李沿芃 陈高生 张大伟

(中建隧道建设有限公司，重庆 401320)

膨胀性泥岩对隧道明挖施工的影响评价与处置对策

李沿芃 陈高生 张大伟

(中建隧道建设有限公司，重庆 401320)

分析了膨胀性泥岩隧道强度和稳定性以及膨胀性泥岩明挖施工对隧道两侧内衬混凝土的影响，探讨了隧道两侧土体的支护设计与施工，并提出可行性对策,对以后的泥岩隧道支护与施工有重要意义。

膨胀性泥岩，隧道工程，施工

0 引言

膨胀性泥岩地层在我国有着较广的分布，具有容易吸水膨胀以及泥化等特性，在隧道施工的过程中，当遇到膨胀性泥岩底层时，处理起来比较困难，主要表现为隧道初期支护变形大，之后，位移速率也随之增大，如果不及时控制出现的变形，很容易发生隧道断面减小、混凝土出现裂缝，造成隧道初期支护的失败，如此一来增大了处理难度，而且延误工期，影响了施工组织。因此在膨胀性泥岩地层中进行隧道工程施工，必须研究膨胀性泥岩隧道强度和稳定性以及膨胀性泥岩明挖施工对隧道两侧内衬混凝土的影响，提出隧道两侧土体的支护设计方案，精心组织施工。

1 膨胀性泥岩对隧道两侧土体强度和稳定性的影响

膨胀性泥岩隧道对泥岩稳定性有较高的要求，对隧道的使用功能和安全功能有着很大的影响。影响膨胀性泥岩稳定性的主要因素是地质条件的优良和设计、施工的合理性。实际上，膨胀性泥岩隧道的稳定性还会受到多种因素综合作用，比如地下水，地质结构等因素的影响。自然状态下的膨胀性泥岩是处在挤压状态的，隧道开挖完成后，膨胀性泥岩被挖出，形成了一个空间，没有被挖出的泥岩发生松胀变形，如果泥岩的松胀力超过其极限承受力，那么泥岩就会脱落，隧道就很容易发生坍塌，造成工程事故。

膨胀性泥岩自然状态下的初始应力也会影响强度，当隧道的开挖深度增加，初始应力随之增大，但是泥岩的强度没有发生变化，所以随着开挖继续加深，应力持续增大，出现所谓的高应力或极高应力，围岩很可能发生大变形，甚至坍塌，当在施工过程中遇到此类情形时应根据实际情况降低围岩的级别。

泥岩的工程性质比较复杂，岩体的强度决定了隧道围岩的稳定性，然而膨胀性泥岩本身的吸水性会使强度降低，水对围岩稳定性的影响不容忽视，在隧道施工过程中的塌方事故，很多情况下是水的原因造成的，不同的围岩会受到水对其不同的影响，膨胀性泥岩地质尤其严重。膨胀性泥岩是由黏土脱水胶结而成，有遇水后产生膨胀的特点，在水的持续作用下,泥岩的裂隙，孔隙等物理力学参数及微结构相应地发生了变化，尤其是当泥岩重复遇水—失水—遇水这样的过程时,膨胀性泥岩容易液化或流动。研究水对泥岩的影响在工程实践中非常重要。

2 膨胀性泥岩对隧道两侧土体支护设计和施工的影响

许多年之前，人们对地质情况认识不够清楚，施工技术相对落后，把隧道支护结构发生坍塌的原因归结于支护结构自身强度不够，所以采取嵌补裂缝、锚杆加固、加厚衬砌等措施来加强支护结构自身强度，然而效果并不理想。随着研究人员与相关技术人员对隧道工程的研究以及新奥法施工技术的出现，我们才意识到支护结构的稳定与围岩自身的稳定密切相关。因此,在膨胀性泥岩隧道中,保证支护结构的稳定性，除了满足对支护结构的合理设计和强度要求之外，提高泥岩的自身强度成为了隧道施工的重要一环。

膨胀性泥岩隧道的破坏形式由自身的特性决定，因此，必须根据膨胀性泥岩的性质来进行隧道的开挖与支护，只有当开挖形式与支护设计符合泥岩隧道的破坏特征，才能保证围岩的稳定，忽视泥岩隧道的破坏特点来开挖和支护会导致隧道稳定性不良，或者造价过高，如此做法既不合理也不经济。

由于膨胀性泥岩吸水膨胀、遇水软化的特点,在泥岩地层修建隧道,特别是大断面隧道容易发生洞室变形,造成围岩初期支护容易受到破坏。比较常见的破坏形式是挂钢筋网喷混凝土支护中的混凝土脱落，使隧道支护系统处于不稳定状态。

膨胀性泥岩会从多个方面影响隧道的支护和施工,在不同的围岩条件下，考虑到工程地质的影响，要能够判断哪些因素是泥岩影响隧道支护与施工的主要因素，有针对性选择隧道支护和施工的方式，提高隧道的稳定,避免在不经过分析的情况下，随意的选择支护和施工方式，造成不必要的工程事故和人员伤亡。

膨胀性泥岩因其自身性质的特殊性，抗扰动能力弱，为保证隧道的稳定和施工的安全，必须进行支护。膨胀性泥岩隧道断面空间有限,为方便施工机械的作业，在进行支护设计时，支护结构的尺寸需要加以重视，膨胀性泥岩隧道施工多采用复合式衬砌方法，施工过程中应注意先柔后刚、先让后顶、分层支护。初期支护为喷射混凝土，为防止混凝土沿着滑移面发生剪切破坏，工程中多采用直径为6 mm的钢筋网。二次衬砌室内层结构，它与外层的锚喷初期支护和围岩共同组成整体的支护体系。

3 膨胀性泥岩对隧道内两侧内衬混凝土抗裂性的影响

膨胀性泥岩的地质特性复杂，且遇水膨胀，强度低。内衬混凝土的开裂是由围岩出现较大的变形引发。隧道围岩一旦受到水侵蚀,会产生软化崩解,围岩的强度降低、完整性下降，直至产生大面积的变形。除了膨胀性泥岩的吸水性能导致隧道产生大的变形之外，在重力、地形和地质构造运动等作用下会形成较高的地应力，隧道开挖过程中，应力得到释放，也会造成围岩破坏，这两者都会造成支护系统破坏，内衬混凝土开裂。围岩支护内衬混凝土的主要作用是保护围岩，防止因围岩产生大变形而可能导致的隧道洞室坍塌。

为提高内衬混凝土的抗裂性，首先要对施工用的混凝土进行优化设计，提高骨料级配的连续性；其次，优化混凝土中的钢筋配筋设计，将钢筋分散布置，由一层变为两层，同时降低保护层厚度，减少混凝土内外的差异，使混凝土内外变化均匀，减少裂缝的产生。最后，优化施工组织，快速浇筑，降低混凝土内外温差，避免裂缝的产生。

4 膨胀性泥岩隧道的处置对策

1)开挖过程中尽可能的避免对围岩的扰动，同时禁止围岩受到水的侵蚀。

2)施工超前小导管注浆，提前加固泥岩，开挖后及时进行初期支护，避免围岩暴露时间过长。

3)系统锚杆选择使用加密加强注浆长锚杆，保证锚杆钻入长度及注浆效果，提高膨胀性泥岩的自稳能力。

4)加强监控量测的力度，时刻注意围岩的变形，确保二次衬砌的顺利进行。

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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，工程师；陈高生(1987- )，男，工程师; 张大伟(1982- )，男，工程师