隧道工程资料：膨胀土围岩的基本特性
膨胀土特性分析
工程勘测膨胀土是一种特殊土，有较强的胀缩性、较小的渗透性、较发育的裂隙等。
土的胀缩性是导致膨胀土地区工程地质问题和危害的根本原因，认识膨胀土的工程特性有科学、经济和安全的现实意义。
1.膨胀土主要类别、矿物成分及结构特征工程实际中对膨胀土需注意区分、鉴别、判定膨胀等级。
《规程》规定膨胀土的膨胀等级按自由膨胀率δef分为4级：强膨胀土δef≥90，中等膨胀土65≤δef＜90，弱膨胀土40≤δef＜65，无膨胀土δef＜40。
采用相应的试验方法测试膨胀土的物理、力学性质指标，科学合理的选择工程技术处理措施，保证工程的安全、稳定、经济有效地运行。
自由膨胀率是胀缩潜能指标，不能完全反映膨胀土现有状态的胀缩能力，其胀缩能力还与含水率、密度、内应力积聚状况等有关。
膨胀土的矿物包括碎屑矿物和黏土矿物。
碎屑矿物主要为石英、水长石、其次为方解石硬石膏等，碎屑在膨胀土中以粗颗粒形式存在，对土的膨胀性起稀释作用。
黏土矿物包括蒙脱石、伊利石、高岭石，部分膨胀土中还含有蛭石、石英、绿泥石等。
在电子显微镜下蒙脱石呈不规则鳞片状叠聚体，高岭石呈规则六边形，具清晰而平直的边缘轮廓，伊利石介于二者之间，呈册束状或栅束状。
黏土矿物是具有层状或键状晶体构造的含水铝硅酸盐，结晶度低，晶粒细微，同晶置换现象普遍，胶体特性典型。
然而，各类黏土矿物由于化学成分、晶格构造、交换阳离子能力等不同造成了不同黏土矿物之间的特性差异。
膨胀土的微结构是一类具有复杂型式的特殊结构体系。
以片状或扁平状黏土颗粒相互集聚形成的微集聚体（或叠聚体），是组成膨胀土结构的主要结构基本单元体，决定着膨胀土的膨胀与收缩性，以及强度特性。
各种微孔隙与微裂隙的存在，决定了膨胀土的孔隙—裂隙介质体属性，有利于水的渗入与溢出，为聚集体的膨胀与收缩创造了水分迁移变化的必要条件；但同时决定了土体的各向异性，产生了复杂的微观结构效应，其中突出的是对超固结黏土的软化。
膨胀土微观上对水吸附、排泄作用在宏观上的综合体现是，土体在某一方向上的长度胀缩。
膨胀土工程特性及处理方法
膨胀土工程特性及处理方法作者：王艳群来源：《山东工业技术》2013年第13期【摘要】膨胀土是一种特殊性岩土，具有吸水后体积增大、失水后体积缩小，胀缩变形变显特性。
对高速公路的工程建设及营运起到极大的破坏作用。
沈四高速公路桩号K693+500-K694+700存在膨胀土。
本文对膨胀土的工程特性、工程危害进行论述，并对膨胀土的治理方案提出了建议。
【关键词】高速公路；膨胀土；路基；处理方法1 膨胀土工程地质条件1.1 地形地貌膨胀土所在地貌区内地貌为微丘地貌为主，地形平缓，无明显自然陡坎。
膨胀土路段地面标高一般在88.50-116.80米。
1.2 水文、气象膨胀土区属半干旱，半湿润大陆性季风气候区，冬冷夏热，春秋两季多风。
最高气温36.6～37.6℃，最低气温-34.3～-36.7，年平均降水量600～700mm，年平均蒸发量1600～1800mm。
从11月中旬至翌年4月为冰冻期。
区内地下水主要分布在辽河支流河谷平原中。
大气降水入渗为主要补给方式，其次为河流入渗补给；排泄方式以地下水径流、河水排泄及人工开采排泄为主。
地下水类型为第四系松散堆积物孔隙水。
2 膨胀土工程特性2.1 判别和分类膨胀土地区进行工程建设，首先必须正确识别膨胀土和非膨胀土，并准确判断膨胀土膨胀时的强弱和工程性质特点，然后才能在工程设计和施工中做到有的放矢，采取切实有效的方法进行处理。
以往的工程建设经验已经证明：膨胀土并不可怕，可怕的是对膨胀土判断失误，没有进行正确的处理而导致工程病害的发生。
对于膨胀土的判别和分类，有不同的方法。
如通过膨胀性矿物（蒙脱石、伊利石、高岭石）的含量、膨胀土的液限和塑性指数、自由膨胀率等。
在高速公路中，广泛采用的是现场定性和室内定量指标相结合的方法，即工程地质特征及土的自由膨胀率、最大吸湿含水率、塑性指数指标综合判断。
膨胀土的初步判别根据工程地质特征及土的自由膨胀率等指标综合判定。
即：（1）裂隙发育，常有光滑面与擦痕，有点裂隙中充填灰白色、灰绿色粘土，在自然条件下呈硬塑状态；（2）多出露于二级或二级以上的阶地、山前丘陵和盆地边缘，地形平缓，无明显自然陡坎；（3）常见浅层滑坡、地裂、新开挖坑槽壁易发生坍塌等；（4）建筑物裂缝随气候而张开或闭合；（5）自由膨胀率大于或等于40%。
特殊岩土和不良地段隧道施工—膨胀土围岩隧道施工(铁路隧道施工)
