用小型挖装机开挖 ； 另一 展就顺利 ， 工程 的工期 、 质量 、 造价等都能按计划地 正常进行 ； 当地 种是采用控制爆破措施 ， 如松动爆破 、 微振动爆破等 。 这两种方法的 质条件较差 ，遇到了特殊及不 良地质地段 时 ，如富水 软弱围岩 、 流 目的是 一致 的， 就是尽可能地减小开挖对 围岩 的扰动 。 沙、 溶洞 、 膨胀岩 、 瓦斯 、 高地应 力等 ， 工程 就会 受阻 ， 主要 表现为工 ２ 膨胀性和挤压性 围岩 期 的延长 、 质量 的下降 、 工程造价的剧增 ， 同时还有可能 出现大 的安 膨胀性 围岩是指矿物成分主要由亲水性矿物组成 ， 同时具有吸 全事故 ， 导致人员 的伤亡 ， 设备的损坏等现象 的发生 。 水显著膨胀 软化 和失水收缩硬裂两种特性 ， 且具有湿胀干缩往复变 １富水 断层破碎 围岩 形 的高塑性粘性 土。决定膨胀性 的亲水 矿物主要是蒙脱 石粘土矿 在 隧道施工 中， 往 往会 遇到断层破碎带 、 富水软 岩及 大量涌水 物 。 地段 ， 给隧道施 工带来严重 困难。 膨胀性围岩的判别 ， 目前 国内外大体上依据以下两个方面 ： 一 断层破碎带是隧道施 工中最常见 的不 良地质地段 ， 特 别是在 山 是 间接反映岩石膨胀英标 ， 如矿物构成 成分 、 颗粒含量 、 阳离子 交换 区沟谷中 ， 地质上有“ 十沟九断” 的说法。 断层带 内岩体挤压破碎 ， 常 量 和干燥饱和吸水率 ； 二是直接定 量反 映皋石膨 胀力 学指标以及不 呈块石 、 碎石或角砾状 ， 有的甚至呈断层泥 ， 岩体强度低 ， 围岩压力 同荷载下的膨胀 率大小 的指标 。 增大 ， 自稳能力下降 ， 容易坍塌 ， 施工 困难 。 ２ ． １膨胀性 围岩的判别 。膨胀性 围岩 的判 别可按《 铁 路膨胀岩 富水软岩是指在各类土质 、 软岩 、 极严重 风化 的各种岩层 、 极软 隧道技术规范》 进行判定 ， 主要 的试验指标包括极 限膨胀力 、 极限膨 弱破碎 的断层带 以及求积 、 坡 积层 中 ， 在 富含 地下 水的情况下 ， 岩体 胀率 、 极限膨胀量 、 干燥饱 和吸水率 、 围岩强度 比等 内容 。 ２ ． ２膨胀性围岩对 隧道施工 的危害。由于膨胀性围岩的特殊工 强度很低 ， 自 稳能力极差的围岩。大量涌水是隧道施工 中比较常见 的不 良地质现象。在雨量充沛和地下水 丰富地区 ， 隧道穿过断层破 程地质性质及其 围岩压力特性 ， 使膨胀 土隧道围岩普遍具 有开裂 、 碎带 、 裂 隙密集带 、 向斜 部 、 不 同岩层 接触带或岩熔发育地段 时 ， 施 内挤 、 坍塌和膨胀等变形现象 。 膨胀土隧道围岩变形常具有速度快 、 工期间可能会发生地下水 和承压水大量涌出。 破坏性大 、 延续时间长和整治较 困难等特点 。膨胀性 围岩对 隧道施 对 于富水软弱破碎围岩 隧道 ， 设计 一般根据地表探测 和少量 的 工 的影 响 如 下 ： 地质钻孔为 主 ， 推断地下深 处的隧道地质条件 ， 这往往与隧道施 工 １ ） 围岩开裂。隧道开挖后 ， 由于开挖面上岩体原 始应 力释放产 实际遇到的地质条件存在差异 。 而隧道施 工对地质 的变化又非常敏 生胀裂 ； 另外 ， 因为表层土体风干而脱水 ， 产生收缩裂缝 。 同时， 两种 感， 特别是复杂地层施 工 ， 更要求准确预报施 工前 方的工程地 质和 因素都可 以使土 中产生裂 隙张开扩大 ， 沿 围岩周边产生裂 缝 ， 尤其 水文地质条件。因此 ， 应把地质超前预报作为一个工序纳入生产过 在拱部 围岩容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通 ， 形成局部变形 区。 程。 ２ ） 隧道下沉 。由于隧道下部膨胀岩体 的承载力较低 ， 加之隧道 富水软弱破碎围岩隧道的显著特点就是地下 水对施工 的影 响。 上部围岩压力过大 ， 隧道下沉变形明显。 另外 ， 隧道 只能采用分部开 这类 隧道地下水发育 ， 除裂隙水外 ， 往往与地表水 串通 ， 形成补给通 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 道， 使施工长期处 于地下水干扰 之中。并且软 弱破碎地层地下水一 压力 ， 加 上坑道的下沉 ， 往往造成 支撑 过渡变形 、 失效 ， 进 而引起土 般不 能形成集 中水流 ， 往往 以散水形式从坑道周壁或隧底 流出 ， 施 体坍塌 、 挤压和膨胀变形等现象 。 工处理更加 困难。 ３ ） 围岩膨胀 突出和坍塌 。隧道 开挖过程 中或开挖后 ， 围岩产生 为了防止或减轻地下水对施工特别是对开挖 的影响 ， 必须对地 膨胀变形 ， 周边土体向洞内膨胀 突出， 造成开挖断面缩小。 在土体丧 由于 围岩压力 和膨胀压力 的综合作 下水进行处理 。近年来 ， 在富水软弱破碎围岩隧道施工 中探索 出许 失支撑或支撑力不够 的状态下 ， 多行之有效 的办法 ， 使这些 隧道 的施 工得 以正常进行 ， 并加快 了施 用 ， 使 土体产生局部破坏形 成坍塌现象 。 工进度 ， 提高 了工程质量 ， 保障了施工安全。 ４ ） 隧道底部 隆起 。隧道底部开挖后 ， 洞底围岩的上部压力解 除， 富水软弱破碎 围岩隧道处理地 下水 的原则一般是 以堵截为 主， 又无支护体约束时 ， 由于应 力释放 ， 洞底 围岩产生卸荷膨胀 ， 加之 坑 排引为辅 。堵截地下水 的办法主要有两类 ： 一类是整个富水段进行 道积水 ， 使洞底 围岩产生浸水膨胀 ， 造成彻底 围岩 隆起变形 。 注浆 止水 ， 并加 固松 散岩体 ， 这种 办法是将 富水段岩层结构通 过高 ５ ） 衬砌变形和破坏 。 在整体式（ 模筑混凝土） 衬砌 中， 常发生下列 压注 浆进行调整 ， 相 当于提高 围岩等级 ， 使围岩在原有基础 上整个 现象 ： ８ １ ． ． 在先拱后墙法施工 中， 拱部衬砌完成后至开控 马 口的这段时 综合指标得以改善， 主要措施有深孔劈裂、 挤压注浆。 另一类是对富 间， 由于 围岩 和膨胀 压力 ， 常常产 生拱脚 内移 ， 同时 发生不均 匀下 水地段沿隧道开挖轮廓线以外进行环形注浆， 形成止水帷幕， 防止 沉 ， 拱脚支撑受力 大 ， 发生扭 曲、 变形或折 断 ； ｂ ． 拱 顶受挤压下沉 ， 也 或减小地下水进入开挖工作面。 这种办法并不能改变开挖段的岩体 有 向上 凸起 ， 拱顶外缘经 常出现纵 向贯通拉裂缝 ， 出现挤裂 、 脱皮、 结构。主要措施有浅孔注浆、 管棚注浆、 小导管注浆、 中空锚杆注浆 掉块现象 ； ｃ ． 在拱腰部位出现纵 向裂缝 ， 这些裂缝有时可逐渐发展 到 以及目 前正处于研究阶段的水平旋喷注浆技术等。 张开 、 错台； ｄ ． 当采 用旦墙式边墙 时 ， 边墙 常受膨胀侧 压而开裂 ， 甚 在富水软弱破碎围岩隧道施工中， 虽然采用深孔注浆达到了止 至张开 、 错 台， 少数 也有 出现水平裂缝的情况 。 参考文献 水固结的目的， 但固结范围有限， 加上地质及注浆有些不确定因素， １ 】 李建文． 宏观地质预报在 隧道 Ｔ Ｓ Ｐ 探 测和解译 中的应 用【 Ｊ ］ ． 山西建 为保障施工万无一失， 一般在开挖前均采用超前支护。 超前支护一 【 筑． ２ ０ ０ ９ （ ２ ９ ） ． 般采用超前锚杆或超前小导管。 ２ ｌ ｉ ￣ 长青， 许人 平 ， 叶勇 ， 等． 地质 雷达在岩质 隧道 施＿ Ｔ － 超前 预报 中 对于地下水压较大的隧道，开挖前一般还要采取排水降压措 ［
