小坪隧道膨脹巖地段的施工

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1、小坪隧道膨脹巖地段的施工小坪隧道膨脹巖地段的施工一處李毅[提要]寶中線寶安段小坪隧道，一部分通過(guò)含有膨脹巖石的地層。由于膨脹巖的特殊工程力學(xué)性質(zhì)，引起許多掘進(jìn)上的問(wèn)題。導(dǎo)致隧道的坍塌，增加了施工難度。本文簡(jiǎn)要的分析了膨脹巖的特性及所采取的施工措施。[關(guān)鍵詞]膨脹巖隧道施工一、概述小坪隧道全長(zhǎng)2919m，隧道穿越分水嶺，山勢(shì)高峻，自然坡度為30º~70º隧道最大的埋深約130m。洞身地表有7條“V”形溝谷，切割深度一般為40~50m，最大達(dá)75~80m，溝沿多形成垂直陡坎。洞深通過(guò)白堊系的砂巖夾泥巖，巖層產(chǎn)狀較為平緩，一般傾角在5º~10º

2、;之間。泥巖為紫紅色含有膨脹礦物，顆粒較粗，薄-中厚層狀，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)不良，質(zhì)軟易風(fēng)化。據(jù)化驗(yàn)：泥巖礦物組成中蒙脫石含量占1.16~3.66%，伊利石含量為10.59~22.95%，高嶺石含量為18~19%，小于2μm的粘粒含量占有14.5～27.0%，小于5μm的占據(jù)23.0～42.5％，膨脹量為３.5～４.6％，自由膨脹率為38～62％。整座隧道有１４００m是膨脹巖地層。原設(shè)計(jì)除隧道進(jìn)出口兩面三刀端洞口段各式各10米及明洞段其余全部采用新奧法施工。開(kāi)工時(shí)因不具備新奧法施工的條件，進(jìn)出口各200m段變更設(shè)計(jì)，改按上下導(dǎo)坑開(kāi)挖，模注襯砌施工。1998年8月出口段進(jìn)行了新奧法

3、施工試驗(yàn)。上半斷面采用弧形斷面開(kāi)挖，開(kāi)挖后馬上進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。掛網(wǎng)噴錨后第四天就出現(xiàn)噴層掉塊，巖層失穩(wěn)，發(fā)生坍方。事后分析認(rèn)為主要是裂隙水和潮濕的隧道空氣中水分進(jìn)入巖體，引起周邊圍巖體積膨脹，巖石層間脫離，膨脹壓力積累以致將噴層破壞，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，影響范圍逐步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致坍塌。當(dāng)時(shí)由于機(jī)具設(shè)備不配套，技術(shù)人員和工人對(duì)新奧法施工不熟悉，若堅(jiān)持在此種膨脹圍巖中繼續(xù)進(jìn)行新奧法施工工藝探索，勢(shì)必延誤工期，1992年3月，通過(guò)變更設(shè)計(jì)整座隧道全部變更為礦山法施工。二、膨脹巖膨脹原因分析巖體的膨脹是一個(gè)復(fù)雜的現(xiàn)象，大致可以綜合為以下幾原因，或者是這幾種因素復(fù)合作用的結(jié)果。1．巖石的

4、物理力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的變化。體積的膨脹是巖石中膨脹性礦物質(zhì)吸水后引起的。由于這種礦物質(zhì)親水性強(qiáng)，吸水后，泥質(zhì)膠結(jié)物及粘土粒周?chē)纬山Y(jié)合水薄膜，減弱了各種顆粒間的凝聚力，使其互相分離，導(dǎo)致體積膨脹增大。膨脹壓力也可由于水化作用，氧化作用和碳酸化作用等化學(xué)變化引起，結(jié)果使原來(lái)巖體和體積增大。2．沉積地層的潛在應(yīng)力釋放。由于褶曲、斷層運(yùn)動(dòng)等原因而發(fā)生的圍巖潛在應(yīng)力釋放，導(dǎo)致周邊圍巖的體積膨脹，并隨時(shí)間的增大而增大，圍巖的強(qiáng)度也隨之降低。3．圍巖的剪切破壞。伴隨開(kāi)挖的進(jìn)行，周邊圍巖的剪切破壞引起圍巖的體積膨脹以及巖塊沿著剪切面塑性變化而向臨空面擠出。通過(guò)對(duì)小坪隧道膨脹巖地段圍巖膨壓