3.膨胀土围岩的隧道施工要点 （1）膨胀岩隧道开挖应符合的要求 ①软岩及土质隧道宜采用机械开挖。 ②各部分开挖断面轮廓应圆顺。 ③施工用水不得浸泡岩面。 ④监控量测应对围岩内部应力、应变进行监测。 ⑤预留变形量应根据监控量 ①施工前，应根据围岩特性，制定系统的超前支护和初期支护施工 方案。 ②初期支护可采用纤维混凝土、长锚杆和重型钢架的组合支护结构。 ③初期支护宜分层施作、逐层加强，设置伸缩钢架或活动接头，控 制变形发展。 ④开挖后应及时支护封闭暴露的岩体，分部开挖应设临时仰拱或横 撑，支护应尽早封闭成环。
项目6 特殊岩土和不良地段隧道施工
任务6.2 膨胀土围岩隧道施工
任务6.2 膨胀土围岩隧道施工
工作任务： （1）了解膨胀土围岩的特性；
1.膨胀土围岩的特性 主要有以下三方面：
（1）超固结性。 （2）裂隙性。 （3）干缩湿胀性。
2.膨胀土围岩对隧道施工危害 （1）围岩裂缝 （2）坑道下沉 （3）围岩膨胀凸出和坍塌 （4）隧道底部隆起 （5）衬砌变形和破坏
膨胀土隧道
膨胀土隧道塌方成因及处理技术王大嵬（中铁十九局集团第二工程有限公司）摘要：结合新响沙湾隧道工程实例，通过对隧道膨胀土洞段塌方的研究，分析隧道塌方原因，详细阐述了塌方处理方案、施工注意要点，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。
关键词：膨胀土塌方原因分析处理技术1 工程概况1.1 工程概况新响沙湾隧道全长3430m，除进口1057m，出口129m位于直线上，其余均位于半径为4500m的曲线上，纵坡11.5‰。
隧址区地震烈度Ⅷ地震动峰值加速度0.20g。
1.2 工程地质和水文地质1.2.1 工程地质新响沙湾隧道为鄂尔多斯台地剥蚀丘陵区，沟谷纵横，切割强烈，地形起伏较大。
围岩为白垩系下统（K1），紫红色、姜黄色、灰绿色含砾泥质砂岩，砂石含量5～20%左右，泥质胶结，砂状结构，薄层～中厚层构造。
局部夹薄层状紫红色泥岩。
强风化层约10～30米。
地层产状近水平。
1.2.2 水文地质特征地下水主要为赋存在河床冲洪积砂层中的空隙潜水，水量较丰富，膨胀土地带地下水丰富，基岩裂隙水不发育。
2 塌方过程描述2008年9月27日早7时，新响沙湾隧道GDK48+885～GDK48+950段边墙出现多条裂缝，裂缝内有水渗出，部分拱脚出现向外挤出的现象。
2008年9月28日～2008年10月9日期间，GDK48+885～GDK48+950段不时出现钢筋断裂的声音，多处出现环向裂纹，多处喷射混凝土面崩裂。
边墙从拱脚以上1.7米处钢架整体被压断，拱顶边墙变形严重。
掌子面已经全断面塌方封堵；缝宽1cm 以上的裂纹有十多条，最大裂缝宽度达到60cm；拱墙部位格栅钢架大部分挤出变形，最大变形达80cm；裂缝处渗漏水现象严重。
2008年10月10日下午15时10分GDK48+885～GDK48+950段出现整体坍塌，塌方过程无人员伤亡。
3 塌方原因分析塌体段为白垩系下统灰绿色泥质砂岩，泥质胶结，砂状结构，薄层～中厚层构造，水平层理极其发育，经铁四院检测后发现该种砂岩为膨胀性质，且属于中度膨胀。
膨胀性围岩隧道
膨胀性围岩隧道施工膨胀岩具有吸水膨胀的特性，其工程地质特征不同于一般围岩，而具有特殊性和复杂性，是当今岩石力学领域中难题之一。
在此环境中修建隧道，多发生洞内围岩膨胀突出、支撑变形、坍塌、衬砌开裂等现象，据此需确定膨胀性围岩的分级以及判定标准、开挖、支护、防排水、二次衬砌以及监控量测等方法及手段。
8.1膨胀性围岩分类根据产生膨胀的原因，分为三种类型，即吸水膨胀、风化膨胀和应力释放引起的膨胀。
吸水膨胀：含有蒙脱石、高岭土等粘土矿物的软岩、变质岩等岩层，吸水后会呈现明显的膨胀性。
风化膨胀：隧道开挖后围岩接触外界空气引起风化现象，随着岩石的剥落、崩坏而发生膨胀性。
地应力释放引起的膨胀：在地应力、地形和地质构造运动等作用下，而使岩层内部形成地应力，由于隧道开挖而得到释放，当地应力大而围岩强度低时，则隧道会出现膨胀围岩压力。
8.2膨胀性围岩判别标准根据《铁路膨胀岩技术规范》规定，膨胀岩按其膨胀性的大小可划分为弱膨胀岩、中等膨胀岩、强膨胀岩三级。
只要符合表8.1中的任两项指标即可进行定级。
表8.1 膨胀岩的分级指标表8.3开挖方法遵循新奥法原理，运用锚喷支护，支护体系尽早封闭成环，重视仰拱作用，加强防排水，减少对围岩的扰动和爆破时间等手段是进行膨胀岩隧道施工的有效途径。
831开挖方法由于膨胀岩隧道的特点，开挖尽量以最大限度地减少对围岩不扰动为原则，选用钻爆法开挖，宜一次成型(全断面开挖)；当一次成型有困难时采用分部开挖，如台阶法、侧壁导坑法、中隔壁法等，采用分部开挖时，各开挖工序的各个阶段必须保持稳定。
831.1台阶法分上下两个台阶，断面分块少，互相干扰也小，台阶长一般采用<1〜1.5倍隧道开挖宽度。
锚喷支护能尽快封闭围岩，可有效地控制上台阶围岩变形。
