浅议膨胀土对浅埋隧道施工影响和技术措施

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1、浅议膨胀土对浅埋隧道施工影响和技术措施　　摘要：本文通过对山西中南部铁路通道上庄1#浅埋隧道膨胀土的特性、变形规律进行研究和分析，针对膨胀土对浅埋隧道工程施工常见的危害及影响，详细阐述了膨胀土浅埋隧道工程的施工技术措施，为同类地质情况隧道施工提供借鉴及参考。关键词：膨胀土浅埋隧道工程影响技术措施中图分类号：TU528.55文献标识码：A文章编号：1引言13膨胀土系指土中含有较多的粘粒及其亲水性较强的蒙脱石或伊利石等粘土矿物成分，它具有遇水膨胀，失水收缩，是一种特殊膨胀结构的粘性土。膨胀土在世界范围内分布极广，遍及六大洲，

2、我国是世界膨胀土分布面积最广的国家之一，现已发现有膨胀土发育的地区达20余个省、市和自治区，遍及西南、西北、东北、长江与黄河中下游沿海地区。膨胀土隧道在开挖后由于应力重分布与水的作用等原因，反复遇水膨胀、失水收缩，使隧道产生了向隧道内的挤压和位移，一般达几厘米，甚至百余厘米，造成围岩开裂、坑道下沉、围岩失稳、坍塌、冒顶、底板隆起、衬砌变形破坏及运营后的病害等现象，会对工程施工及运营造成了极为严重的后果，直接影响着结构物的安全性。例如：西岭雪山隧道的二次衬砌混凝土局部塌落、断面开裂和隆起、洞内渗漏水现象；襄渝线上董家沟隧道

3、和七里沟隧道，围岩为灰白色强膨胀土，两座隧道都出现了隧道坍塌冒顶的严重破坏。因此，在工程地质勘察中及现场取样试验中必须正确地识别膨胀土与非膨胀土，准确地判定膨胀土的胀缩性等级，这有助于合理进行隧道设计及采取合理的施工技术措施，对保隧道施工安全及结构稳定具有重要的意义。2工程概况新建山西中南部铁路通道瓦塘至汤阴东（含）段站前工程ZNTJ-13标上庄1#隧道隧道位于河南省安阳市安阳县境内，设计为双线电气化Ⅰ级重载铁路，隧道起讫里程DK641+413~DK642+800，隧道全长1387米，全隧均为Ⅴ级膨胀性围岩、浅埋。隧道穿

4、越山前丘陵区，地处青洋口大断裂、太行山东簏深断裂之间，整体地质构造简单。洞身围岩主要为上第三系上新统鹤壁组第三段（N2h3）强分化泥灰岩夹砂岩，膨胀试验土见图1，岩质软弱，节理裂隙较发育，岩体较破碎、遇水易崩解、整体稳定性差。根据膨胀性试验报告，隧道场区内灰白色N2h3泥灰岩，自由膨胀率为32～54%，蒙脱石含量12.16～19.45%，阳离子交换量208.54～294.75mmol/kg，根据《铁路膨胀隧道技术规程》判定为中等膨胀土。隧道土自由膨胀率分析见图2。133膨胀土的基本特性影响膨胀土性质的基本要素有内因和外因

5、：内因主要包括岩土成分（矿物成分、化学成分、粒度成分）天然含水量及湿度情况、胶结程度等三种，它们决定了膨胀土的膨胀能力和膨胀潜势的大小；外因主要是由于人类活动造成的水分得失和内应力的变化等，它决定膨胀土能否膨胀和膨胀程度。在膨胀土地层中，隧道开挖后不久，常常可以见到围岩因开挖而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象，使隧道的顶部及两侧向内挤入，底部鼓起，随着时间的推移，会出现支撑破坏、衬砌变形。这些现象说明膨胀土围岩性质是极其复杂的，它与一般土质的围岩性质有着根本的区别。膨胀土的胀缩特牲、裂隙性、超固结性是膨胀

6、土的基本特性，其归纳起来表现在以下三个方面。3.1围岩的应力比高。即P0/Ra，P0—地应力，Ra—围岩的抗压强度由于膨胀性土是有原始地层的超固结特性，使围岩中储存有较高的初始应力，当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸载膨胀。因此围岩常常具有明显的塑性流变特征，开掘后将产生较大的塑性变形。3.2胀缩效应的力学特性13膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，岩体干湿循环产生胀缩效应。一是使围岩体结构破坏，由块间联结变为裂隙结合，甚至成为散结构，强度完全丧失，导致围岩压力增大；二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩

7、应力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀产生的膨胀压力将对增大围岩压力显著增加。3.3微孔隙－裂隙结构膨胀土具有发育的微孔隙－裂隙结构，为胀缩变形提供了吸水与失水的良好通道，由于膨胀土中普遍地存在着片状粘土矿物颗粒彼此叠聚的微集聚体基本结构单元，当集聚体与集聚体彼此排列组合，形成平行层状结构，且层间贯通裂隙发育时，必然使土体吸水与失水成为可能，从而导致产生膨胀与收缩。由于膨胀土在天然原始状态下有高强度特性，开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，使围岩强度急剧衰减，因此隧道施工开挖过程中常用初

8、期围岩变形大、速度快等现象。4膨胀土对浅埋隧道工程施工影响及危害由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使隧道开挖后不久即产生膨胀压力，使隧道存在普遍开裂、内挤，底部隆起、甚至局部坍塌等变形现象。膨胀土隧道围岩变形速度开、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点，并随着时间的增长，使隧道的支撑、衬砌发生严重的