刍议膨胀土隧道施工质量控制

摘 要：在隧道施工中，找到膨胀土的应对方案对整个工程具有十分重要的意义。通过对膨胀土在隧道施工中的研究，找到其应对措施，不仅施工方便，进度大大加快，更重要的是工程质量也会得到有效的保证。

关键词：膨胀土；隧道施工；注意事项

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

在隧道施工中，找到膨胀土的应对方案对整个工程具有十分重要的意义。通过对膨胀土在隧道施工中的研究，找到其应对措施，不仅施工方便，进度大大加快，更重要的是工程质量也会得到有效的保证。

一、膨胀土隧道变形机理

膨胀土产生膨胀与收缩的原因是很复杂的，一般由下述因素引起。

1.1超固结应力特征

膨胀土的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力，当隧道或地下洞室开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸载膨胀，产生较大的塑性变形。

1.2多裂隙土体的结构——力学特征

膨胀土体的结构一力学特征，主要表现为具有明显的非均质性与不连续性，以及围岩强度与变形的各项异性和随时间的衰减性。由于膨胀土体在天然原是结构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，一方面产生胀裂，同时因风干脱水使原生裂隙张弛，形成若干应力集中区，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快，设防不及时等现象。

1.3物理化学效应

膨胀土中孔隙水和其中膨胀性物质的物理化学反应也是膨胀土膨胀的主要原因，现场表现为吸水而膨胀，失水而收缩，使土体结构破坏，强度完全丧失，导致围岩压力增大。

以上各种因素在膨胀土变形破坏过程中并不是独立存在的，而是互为因果的，共同形成膨胀土变形不断发展的过程。

二、膨胀土施工注意事项

2.1膨胀土透水性差，在施工发现晾晒后，外表坚硬而内核由于含水量大呈软塑状，几乎没有强度，危害极大。

2.2对于表层土暴露时间长，造成龟裂的情况。在施工时应尽量防止暴露，及时进行支护施工。

2.3膨胀土围岩隧道在开挖过程中或过程后，周边土体容易向洞内膨胀突出，导致初期支护变形开裂及局部失稳，所以必须加大初期支护刚度以抵抗膨胀土开挖初期所产生的膨胀力，控制初期支护变形，将隧道围岩监控量测纳入工序管理，注意设计是否合理。

2.4膨胀土隧道围岩应力释放是导致隧道塌方的主要原因，采取合适的开挖方式最为重要。贵都高速及吉县至河津高速部分隧道膨胀土围岩洞身开挖方式考虑到膨胀土围岩压力在开挖时的应力重分布效应，选择了三台阶（上台阶预留核心土法）开挖，避免了围岩的长时间暴露。实践证明此种开挖方式能够较好的控制膨胀土开挖面的应力释放。当后续工序滞后，或因安全距离超标等原因造成暂停施工时，应及时封闭掌子面。

2.5立钢拱架之前，要严格控制隧道中线，当拱架与初喷之间存在空隙时，必须采用同级别的喷射混凝土回填密实，必要时应在初支拱顶预留注浆孔，进步一回填密实钢架背后的空隙。

2.6排水的处理，由于膨胀土对水的敏感性，必须严格做好防水、排水处理。严格控制施工用水管理，防止积水浸泡隧道拱脚、边墙和基底。洞外地下水应集中引排，不能造成漫流或散流，流水槽不能设在边墙附近，槽下应铺设防水材料，防止下渗软化土体。

三、施工方法的确定原则

鉴于膨胀土隧道施工存在以上难点，施工方法的选定原则为：将隧道围岩量测纳人隧道施工工序中，通过对隧道围岩量测数据的整理与分析，确定隧道施工中合理的预留变形量；根据隧道围岩量测数据变形曲线，选定合理施工方法，调整各施工工序的作业时间和作业内容；将隧道结构内力测定引人隧道施工程序中去，根据现场测定的数据，掌握隧道结构内力的情况和变形规律，合理调整隧道设计参数，保证隧道施工安全，结构稳定。

四、围岩量测及膨胀土隧道变形规律

施工过程中通过对膨胀土隧道进行专门的围岩量测，并对围岩量测数据进行分析分析，从而找出隧道围岩变形的规律。

4.1围岩量测项目

膨胀土隧道围岩量测主要进行拱顶沉降和结构收敛两项内容，其代表性断面如图1所示。

通过对不同量测断面数据分析及整理，得出膨胀土隧道拱顶下沉、结构收敛的曲线如图2、图3所示。

4.2膨胀土隧道变形规律

从以上代表性曲线分析，膨胀土隧道在上台阶开挖初期支护后结构收敛速度明显，拱顶下沉不明显；中、下台阶开挖支护时变形加速出现峰值，尤其是下沉尤为明显，仰拱施工完成后变形基本趋于稳定。因此施工中必须要针对变形的特点，指定相应的施工方法。

五、主要施工技术

5.1超前支护技术

超前支护采用小42小导管，由于超前支护施作后会对开挖轮廓线内侧的土体发生了扰动，易造成超挖，施工中要做到：超前支护按照钢架间距每棍施作，小导管外插角要严格按照设计要求施作。

5.2临时支护技术

通过量测数据分析表明，解决膨胀土隧道变形的关键是支护要及早封闭成环，尤其需要对是中、下台阶钢架接头处的自由端进行必要的约束，施工中采用了上台阶临时仰拱，中、下台阶采用临时钢管横支撑这一临时支护来实现隧道支护尽早封闭成环，取得了比较好的效果。临时仰拱采用I16工字钢架加20cm厚C20喷射混凝土，钢架纵向连接采用中22钢筋；临时钢管横支撑采用小200mm钢管，工字钢和钢管对应初期支护钢架设置。

5.3隧道开挖技术

隧道开挖采用上导坑预留核心土微台阶法开挖，隧道开挖工序如图4所示，上台阶长度一般为5m左右，上台阶开挖高度2.6m左右，为防止掌子面土体发生膨胀坍塌，上台阶开挖先预留核心土，待阶开挖前挖除核心土设置上台阶临时仰拱。中、下台阶采用交错开挖支护，支护完成后立即施作临时横支撑，为减少开挖支护施工过程中导坑下沉量，在保证施工安全的前提下中、下台阶的长度尽可能的缩短。

通过上述开挖工序，有效减少了隧道中、下台阶及仰拱开挖工程中导坑的下沉量，保证了隧道施工安全。

六、结束语

本文分别研究了膨胀土隧道变形机理，膨胀土施工注意事项，施工方法的确定原则和围岩量测及膨胀土隧道变形规律，并对膨胀土隧道主要施工技术就行了论述。希望能提高膨胀土隧道施工的认识，加快施工进度，保证施工质量，更能保证施工安全。

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