如拱部断面扁平则受力不利，尤其开挖下台阶时，拱脚喷层悬空，将引起拱部围岩和支护下沉，拱脚向洞内变形，施工时采用临时仰拱或横撑将拱脚顶紧，形成拱部临时封闭结构，防止拱部过大变形。
隧道工程辅助措施及特殊地段施工
3
1.辅助施工措施
■辅助施工措施的类型
预支护
辅助施工措施
预加固
预留核心土 超前锚杆 管棚 地层注浆
地表锚杆加固
预支护兼预加固：超前小导管注浆
水平旋喷 水平旋喷+管棚
1. 辅助施工措施
1.1 超前锚杆
1.施工要点 在开挖掘进之前，在开挖面的拱部一定范围内，沿 隧道断面的周边，向地层内打入一排纵向锚杆(或小钢 管)，通过锚杆对围岩的加固作用，形成超前于工作面 的围岩加固棚，在此棚的保护下进行开挖。 开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进， 如此往复推进。
120°
31#
隧 道 中 线
内轨面
隧道施工方法
1.辅助施工措施 2.特殊地段的隧道施工
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2.特殊地段的隧道施工
■特殊地质地段 是指：膨胀土、软弱黄土、溶洞、断层、流沙、岩
爆，瓦斯地层等不良地质地段。 ■施工注意: ◆制订针对性强的施工方案。 ◆施工总原则： “先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检
◆目 的：保证隧道安全，同时加快施工速度，降低造价。 ◆适用于：富水河道段超浅覆、大断面、富水。
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1.6 水平旋喷+管棚
1.地表锚喷预加固类型与加固方法（以某隧道为例）
1）水平旋喷：在上部软岩区隧道轮廓线外施做一圈水平旋喷桩，桩 径50cm，孔深30m，环向间距0.35m，外插角6~8°，相邻加固体咬 合厚度大于10 cm。
◆破裂面估算法： 用浅埋隧道围岩松
动压力计算方法计 算破裂角β。
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1.辅助施工措施
1.6 水平旋喷+管棚
◆隧道下穿富水河道段超浅覆、大断面、富水等特点，由于覆 盖层较薄，多为松散堆积物，强度低，“自然拱”无法形成； 大断面开挖，可能会形成边挖边塌的局面，使得进洞困难；富 水地层，隧道开挖容易发生流砂，突泥涌水，采用管棚注浆和 水平旋喷相结合方案，可望取得良好加固效果。
膨胀土围岩地段的施工[精品资料]
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最新最全的学术论文期刊文献年终总结年终报告工作总结个人总结述职报告实习报告单位总结摘要膨胀土是一种高塑性粘性土壤，它的承载力非常大，而且具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，其性质非常不稳定，常会导致公路工程沿着竖向或者水平方向发生不均匀的膨胀变形，使得建筑物自身发生位移、开裂以及倾斜现象，严重时甚至会对建筑物自身产生很大的为好。
而且这种危害不是小面积的出现，而是成群的出现，所以施工人员在膨胀土的围岩地段进行施工时一定要慎重。
关键词膨胀土特性；围岩地段；施工技术U45 A 1674-6708（2013）94-0081-020 引言膨胀土是一种土中粘土矿物成分比较对的土质，这种土质里面的主要成分是亲水性矿物质，这种亲水性矿物质的膨胀性比较大，而决定它膨胀性质的则为蒙脱石粘土矿物。
当前已经在20多个省份、市以及自治区发现了膨胀土发育的迹象，它遍及我国的大江南北，而云南、贵州以及四川、湖北等省份是膨胀土分布最多的地区。
1 膨胀土围岩具备的特性当隧道自膨胀土地层穿过以后，由于隧道刚开挖没多久，很容易看到围岩开挖区域呈现变形的状况，也有浸水原因所引起的膨胀现象，此外膨胀土受风化作用的影响还出现了开裂现象。
围岩失去稳定性，也会造成它的支撑、衬砌出现变形并被破坏掉。
从这可以看出膨胀土围岩的性质是非常复杂的，它极大的不同于一般土质区域的围岩性质，经过对膨胀土围岩的简要分析，加之作者的多年工作经验总结，认为膨胀土围岩具备下面三个方面的特点：1）膨胀土围岩里面有部分原始地层，它具有极强的超固结特性，从而使得膨胀土里面含有极高的初始应力。
等到开挖隧道后，围岩的应力就会得到释放，期强度也会相应的降低，因而促使卸荷膨胀产生。
所以说膨胀土围岩的塑性流变性开挖以后会很大；2）膨胀土围岩成长过程中会出现各种各样的裂隙，这也就导致土体城乡多裂隙性。
膨胀土的工程特性胀缩性超固结裂隙.