5、現(xiàn)象的觀察，發(fā)現(xiàn)巖石中大量的膨脹礦物質(zhì)在圍巖的破壞區(qū)吸收自由水引起膨潤(rùn)、濕潤(rùn)，特別在斷層地帶，裂隙節(jié)理發(fā)育位置，滲水厲害時(shí)，膨脹程度更為明顯，巖石表層在開(kāi)挖三、四天后即粘土化，用手能捏成團(tuán)。，圍巖浸水的部位強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，因而容易出現(xiàn)崩坍。三、膨脹巖對(duì)施工的影響小坪隧道經(jīng)變更設(shè)計(jì)后，一般都采用上下導(dǎo)坑，先拱后墻法施工，在石質(zhì)稍好地段上半斷面采用弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖。圍巖開(kāi)挖爆露三、四天后，圍巖的裂隙水和潮濕空氣對(duì)巖體侵蝕，圍巖表面間脫落，出現(xiàn)掉塊，有時(shí)形成坍方。下導(dǎo)坑掘進(jìn)時(shí)，在裂隙水發(fā)育地段，曾出現(xiàn)多次坍方，最大一次坍方高度為10m，長(zhǎng)度16m,將排架支撐砸碎壞。在DK128+77

6、4處有一條與線路正交的小斷層，斷層內(nèi)為破碎嚴(yán)重，膨脹性很大，含水量高，幾乎是塑性化的巖石。在風(fēng)鉆打完眼后，鉆孔孔眼因膨脹擠壓縮小，裝不進(jìn)炸藥，此段不得不采用人工開(kāi)挖,下導(dǎo)坑開(kāi)挖采用間距1.0m的木支撐，緊跟掌子面，因膨脹壓力大，幾天后，支撐逐漸被擠壓變形，由于導(dǎo)坑底滲水積集，立柱壓入軟化的坑底0.3米，立柱下端常被導(dǎo)坑兩幫圍巖擠向?qū)Э又虚g，排架支撐變成上寬下窄的倒八字型。由于頂板圍巖膨脹，有時(shí)連續(xù)四、五根橫梁從中折斷。下導(dǎo)坑凈空由于3.2米擠縮成2.5米左右，裝碴機(jī)械和礦車(chē)無(wú)法通過(guò)。在采用上導(dǎo)坑施工地段，導(dǎo)坑木支撐預(yù)留沉降量0.5米，在擴(kuò)大時(shí)襯砌外輪廓線放大0.2～０.4米。

7、由于扇形支撐時(shí)常被擠斷移位，襯砌時(shí)仍有部分橫梁侵入襯砌斷面內(nèi)，需要抽換。拱部施工完后，襯砌結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂，拱腰處拉裂錯(cuò)動(dòng)，形成水平通縫，混凝土拱圈被壓碎掉塊。在出口，有一環(huán)邊墻因側(cè)壓作用發(fā)生位移，造成侵限0.1米，最后只得鑿除重灌。導(dǎo)坑底因圍巖滲水和施工用水的浸泡，形成泥漿，礦車(chē)和施工人員來(lái)回走動(dòng)，泥漿深度越來(lái)越深，最深處達(dá)0.7～０.9米.導(dǎo)致運(yùn)輸軌道不穩(wěn)，給出碴進(jìn)料帶來(lái)很大的困難。在地表溝谷位置或斷層破碎帶，地表水下滲，圍巖滲水多的地段，圍巖膨脹就厲害，穩(wěn)定性也差；滲水少，圍巖穩(wěn)定性就好。圍巖膨脹與暴