简析膨胀性围岩隧道施工中的临时仰拱
简析膨胀性围岩隧道施工中的临时仰拱1 引言膨胀性围岩通常是指含有蒙脱石、高岭土等矿物的软质岩石，吸水膨胀，失水收缩和往复胀缩变形的围岩。
这类围岩抗压强度较低，被水浸湿后，裂隙回缩变窄或闭合，强度迅速降低，吸水的同时围岩产生体积膨胀，对隧道支撑和衬砌产生膨胀压力。
在膨胀围岩段进行隧道开挖施工过程中，围岩产生的膨胀压力会对已完成的初期支护结构产生影响，当膨胀压力过大时，初期支护结构向隧道内侧的变形量就会过大侵入二衬界限。
如果膨胀性围岩短期内接受到大量水源的补给，相应区域内围岩的软化程度会变高，突变的膨胀压力过大会造成初期支护结构的破坏，围岩会因为失去自稳能力而形成塌方。
因此在膨胀围岩区段内进行隧道开挖施工的难度较大。
在杉阳隧道膨胀围岩段进行隧道开挖施工时采用了一系列综合措施处置膨胀围岩可能产生的危害，其中临时仰拱作为施工辅助措施是抵抗膨胀压力减少变形最有效的办法之一，这种方法施工工艺简单实用，能够实现较好的施工效果。
2 工程概况大瑞铁路杉阳隧道位于云南省永平县境内，地处横断山脉滇西纵谷地带，地形切割强烈，距澜沧江活动断裂带约2km，通过区域为中山构造剥蚀地貌，地形起伏大，相对高差约1080m，隧道施工主要穿越上白垩系砂岩、石英砂岩夹砾岩、侏罗系泥岩、砂岩夹石英砂岩、板岩及泥灰岩。
杉阳隧道出口段穿越泥岩，砂岩。
岩质较软，岩性变化快且频繁，该段位于板块缝合带—澜沧江断裂带及影响带，受构造影响，隧道岩体破碎疏松，有利于地下水的运移，基岩裂隙水发育，泥岩遇水后膨胀，软化失稳。
3 施工方法杉阳隧道出口端正洞开挖至DK102+392时，揭示掌子面为Ⅴ级围岩，泥岩为主，线路左侧方向出露炭质泥岩，在进行该区段隧道开挖施工时，采取了加强超前支护及初期支护强度，初期支护钢架预留变形量，设置临时仰拱等工程措施，具体施工方法如下：1、在隧道开挖前采取综合地质预报技术手段，对掌子面前方的围岩进行初步判识和解读，一般采用TSP203、红外探水、超前水平钻钻芯取样等方法，当确认前方围岩为膨胀性围岩时，则按照膨胀围岩段的施工方法进行施工。
隧道施工常见不良地质及处理方法
隧道施工常见不良地质及处理方法【摘要】近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步，同时隧道工程也在快速的发展。
在隧道工程施工中，经常会遇到不良的地质，这就需要良好的地质处理方法，从而促进隧道工程的正确施工。
笔者结合自己的研究，对隧道施工常见的不良地质及处理方法进行分析。
【关键词】隧道施工不良地质处理方法一、前言通过加强对隧道施工常见的不良地质及其处理方法的分析，可以不断的促进隧道施工的顺利进行，提高隧道施工的质量和进度，这对于我国的隧道施工具有十分重要的意义，因此，需要不断的加强对这方面的研究。
二、前期对隧道围岩结构类型的分析认识常见的不良地质类型有膨胀围岩、岩溶地段、破碎断层、涌水涌泥等。
而大量的工程实践表明,导致大量隧道工程施工方案不合理和工程事故的发生原因就是与前期对隧道围岩结构类型的分析认识不清有密切关系。
1.进行不良地质分析的重要性各项工程建设在设计和施工之前,必须按基本施工建设程序进行岩土工程勘察。
岩土工程勘察应按工程建设各勘察阶段的要求,正确反映工程地质条件,查明不良地质作用和地质灾害,精心勘察、精心分析,提出资料完整、评价正确的勘察报告。
这样才有利于下一步开展施工,制定切实可行的施工支护方案。
三、几种不良地质对隧道围岩稳定性影响1. 涌水对隧道围岩稳定性影响。
在隧道工程施工中,地下水的作用非常活跃。