1、膨胀土的定义膨胀土是在自然地质过程中形成的一种具有多裂隙和显著胀缩特性的特殊性粘土。
膨胀土是一种对于环境变化，特别是对于湿热变化非常敏感的土，其反映是发生膨胀和收缩，产生膨胀压力。
2、膨胀土的主要物理力学特征⑴粒度组成中，通常黏粒（d＜2μm ）含量不大于30%.⑵粘土矿物成分中，伊利石和蒙脱石等亲水性矿物占主导地位。
⑶土体湿度增高时，体积膨胀并形成膨胀压力；土体干燥失水时，体积收缩并形成收缩裂缝，反复的干缩湿胀，使土中的裂隙发育，不仅破坏土体的连续性和完整性，而且也形成了地表水浸入的通道，同时水的浸入又加速了土体的软化及裂隙生成。
（裂隙性）⑷膨胀、收缩变形可随环境变化往复发生，导致土的强度衰减。
（强度衰减性）⑸多数属于液限大于50%的高液限土。
⑹超固结性：膨胀土在沉积过程中，在重力作用下逐渐堆积，土体将随着堆积物的加厚而产生固结压密。
由于自然环境的变化和地质作用的复杂性，土在自然界的沉积作用并不一定都处于持续的堆积加载过程，而是常常因地质作用而发生卸载作用。
膨胀土在反复胀缩变形过程中，由于上部荷载（土层自重）和侧向约束作用，土体在膨胀压力作用下反复压密，土体表现出较强的超固结特性。
这种超固结与通常的剥蚀作用产生的超固结机理完全不同，是膨胀土由于含水率变化引起的膨胀压力变化产生的，是膨胀土特有的性质。
3、工程建设中的膨胀土问题⑴在天然状态下，膨胀土通常强度高，压缩性低，在地面以下一定深度取样时难以发现宏观裂纹。
但一旦在大气中暴露，含水率发生变化时，很快出现大大小小的裂纹，土体结构迅速崩解，透水性不断增加，强度迅速减小直至为零。
膨胀土边坡在极缓的情况下发生滑动。
“逢堑必滑，无堤不塌”。
“晴天一把刀，雨天一团糟”、“天晴张大嘴，雨后吐黄水”是膨胀土强度特性和胀缩性规律的高度写照。
⑵膨胀土素土作为堤坝回填土时，因其干密度与含水率关系非常密切，很难压实，压实质量难以控制。
若碾压质量不好，在运行过程中，填土含水率增加时土体极易产生膨胀变形，含水率降低也会在土体中产生干缩裂隙，使土体渗透性变化，外界水分极易进入。
(完整版)隧道工程的特点
隧道工程的特点：1、整个工程埋于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至决定性的作用2、公路隧道是一个形状扁平的建筑物3、地下施工环境较差4、施工工地一般都位于偏远的深山峡谷之中5、公路隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改6、施工可以不受或少受昼夜更替。
新奥法的基本原则可概括为：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭隧道施工方案，要考虑的因素有：1、工程的重要性一般由工程的规模、使用上的特殊要求、以及工期的缓急体现出来2、隧道所处的工程地质和水文地质条件3、施工技术条件和机械装备状况4、施工中动力和原材料供应情况5、工程投资与运营后的社会效益和经营效益6、施工安全状况7、有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制新奥地利隧道施工法：以控制爆破为开挖方法，以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段，通过检测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工法，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力隧道施工方法：1、山岭隧道施工方法（矿山法(传统矿山方法、新奥法)、掘进机法）2、浅埋隧道施工方法（明挖法、地下连续墙法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构法）3、水底隧道施工方法（沉管法、盾构法）全段面法适用于Ⅳ—Ⅵ类岩质较完整的硬岩中，这个长度不应小于1KM全断面法的优点是：工序少、相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于组织大型机械化施工，因此施工进度高、施工环境好台阶法分为长台阶法（适用于Ⅰ—Ⅲ级围岩、速度快）、短台阶法（特点：可以缩短支护结构闭合的时间Ⅱ—Ⅴ级围岩）、超短台阶法（特点：有利于控制围岩变形，适用于膨胀形围岩和土质围岩）在所有台阶法施工中，开外下半断面时要求做到以下几点：1、下班断面的开挖应在上班断面初期支护基本稳定后进行，或采用其他有效措施确保初期支护体系的稳定性；采用单侧落底或双侧交错落底，避免上部初期支护两侧同时悬空；又如，视围岩状况严格控制落底长度，一般采用1—3米，并不得大于6米2、下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护3、量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底（仰）供封闭，或缩短进尺，加强支护，分割掌子面等分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑发。
膨胀岩在隧道工程中的特性危害及施工对策研究
膨胀岩在 隧道工程中的特性危害及施工对策研 究
口 朱叶艇
四川 ・ 成都 ６ ０３ ） １０ １ （ 西南 交通大学土木 工程学院
摘
要 ：在实 际的隧道掘进 过程 中， 往往会遇到膨胀岩石的地层。由于膨胀岩其遇水快速强度 降低 的特性使 施工的难度大大提 高， 影响 了施工的进度和隧道的稳定性。文章 阐述 了膨胀岩的基本特 征及其对 隧道稳定性的影响， 并提出 了膨胀岩隧道 的施工对策。
关 键 词 ：膨 胀 岩 隧道 稳定 性 施 工 对 策 ．
中图分类号 ：Ｔ ７ Ｕ４
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１０．９ ３（０ ０ ０． １．１ ０ ７３７ ２ １ ） ７０３０
