膨脹岩對隧道穩定性的影響

最新 06-25

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摘要：膨脹岩屬軟岩,它具有顯著吸水膨脹和失水收縮的特性,處於這種岩性的隧道,其維護往往很困難,特別是隧道底板為膨脹岩時,底鼓現象更為嚴重,對隧道安全是一大威脅。因此尋找維護好膨脹岩隧道的有效措施,是十分迫切和具有實際工程意義的。

膨脹岩的基本特徵

膨脹岩的基本特徵:親水性強、膨脹率高、膨脹壓力大、強度低、崩解性強,它對隧道穩定性及其維護十分不利。

膨脹岩親水性強是由於其所含蒙脫石、伊利石、高嶺石的粘土礦物親水性較強,遇水後對水產生強烈的吸附作用,使顆粒間粘結力大大削弱、間距增大、體積膨脹。

此外,膨脹岩往浸水或遇水後可產生較強的崩解性,有的膨脹岩浸水幾分鐘後便完全崩解。

膨脹岩對隧道穩定性的影響

進行地下開挖時,隧道圍岩應力場重新分布,膨脹岩隧道周邊發生變形進入塑性狀態,圍岩鬆動,裂隙擴大,孔隙度增加。膨脹圍岩在自有的含水量或工程引起的含水量增加條件下產生膨脹變形,如果隧道不及時支護或支護形式不當、支護強度不足,就會引起隧道過大的變形,最終破壞。若隧道圍岩未進行加固且支架為剛性,則圍岩膨脹產生的膨脹壓力便作用在支架上,隨著膨脹含水量的增加和時間的增長,膨脹的圍岩岩體範圍越來越大,支架所受的膨脹壓力也隨之增大,結果剛性支架失穩破壞、隧道垮落,圍岩鬆動圈繼續增大,裂隙進一步增大,為深部圍岩充填水分提供條件,從而又引起深部膨脹岩體膨脹,加劇隧道及支架變形破壞。

通常,對於未封底的隧道,膨脹引起隧道底鼓更為嚴重,隧道頂板及兩幫圍岩膨脹壓力向底板傳遞,底板在強烈的膨脹壓力作用下首先失穩,底板向隧道空間移動形成流變現象,隧道頂板及兩幫圍岩也向底板流動,加劇底鼓。通過一次或多次失穩破壞的膨脹岩隧道,翻修維護更為困難,因此,對於膨脹岩隧道力求掘進時一次支護成功,避免翻修。

工程實例

淮南礦務局謝橋礦東風井迴風隧道位於-440m水平的風化帶岩層中,隧道圍岩極鬆軟破碎,裂隙及層理髮育、含水豐富。圍岩以粘土砂岩、泥岩和砂質泥岩為主。砂岩中親水性強的高嶺石礦物含量較高,達30～60%,是砂岩浸水後膨脹、崩解和泥化的主要原因,故圍岩抗壓強度極低,約1212MPa。

謝橋礦東風井隧道圍岩屬於典型的膨脹軟岩,針對其特徵,採用的支護方式有五種,即:(1)錨噴網支護;(2)錨噴架支護;(3)熱處理U型鋼架支架壁後充填支護;(4)現澆混凝土或鋼筋混凝土架支護;(5)料石砌碹支護。前兩種支護在隧道掘出後不到半年,圍岩變形竟達1m以上,尤其是底板因長期浸泡在水中而膨脹,底鼓更為嚴重,隧道每年需翻修2次,造成經濟損失、生產被動;後三種支護形式基本上控制了軟岩隧道失穩。

膨脹圍岩隧道維護措施

根據膨脹岩對隧道穩定性的影響,隧道維護應採用下列措施:

（1）防止水對隧道的影響。隧道通過含水豐富的岩層或斷層,應採取疏乾裂隙水或斷層水,必要時進行圍岩注漿堵水和防滲水。

（2）隧道掘進後,應及時錨噴,防止圍岩風化膨脹。