本身可造成隧道涌水,可软化泥化岩石,增大围岩的变形;降低结构面的内聚力,造成不利组合岩块的塌落甚至引起大的坍方;加剧构造岩、风化岩、破碎岩、粘土砂及泥夹块石类岩溶填充物活动性,引发隧道内坍方、泥石流、岩溶涌突水泥灾害。
隧道开挖,破坏和改变了隧道所在地区水文地质条件,隧道成为新的地下水排泄的通道。
隧道施工揭穿含水构造,直接导致了隧道内涌水灾害的发生(揭穿型隧道涌水);而隧道周边与含水构造(体)间隔岩体厚度的过薄或含水构造(体)水压上升,导致了隧道施工期间的突破型涌水;由于涌水速度的降低,涌水中携带的泥砂沉积堵塞涌水通道,当通道地下水位上升水压力达到一定值时,水突破堵塞造成重新涌水,即形成隧道施工期间隧道内的间歇型涌水。
浅析西南山区隧道底鼓的几种常见地质成因及作用机制
浅析西南山区隧道底鼓的几种常见地质成因及作用机制摘要：山区隧道发生底鼓的原因复杂多样，抛开施工质量等方面的外部因素，基于内部地质条件，简要地归纳了山岭隧道发生底鼓的几种常见原因，较为详细地分析了它们的作用机理，提出了一些常见的防治措施。
关键词：隧道底鼓；仰拱隆起1 引言近些年来，随着我国“西部大开发”战略的逐步实施，西南地区的基础建设日新月异，其中道路交通建设表现得尤为突出。
西南地区东临华中、华南地区，北依西北地区，主要分布有四川盆地、云贵高原和青藏高原三个地形单元，区内崇山峻岭、山高水长，道路交通建设难度较大。
为缩短运行距离，提高交通运输能力，线路常以隧道的形式在群山中穿越，由于山区地质条件复杂多变，隧道病害种类丰富多样，其中隧道底鼓现象就较为常见，而引起底鼓的原因很多，本文仅从地质专业的角度出发，较为详细地总结了几种常见的成因及其作用机理，对山岭隧道底鼓的认识具有一定的现实意义。
2 高地应力下的软弱围岩国内外对高地应力的含义迄今还未达成统一的认识[1]，最初大家将初始地应力实测值大于20MPa定义为高地应力，随着对高地应力认识的不断加深，发现这种完全忽略围岩情况的划分方法过于简单粗暴，目前大家多以岩石单轴饱和抗压强度R b与初始地应力实测值σmax的比值，即岩石强度应力比来进行划分，不同国家对于界限值的认识也不同，日本等国家认为强度应力比R b/σmax＜2为高地应力，我国相关规范标准目前对其没有规定，已废止的《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）附录2规定R b/σmax≤7为高地应力，而正在实行的《工程岩体分级标准》（GBT50218-2014）、《铁路隧道设计规范》（TB1003-2016/J449-2016）提到，硬质围岩R b/σmax≤7时开始发生轻微岩爆，由此可推断也默认了高地应力的界限值为7，但是2018年发布的《公路隧道设计规范第一册土建工程》（JTG3370.1-2018）认为R b/σmax≤3.333开始发生轻微岩爆，这与日本等国的界限值较为接近。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
隧道施工中的膨胀性围岩影响对比
我国是膨胀土分布十分广泛的国家，如广西、河北、河南、四川、湖北、云南、陕西、安徽、江苏等地均有不同程度的分布。
在具有膨胀性的土层中进行隧道开挖，就必须要十分小心膨胀土的吸水情况，做好防范措施，以免发生巨大工程事故。
而膨胀土对隧道的影响大致可分为两类，一是在隧道施工前，膨胀土已发挥其膨胀性并对施工产生影响；二是隧道施工完毕后，膨胀土才吸水膨胀对隧道结构产生影响。
本文主要从这两方面入手，探讨膨胀土对隧道施工的影响。
1、膨胀土的主要特性
膨胀土是指土中黏土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，且具有湿胀干缩往复变形的高塑性黏性土。
其膨胀性源自于其内的亲水性矿物，多含有钙质或铁锰质结构，一般呈棕、褐、黄及灰白色，尤以蒙脱石与伊利石为主。