随着近几年土木工程的崛起 ，隧道扮演 了一个极其重要 效 的措施来 维护 围岩的稳定， 从而保证施工顺利进行 。 的角色 ，但是膨胀岩问题 成了一个不可小视的工程 问题 。由 （） １优化断面形式， 单线隧道尽量采用 圆形或接近圆形断 于膨胀岩主要 由蒙脱石、 伊利石和高岭石等粘土矿物组成， 使 面 ， 对于双线隧道采 用栗子型或带仰拱的马蹄形。 它具有 明显吸水膨胀和失水干缩 的特性 ， 并且对环境的温度 、 （） ２ 控制好施工用水， 时抽排隧道 内的渗水及施工废水， 及 湿 度 、 力 和 地 下 水 等 因 素 的 变 化 极 为敏 感 ， 压 其特 性 对 隧 道 施 避 免人 为造成围岩膨胀软化 ， 并加强通风， 防止潮湿空气对围 工和维护造成了极大的挑 战。处于这种岩性的隧道，尤其对 岩 表层 的侵蚀。 已施工完毕的隧道结构易 引起拱墙错台、 拱底起鼓、 二衬开裂 （ ）Ｉ ３ Ｄ 强初期支护力度， 尽量减小 围岩变形。在 施工 过程 等多种病害， 对隧道安全是一大威胁 。 中可以采用 由钢拱架、系统锚杆和喷射钢纤维混凝土组成 的 国 内外对膨胀岩 的研究 尚处于起步阶段，所 以设法理解 联合支护系统来加强初期支护的刚度，通过径向中深孔注浆 并 解 决 隧道 工程 的膨 胀 岩 问题 是 具 有 实 际 工程 意 义 的。 技术 ， 以期改善围岩 的力学性质 ， 控制围岩松 动变 形， 改善前 １ 膨 胀 岩 的 基本 特 性 方岩土体的力学性质 ， 抑制岩土体 的应力释放 ， 从而保证 开挖 １１超 固结 性 ． 的顺 利 进 行 。 膨胀岩在土体 中存储 了很高的初始应力 。 隧道一旦开挖， （） ４ 隧道施工工法可 以是全断面法、 台阶法和分部开挖法， 围岩应力得 以释放 ， 应力场便重新分布， 围岩松动产生卸荷膨 隧道开挖后， 即喷射混凝土封 闭洞壁 以及掌子面， 闭透水 立 封
膨胀性泥岩特性及膨胀岩隧道工程特定和应对措施分析
膨胀性泥岩特性及膨胀岩隧道工程特定和应对措施分析发布时间：2022-01-20T03:21:33.022Z 来源：《防护工程》2021年30期作者：田松[导读] 根据近年来国内外学者围绕膨胀性泥岩工程地质特性取得的研究成果，对膨胀性泥岩及其工程应用多年来的研究进展做了系统性的总结，内容包括膨胀岩及膨胀性泥岩的概念和类型、膨胀岩的判别指标、试验研究、工程应用等几个大的方面，从而对膨胀岩的判别指标和试验研究及膨胀性泥岩的工程应用等问题多年来的研究进展做了重点阐述。
1.中国铁建大桥工程局集团有限公司天津 300300；2.中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司四川成都 610500摘要：根据近年来国内外学者围绕膨胀性泥岩工程地质特性取得的研究成果，对膨胀性泥岩及其工程应用多年来的研究进展做了系统性的总结，内容包括膨胀岩及膨胀性泥岩的概念和类型、膨胀岩的判别指标、试验研究、工程应用等几个大的方面，从而对膨胀岩的判别指标和试验研究及膨胀性泥岩的工程应用等问题多年来的研究进展做了重点阐述。
研究总结得出：裂隙性是膨胀岩区别于一般岩体的显著特征之一；膨胀性判别指标的选用虽有所差异，但不尽相同；水环境对其膨胀性泥岩的影响显著，特别是在干湿循环条件下变形具有一定的不可逆性，且膨胀性与亲水性矿切相关；最后介绍了膨胀性泥岩隧道工程应用的相关研究进展。
关键词：膨胀岩，泥岩，隧道工程，研究进展Research progress of expansive mudstoneTian Song1.China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co. Ltd.,Tianjing 300300,P.R. China;2.China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group 5rd Engineering Co., Ltd., Sichuan Chengdu610500,P.R. ChinaAbstract: Based on the research results obtained by domestic and foreign scholars on the engineering geological characteristics of expansive mudstone in recent years, a systematic summary of the research progress of expansive mudstone and its engineering application over the years, including the concepts and types of expansive mudstone and expansive mudstone , The identification index of swelling rock, experimental research, engineering application and other major aspects, so as to the identification index of swelling rock, experimental research and engineering application of swelling mudstone and other issues over the years have been focused on the research progress. The study concluded that: fissure is one of the distinguishing characteristics of swelling rock from general rock mass; although the selection of swelling discrimination index is different, but not all the same; water environment has a significant impact on its swelling mudstone, especially The deformation is irreversible under the conditions of dry and wet cycles, and the expansibility is related to the hydrophilic ore cut. Finally, the relevant research progress of the application of expansive mudstone tunnel engineering is introduced.Key words: Expansive rock, mudstone, Tunnel engineering, Research progress.引言膨胀性岩土地层在我国有着较广的分布，已知膨胀岩土在我国至少有26个省、市、自治区有区域性均有分布，其中，中国西北地区最老的膨胀性泥岩地层为侏罗纪。
