小坪隧道膨胀岩地段施工

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1、小坪隧道膨胀岩地段的施工小坪隧道膨胀岩地段的施工一处李毅[提要]宝中线宝安段小坪隧道，一部分通过含有膨胀岩石的地层。由于膨胀岩的特殊工程力学性质，引起许多掘进上的问题。导致隧道的坍塌，增加了施工难度。本文简要的分析了膨胀岩的特性及所采取的施工措施。[关键词]膨胀岩隧道施工一、概述小坪隧道全长2919m，隧道穿越分水岭，山势高峻，自然坡度为30º~70º隧道最大的埋深约130m。洞身地表有7条“V”形沟谷，切割深度一般为40~50m，最大达75~80m，沟沿多形成垂直陡坎。洞深通过

2、白垩系的砂岩夹泥岩，岩层产状较为平缓，一般倾角在5º~10º之间。泥岩为紫红色含有膨胀矿物，颗粒较粗，薄-中厚层状，泥质胶结，胶结不良，质软易风化。据化验：泥岩矿物组成中蒙脱石含量占1.16~3.66%，伊利石含量为10.59~22.95%，高岭石含量为18~19%，小于2μm的粘粒含量占有14.5～27.0%，小于5μm的占据23.0～42.5％，膨胀量为３.5～４.6％，自由膨胀率为38～62％。整座隧道有１４００m是膨胀岩地层。原设计除隧道进出口两面三刀端洞口段各式各10米

3、及明洞段其余全部采用新奥法施工。开工时因不具备新奥法施工的条件，进出口各200m段变更设计，改按上下导坑开挖，模注衬砌施工。1998年8月出口段进行了新奥法施工试验。上半断面采用弧形断面开挖，开挖后马上进行挂网喷锚支护。挂网喷锚后第四天就出现喷层掉块，岩层失稳，发生坍方。事后分析认为主要是裂隙水和潮湿的隧道空气中水分进入岩体，引起周边围岩体积膨胀，岩石层间脱离，膨胀压力积累以致将喷层破坏，随着时间的延长，影响范围逐步扩大，最终导致坍塌。当时由于机具设备不配套，技术人员和工人对新奥法施工不熟悉，若坚持

4、在此种膨胀围岩中继续进行新奥法施工工艺探索，势必延误工期，1992年3月，通过变更设计整座隧道全部变更为矿山法施工。二、膨胀岩膨胀原因分析岩体的膨胀是一个复杂的现象，大致可以综合为以下几原因，或者是这几种因素复合作用的结果。1．岩石的物理力学性质和化学性质的变化。体积的膨胀是岩石中膨胀性矿物质吸水后引起的。由于这种矿物质亲水性强，吸水后，泥质胶结物及粘土粒周围形成结合水薄膜，减弱了各种颗粒间的凝聚力，使其互相分离，导致体积膨胀增大。膨胀压力也可由于水化作用，氧化作用和碳酸化作用等化学变化引起，结果使

5、原来岩体和体积增大。2．沉积地层的潜在应力释放。由于褶曲、断层运动等原因而发生的围岩潜在应力释放，导致周边围岩的体积膨胀，并随时间的增大而增大，围岩的强度也随之降低。3．围岩的剪切破坏。伴随开挖的进行，周边围岩的剪切破坏引起围岩的体积膨胀以及岩块沿着剪切面塑性变化而向临空面挤出。通过对小坪隧道膨胀岩地段围岩膨压现象的观察，发现岩石中大量的膨胀矿物质在围岩的破坏区吸收自由水引起膨润、湿润，特别在断层地带，裂隙节理发育位置，渗水厉害时，膨胀程度更为明显，岩石表层在开挖三、四天后即粘土化，用手能捏成团。，

6、围岩浸水的部位强度和稳定性降低，因而容易出现崩坍。三、膨胀岩对施工的影响小坪隧道经变更设计后，一般都采用上下导坑，先拱后墙法施工，在石质稍好地段上半断面采用弧形导坑开挖。围岩开挖爆露三、四天后，围岩的裂隙水和潮湿空气对岩体侵蚀，围岩表面间脱落，出现掉块，有时形成坍方。下导坑掘进时，在裂隙水发育地段，曾出现多次坍方，最大一次坍方高度为10m，长度16m,将排架支撑砸碎坏。在DK128+774处有一条与线路正交的小断层，断层内为破碎严重，膨胀性很大，含水量高，几乎是塑性化的岩石。在风钻打完眼后，钻孔孔眼

7、因膨胀挤压缩小，装不进炸药，此段不得不采用人工开挖,下导坑开挖采用间距1.0m的木支撑，紧跟掌子面，因膨胀压力大，几天后，支撑逐渐被挤压变形，由于导坑底渗水积集，立柱压入软化的坑底0.3米，立柱下端常被导坑两帮围岩挤向导坑中间，排架支撑变成上宽下窄的倒八字型。由于顶板围岩膨胀，有时连续四、五根横梁从中折断。下导坑净空由于3.2米挤缩成2.5米左右，装碴机械和矿车无法通过。在采用上导坑施工地段，导坑木支撑预留沉降量0.5米，在扩大时衬砌外轮廓线放大0.2～０.4米。由于扇形支撑时常被挤断移位，衬砌时仍

8、有部分横梁侵入衬砌断面内，需要抽换。拱部施工完后，衬砌结构变形开裂，拱腰处拉裂错动，形成水平通缝，混凝土拱圈被压碎掉块。在出口，有一环边墙因侧压作用发生位移，造成侵限0.1米，最后只得凿除重灌。导坑底因围岩渗水和施工用水的浸泡，形成泥浆，矿车和施工人员来回走动，泥浆深度越来越深，最深处达0.7～０.9米.导致运输轨道不稳，给出碴进料带来很大的困难。在地表沟谷位置或断层破碎带，地表水下渗，围岩渗水多的地段，围岩膨胀就厉害，稳定性也差；渗水少，围岩稳定性就好。围岩膨胀与暴