膨胀土质软，抗压强度底，空隙率较大，遇水后表面水膜增厚，颗粒间距增大，造成土体膨胀，若遇阻力将产生较大的膨胀压力，失水后又很快崩解成碎块。
2、膨胀土对隧道施工的影响
（1）膨胀性发生于隧道施工前
由于周围岩体的约束作用，膨胀土吸水后其变形收到限制，那么就会产生较大膨胀压力。
一旦进行隧道开挖，围岩的受力状态便会产生变化，由原来的三向受力状态变为二向受力状态，围岩应力重分布，一部分受约束的膨胀变形得以继续进行，这就会导致两种结果，一是围岩变的极不稳定，稍加开挖便导致洞室坍塌，二是围岩在变形的过程中处于动态的自平衡，最终达到稳定状态。
由前已知，膨胀土质软，抗压强度底，吸水后其强度与刚度更是大打折扣，对施工将带来更大的困难。
由于坑道下部膨胀岩体的承载力较低，加之坑道上部围岩压力过大，这就易造成坑道产生过大的下沉。
并且若在施工过程中土体产生膨胀，此时洞底围岩的上部压力已经解除，当无仰拱支护约束时，极易造成洞底围岩的隆起变形，严重时，甚至能引起洞室坍塌，对施工人员的人身安全造成威胁。
另外膨胀土还有个特性，失水后易崩解成碎块。
在开挖隧道结束到支护的完成需要一个过程，这时，表层的裸露岩体易风干脱水，产生收缩裂缝，这也可以引起土中原生裂缝的张开扩大，不仅使围岩变形增大，稳定性降低，也促进了水在围岩内的流通，加大了土体的膨胀，形成一个恶性循环，对整个工程产生危害。
目前膨胀性围岩的隧道结构设计方法主要有两类，一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的柔性结构设计法，二是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的刚性结构设计法。
当膨胀性发生于隧道施工前时，膨胀土在周围岩土体的约束下已经产生了一部分的变形，当开挖后，由于围岩的动态自平衡又释放了一部分变形，致使围岩在已有的自平衡下短期内不会再产生过大的变形，而由于膨胀土的吸水，致使其强度应力比变的极低，流变性显著，已有的自平衡就变的很不稳定，通常提前施作大刚度衬砌来控制隧道变形，但时机非常重要，应考虑将围岩压力大部分释放，衬砌围岩压力分担比例降低到总压力的70%以下，并且在考虑围岩蠕变、结构耐久性和可靠性前提下，对理论及现场检测进行综合分析以確定。
综上所述，膨胀性发生于施工前时，对施工和设计均带来了很大的困难。
（2）膨胀性发生于隧道施工后
隧道施工完成后，由于地下水位的改变或地表水的浸湿等原因，导致膨胀性围岩吸水膨胀，这种膨胀受到支护结构的约束，反过来给支护结构一个较大的膨胀压力。
在这种膨胀性来临之前，支护结构与围岩的相互作用与普通围岩一样，膨胀压力的产生，增大了支护结构的受力，降低了结构安全性，水的存在，也能对支护结构产生腐蚀作用，降低耐久性。
那么此类设计的关键就在于控制围岩的湿度变化，在有地下水渗流时，应加强隧道整体的防、排水措施，有条件时尽量截断水源或引流使其绕过隧道，在雨量较大的地区，为防止地表水的过度浸湿，应在地表开挖排水沟，及时将其引走。
另外，考虑到膨胀土的变形，设计时应考虑采取含柔性变形层的支护结构，一旦膨胀性来临，允许其发生一部分变形，这样可以降低围岩作用于支护结构上的荷载，增加安全性。
综上所述，膨胀性发生于施工后时，对隧道的整体结构会产生较大的不利影响，但设计时可以采取相应的防范措施避免之，在较干燥的环境下施工也更为方便。
3、结束语
从以上的分析中可看出，膨胀性发生于施工前，对设计、施工均带来更大的困难，对人力财力的耗费都要大的多。
由于膨胀土的种种特性，在进行膨胀性围岩隧道施工时，应对当地地质水文情况作准确的调查，并根据现有的技术手段，结合前人的经验教训来进行设计与施工。