二级建造师考试公路实务基础知识：膨胀土工程特性
二级建造师考试公路实务基础知识：膨
胀土工程特性
二级建造师考试公路实务基础知识：膨胀土工程特性。
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二级建造师考试公路实务基础知识：膨胀土工程特性膨胀土具有较大吸水膨胀、失水收缩特性的高液限黏土称为膨胀土。
膨胀土黏性成分含量很高，其中0.002mm的胶体颗粒一般超过20%，黏粒成分主要由水矿物组成。
土的液限WL40%，塑性指数Ip17，多数在22~35之间。
自由膨胀率一般超过40%。
按工程性质分为强膨胀土、中等膨胀土、弱膨胀土3类。
膨胀土具有显著的吸水膨胀、失水收缩两种变形特性，一般强度较高，压缩性低，易被误认为是较好地基土。
膨胀土对道路危害较大，其变形破坏具有多次反复性，膨胀土地区的公路路面常常大段出现大幅度的随季节变化的波浪变形。
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1。
膨胀土的工程特性和判定及路基设计
膨胀土路基
二、膨胀土的工程特性 (一)胀缩性
膨胀土吸水体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受 阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上 的建筑物下沉。
膨胀土产生膨胀的强弱与黏土颗粒含量、黏粒的矿物成分 以及晶体结构的差异有关。
膨胀土的颗粒成分：粒径<0.005mm 黏粒； 0.005mm<粒径<0.05mm 粉粒 占90%； 粒径>0.05mm 砂粒 含量较少；
５．膨胀土公路路基的常见病害 （1）滑坡 路堤路堑均有发生，是膨胀土路 基最严重的病害。路堤滑坡往往发生 在填土或基底为膨胀（岩）土层的情 况，滑体一般宽20～50米，厚2～5 米；路堑滑坡多发生在膨胀（岩）土 分界面，裂隙面或软弱层处，宽数10 米，厚一般3～4米，较少超过6米， 具有成群分布、浅层性、牵引性、结 构和构造性以及多次滑动性等特点。
3.5 碎石土
24.5 膨胀土
1.5 3.5
6.0 7.5 H>8.0
非膨胀土
尺寸单位：m
➢ 破面封闭—选择具有一定强度且隔水性好的非膨胀性粘土包边，包
边厚度由当地膨胀土干湿循环显著影响区深度确定。 ➢ 底面隔水—应对基底进行处理，防治地下水和毛细水的影响。 ➢ 顶面封闭—选择非膨胀性粘土填筑于上路堤和路床。
膨胀土及其工程问题
2．膨胀土的判别与分类
（1）国内外现有膨胀土判别分类指标可分为两大类： 宏观（间接）指标——通过工程实验评价其膨胀潜势； 微观（直接）指标——反映胀缩机理的本质参数，如蒙脱石含量、比 表面积、阳离子交换量。
（2）公路部门：自由膨胀率、塑性指数；铁路部门：微观指标。 （3）最新研究成果：测试简便、能反映膨胀土的胀缩本质的宏观指标——
特殊地质地段隧道施工
⑷绕
• 若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞 ，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。
3. 溶洞地段施工的注意事项 ⑴ 多做物探超前预报，如地质雷达。 ⑵ 穿过溶洞时，细查溶洞顶部，及时处理危
石。 ⑶ 严格控制爆破药量，减少对围岩的扰动。
6.7.4 岩爆
◆岩爆：岩体中聚集的高弹性应变能因隧道 开挖而发生的一种应力突发现象。
⑵岩爆时，岩块自洞壁迸射而出，块度从几 厘米到几十厘米不等，甚至上吨重岩石从 拱部弹落。
⑶岩爆多发生在新开挖工作面及其附近。 危险性： 伤害人员、损坏机械！
2. 岩爆的防治措施
⑴ 强化围岩 出发点：给围岩一定的径向约束，使围岩的
应力状态从平面转向三维。 ◆方法：锚喷加固、网锚喷联合、钢支撑网
喷联合、注浆等。 ⑵ 弱化围岩 ◆方法：
面坍塌。
北京地铁10号线工程苏州街车站东南出入口发生塌方事故
路面塌陷情况
事故处理
北京西单路口路面塌陷
盾构施工引起地表塌陷
隧道推进引起地表发生塌陷破坏
法国某地铁施工事故
广州地铁三号线滑坡事故(2004年4月)
某地下通道施工挖断消防栓水柱喷出
成都水管爆裂
直径1000毫米的主水管爆管，巨大的水流冲破柏油路面喷涌而出，将整个路面抬高半 米。从二号桥到红星路整条三槐树路变成河流。爆管处是20多年前的老管线，原因为 管道热胀冷缩而引发的自然爆管，可见水管 爆裂的后果是非常严重的。
见 图6-21。
⑶越
◆现象1： 隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。 方法：加深该侧的边墙基础(图6-22)。
◆现象2：隧道底部遇有较大溶洞并有流水。 方法：在隧底以下砌筑圬工承重墙，跨越而过， 承重墙内套设涵管引排溶洞水(图6-23)。
隧道工程期末总复习资料(完整版)
