膨脹性泥巖對(duì)隧道明挖施工的影響評(píng)價(jià)與處置對(duì)策

李沿芃 陳高生 張大偉

(中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401320)

膨脹性泥巖對(duì)隧道明挖施工的影響評(píng)價(jià)與處置對(duì)策

李沿芃 陳高生 張大偉

(中建隧道建設(shè)有限公司，重慶 401320)

分析了膨脹性泥巖隧道強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及膨脹性泥巖明挖施工對(duì)隧道兩側(cè)內(nèi)襯混凝土的影響，探討了隧道兩側(cè)土體的支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，并提出可行性對(duì)策,對(duì)以后的泥巖隧道支護(hù)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(dāng)遇到膨脹性泥巖底層時(shí)，處理起來比較困難，主要表現(xiàn)為隧道初期支護(hù)變形大，之后，位移速率也隨之增大，如果不及時(shí)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(hù)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(jìn)行隧道工程施工，必須研究膨脹性泥巖隧道強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及膨脹性泥巖明挖施工對(duì)隧道兩側(cè)內(nèi)襯混凝土的影響，提出隧道兩側(cè)土體的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，精心組織施工。

1 膨脹性泥巖對(duì)隧道兩側(cè)土體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響

膨脹性泥巖隧道對(duì)泥巖穩(wěn)定性有較高的要求，對(duì)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(zhì)條件的優(yōu)良和設(shè)計(jì)、施工的合理性。實(shí)際上，膨脹性泥巖隧道的穩(wěn)定性還會(huì)受到多種因素綜合作用，比如地下水，地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(gè)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(huì)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(yīng)力也會(huì)影響強(qiáng)度，當(dāng)隧道的開挖深度增加，初始應(yīng)力隨之增大，但是泥巖的強(qiáng)度沒有發(fā)生變化，所以隨著開挖繼續(xù)加深，應(yīng)力持續(xù)增大，出現(xiàn)所謂的高應(yīng)力或極高應(yīng)力，圍巖很可能發(fā)生大變形，甚至坍塌，當(dāng)在施工過程中遇到此類情形時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況降低圍巖的級(jí)別。

泥巖的工程性質(zhì)比較復(fù)雜，巖體的強(qiáng)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(huì)使強(qiáng)度降低，水對(duì)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(huì)受到水對(duì)其不同的影響，膨脹性泥巖地質(zhì)尤其嚴(yán)重。膨脹性泥巖是由黏土脫水膠結(jié)而成，有遇水后產(chǎn)生膨脹的特點(diǎn)，在水的持續(xù)作用下,泥巖的裂隙，孔隙等物理力學(xué)參數(shù)及微結(jié)構(gòu)相應(yīng)地發(fā)生了變化，尤其是當(dāng)泥巖重復(fù)遇水—失水—遇水這樣的過程時(shí),膨脹性泥巖容易液化或流動(dòng)。研究水對(duì)泥巖的影響在工程實(shí)踐中非常重要。

2 膨脹性泥巖對(duì)隧道兩側(cè)土體支護(hù)設(shè)計(jì)和施工的影響

許多年之前，人們對(duì)地質(zhì)情況認(rèn)識(shí)不夠清楚，施工技術(shù)相對(duì)落后，把隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌的原因歸結(jié)于支護(hù)結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度不夠，所以采取嵌補(bǔ)裂縫、錨桿加固、加厚襯砌等措施來加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度，然而效果并不理想。隨著研究人員與相關(guān)技術(shù)人員對(duì)隧道工程的研究以及新奧法施工技術(shù)的出現(xiàn)，我們才意識(shí)到支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與圍巖自身的穩(wěn)定密切相關(guān)。因此,在膨脹性泥巖隧道中,保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，除了滿足對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)和強(qiáng)度要求之外，提高泥巖的自身強(qiáng)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(zhì)來進(jìn)行隧道的開挖與支護(hù)，只有當(dāng)開挖形式與支護(hù)設(shè)計(jì)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(diǎn)來開挖和支護(hù)會(huì)導(dǎo)致隧道穩(wěn)定性不良，或者造價(jià)過高，如此做法既不合理也不經(jīng)濟(jì)。

由于膨脹性泥巖吸水膨脹、遇水軟化的特點(diǎn),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(hù)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(hù)中的混凝土脫落，使隧道支護(hù)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

膨脹性泥巖會(huì)從多個(gè)方面影響隧道的支護(hù)和施工,在不同的圍巖條件下，考慮到工程地質(zhì)的影響，要能夠判斷哪些因素是泥巖影響隧道支護(hù)與施工的主要因素，有針對(duì)性選擇隧道支護(hù)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(hù)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(zhì)的特殊性，抗擾動(dòng)能力弱，為保證隧道的穩(wěn)定和施工的安全，必須進(jìn)行支護(hù)。膨脹性泥巖隧道斷面空間有限,為方便施工機(jī)械的作業(yè)，在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的尺寸需要加以重視，膨脹性泥巖隧道施工多采用復(fù)合式襯砌方法，施工過程中應(yīng)注意先柔后剛、先讓后頂、分層支護(hù)。初期支護(hù)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(jié)構(gòu)，它與外層的錨噴初期支護(hù)和圍巖共同組成整體的支護(hù)體系。

3 膨脹性泥巖對(duì)隧道內(nèi)兩側(cè)內(nèi)襯混凝土抗裂性的影響

膨脹性泥巖的地質(zhì)特性復(fù)雜，且遇水膨脹，強(qiáng)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(huì)產(chǎn)生軟化崩解,圍巖的強(qiáng)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(dǎo)致隧道產(chǎn)生大的變形之外，在重力、地形和地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等作用下會(huì)形成較高的地應(yīng)力，隧道開挖過程中，應(yīng)力得到釋放，也會(huì)造成圍巖破壞，這兩者都會(huì)造成支護(hù)系統(tǒng)破壞，內(nèi)襯混凝土開裂。圍巖支護(hù)內(nèi)襯混凝土的主要作用是保護(hù)圍巖，防止因圍巖產(chǎn)生大變形而可能導(dǎo)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(duì)施工用的混凝土進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高骨料級(jí)配的連續(xù)性；其次，優(yōu)化混凝土中的鋼筋配筋設(shè)計(jì)，將鋼筋分散布置，由一層變?yōu)閮蓪?，同時(shí)降低保護(hù)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(duì)策

1)開挖過程中盡可能的避免對(duì)圍巖的擾動(dòng)，同時(shí)禁止圍巖受到水的侵蝕。

2)施工超前小導(dǎo)管注漿，提前加固泥巖，開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，避免圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)。

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

4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)的力度，時(shí)刻注意圍巖的變形，確保二次襯砌的順利進(jìn)行。

[1] 曾春霞.深基坑明挖法內(nèi)襯混凝土側(cè)墻裂縫原因分析及對(duì)策[J].廣東公路交通，2015(5):35-38.

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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