1.隧道的构成及分类隧道构成：主体建筑物（洞身衬砌、洞门）附属建筑物（通风系统、照明系统、防排水设备、安全设备）隧道分类：按用途（交通、水工、市政、矿山隧道）按底层（岩石、土质隧道）按所处位置（山岭、城市、水底隧道）按施工方法（钻爆法、明挖法、机械法、沉埋法隧道）按断面形式（圆形、矩形、马蹄形隧道）按开挖断面大小（特大断面、大断面、中等断面、小断面、极小断面隧道）按长度（特长、长、中长、短隧道）2.隧道洞口位置的选用原则总原则：早进洞、晚出洞；目的：确保施工、运营的安全具体原则：1.洞口应尽可能设在山体稳定、地质较好处，不应设在排水困难的沟谷低洼中心2.洞口应尽可能设在线路与地形等高线正交处3.隧道洞口的路肩设计标高，应高于洪水设计标高4.边坡、仰坡不宜开挖过高，以保证洞口安全5.当隧道穿过悬崖陡壁时，可贴壁进洞6.当洞口地形平缓时：由于选定洞口位置有较大的伸缩范围此时，此时应结合洞外填方路堑施工难易、路堑排水支农要求、弃碴场地、施工力量及机械设备等情况全面考虑7.注重环境保护3.选择越岭隧道的位置主要以什么作为依据？平面位置与立面位置的选择(1)平面位置的选择——选择垭口(2)立面位置的选择——选择高程4.隧道位于曲线上的缺点以及隧道坡度折减（原因及要求）隧道位于曲线上的缺点:⑴建筑限界加宽,增大开挖土石方量,增加衬砌圬工量；⑵断面变化,支护和衬砌尺寸不一致,技术复杂；⑶空气阻力加大,抵消部分机车牵引力；⑷通风条件变坏；⑸钢轨磨损增大,养护工作量增加；⑹施工测量困难,精度降低。
坡度折减原因：⑴列车车轮与钢轨面间的粘着系数降低；⑵洞内空气阻力增大。
注：⑴上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内,也要折减；⑵限制最小坡度:≥3‰。
5.隧道净空与界限关系机车车辆限界—基本建筑限界—隧道建筑限界—隧道净空6. 曲线隧道的净空加宽（单线），加宽原因？加宽计算？加宽原因：1. 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲，仍保持其矩形形状，故其两端向曲线外侧偏移d 外，中间向曲线内侧偏移d 内2. 曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离d 内2加宽计算公式：R d 8l 21=内、1502HE d =内、R d 8l -L 22=外、R E 2v 5.70= 隧道加宽值：外内内d d d W ++=21 偏移值：)2121W W d -=（ 注：1.上式最终单位为cm ，精确至0.001。
膨胀土的基本特性
第2章膨胀土的基本特性2.1 主要工程特性2.1.1 胀缩性膨胀土吸水体积膨胀，使其上建筑物隆起，如膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其建筑物下沉。
膨胀土在缩陷与液限含水率的收缩量与膨胀土，称为极限胀缩潜势。
土中有效蒙脱石含量越多，胀缩潜势越大，膨胀力越大。
土的初始含水率越低，膨胀量与膨胀力越大。
影响膨胀土涨缩性的因素有矿物成分、颗粒组成、初始含水量、压实度及附加荷重等。
其中除了矿物成分和颗粒组成的内因因素影响外，初始含水量、压实度及附加荷重的外因因素影响也很大。
击实土的膨胀性远比原状土大，密实度越高，膨胀量与膨胀力越大，这是在膨胀土路基设计中特别值得注意的问题⑴。
2.1.2 崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限条件下发生吸水湿化。
不同类型的膨胀土其崩解性是不一样的，强膨胀土浸入水中后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水中后，则需经过较长时间才能逐步崩解，且有的崩解不完全。
此外，膨胀土的崩解特性还与试样的起始湿度有关，一般干燥土试样崩解迅速且较完全，潮湿土试样崩解缓慢且不完全。
2.1.3 多裂隙性膨胀土中的裂隙，可分垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。
这些裂隙将土体分割成具有一定几何形态的块体，如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。
裂隙面光滑有擦痕，且大多充填有灰白或灰绿色黏土薄膜、条状或斑块，其矿物成分主要为蒙脱石，有很强的亲水性，具有软化土体强度的显著特性。
膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面所控制。
2.1.4 超固结性膨胀土大多具有超固结性，天然孔隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。
超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结应力释放，边坡与路基面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和较大的塑性区，使边坡容易破坏。
2.1.5 强度衰减性膨胀土的抗剪强度为经典的变动强度，具有峰值强度极高、残余强度极低的特性。
由于膨胀土的超固结性，其初期强度极高，一般现场开挖都很困难。
隧道工程施工：膨胀土围岩的基本特性
隧道工程施工：膨胀土围岩的基本特性（1）膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体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，产生卸荷膨胀。
因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。
（2）膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。
膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。
由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道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，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。
（3）膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。
一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，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压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。
探究膨胀土隧道施工技术要点
素都会使土 中的原生 隐裂隙发生 张开 扩大的 现象 ，进 而沿 着围岩 的周边产 生新裂缝 。而拱部 的 围岩 特别容 易 出现张 拉 裂缝贯通 的现象 ，从而形成局部的变形区。
２ ． ２ 隧 道 下 沉 的现 象
因为风干脱 水 ，会发生 收缩裂 缝 的现象。同时 ，这 两种 因
１ 膨 胀 土 围岩 的相 关特性
在膨胀土所在 的地层 中 ，隧道开 挖一段 时 间后 ，经 常 能够发现其 中的 围岩因为 开挖而 产生 了一定 的变形 ，或 者 是因为浸水而导致 了膨胀 ，再 或者是 因为 风化而 导致开 裂
道 施 工 的过 程 中其 稳 定 性 与 安 全 性 会 受到 一 定 程 度 的 影 响 ，
从 而造成膨胀 土隧道 工程 的结 构失稳 、成本增加 等 问题 的
出现 。膨胀 土隧道 的相 关 开挖 和 支护施 工各 自都具有 着不
同的特 点。膨胀土 隧道 因为受其地 质原 因与 气候 因素以及
因为膨胀土 围岩 具有特殊 的工程 地质性 质和 围岩压 力 相关特性 ，所 以会使 隧道 中存在 非常 普遍 的开裂 和 内挤 以 及局部坍塌等一些 变形现象 。而膨胀 土隧道 中 围岩的变 形
有着速度快和破坏 性大 以及 延续 时间 长等特点 。在施工 的
０ 前
言
膨胀 土指的是土 中的粘土矿 物成分 大多 由亲水 性矿 物
组成 的 ，在吸水 后具有 显著膨 化 、软化 以及失 水收 缩硬裂 等特 点的高塑性 的粘 土 ，同时这 种粘 土还具有 湿胀 干缩往
复变形的特点。决 定其膨胀 性 的亲水矿 物大 多 以蒙 脱石 的 粘土矿物为主。我国 目前 是世界 上膨胀 土分 布面积 最为广 阔的国家之一。现在 已经发现存在膨胀 土的区域有 ２ ０多个
隧道工程资料：膨胀土围岩隧道施工要点.doc
隧道工程资料：膨胀土围岩隧道施工要点（一）加强调查、量测围岩的压力和流变在膨胀土地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提出的技术要求外，在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。
对地下水亦应探明分布范围及规律，了解水对施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。
如原设计难以适应围岩动态情况，也可据此作适当修正。
（二）合理选择施工方法膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因。
采用合理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。
因此，在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法。
如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。
在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。
开挖方法宜不分部或少分部，多采用正台阶法、侧壁导坑法和眼镜法。
正台阶法适用于跨度小的隧道，它分部少相互干扰小，且能较早地使支护（衬砌）闭合。
侧壁导坑法和眼镜法较适用于跨度较大的隧道，它具有防止上半断面支护（衬砌）下沉的优点，但全断面闭合时间较迟，必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤。
（三）防止围岩湿度变化隧道开挖后，膨胀土围岩风干脱水或浸水，都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应。
因此，隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。
在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩的浸湿等。
如局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。
（四）合理进行围岩支护膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性。
在施工时应注意以下几点：（1）喷锚支护，稳定围岩。
喷锚支护作为开挖膨胀土围岩的施工支护，可以加强围岩的自承能力，允许有一定的变形而又不失稳。
采用喷锚支护，应紧跟开挖必要时在喷射混凝土的同时，采用钢筋网。
也可采用钢纤维混凝土提高喷层的抗拉和抗剪能力。
当膨胀压力很大时，可用锚喷及钢架或格栅联合支护，在隧道底部打设锚杆，也可以在隧道顶部打入超前锚杆或小导管支护。
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隧道工程资料：膨胀土围岩的基本特性（1）膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体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，产生卸荷膨胀。
因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。
（2）膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性。
膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。
由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道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，常有初期围岩变形大，发展速度快等现象。
（3）膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体中干湿循环产生胀缩效应。
一是使土体结构破坏，强度衰减或丧失，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压力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。