高速公路膨胀性泥岩隧道施工技术研究

李 首 峰

(山西运城路桥有限责任公司，山西 运城 044000)

高速公路膨胀性泥岩隧道施工技术研究

李 首 峰

(山西运城路桥有限责任公司，山西 运城 044000)

针对膨胀性泥岩吸水膨胀、失水干缩、易扰动性和流变等特性，提出了高速公路膨胀性泥岩隧道施工的基本原则，并对膨胀性泥岩隧道施工方法进行了详细阐述，以保证高速公路隧道施工的质量。

高速公路，膨胀性泥岩，隧道，特性

我国幅员辽阔，山地面积较大，占总面积的2/3，膨胀性岩土有着广泛的分布，基本上在每个区域都有着一定的分布。膨胀性岩土具有易受扰动、变形量大、地应力高和吸水膨胀等特点，因此极容易发生地质灾害，对于高速公路隧道施工造成巨大的阻碍。因此，必须结合膨胀性泥岩的特点，对于施工技术进行适当地改进，从而保证高速公路隧道施工的安全与质量，为人们提供更加安全高效的服务。

1 膨胀性泥岩的特性

1.1 吸水膨胀

泥质的膨胀性围岩，其膨胀程度主要是由岩石中的蒙脱石矿物的实际含量来决定的，其含量越高，膨胀程度越大，含量越低，膨胀程度就越小。

1.2 失水干缩

岩石的含水量发生变化，膨胀性泥岩就会发生形状变化。在隧道开挖后，膨胀性泥岩就会逐渐的失水干燥，从而造成开裂干缩，一旦再次遇水，就会发生膨胀崩解。失水干燥程度越大，其遇水后的膨胀量就会越大。

1.3 易扰动性和流变特性

易扰动性和流变特性基本表现为岩石的松弛性和蠕变性，在泥岩中，基本成分是蒙脱石，其含量达到了92.8%，具有膨胀性特点，遇水后容易发生软化现象，天然容重基本上2.4 g/cm3，滑带处的摩擦角为6°。围岩极容易受到隧道施工扰动、施工振动以及卸载松动的影响，其抗外界扰动能力很低。

2 施工基本原则

1)强化超前及径向注浆，从而提高岩层中的支撑力，使得围岩的强度得到增强，降低有害位移，并且降低围岩的压力。

2)在隧道开挖后，要尽快对围岩进行封闭，从而使得围岩的吸水膨胀减少，防止崩塌。

3)对于初期支护，要进行一定程度的加强，降低围岩变形，从而防止因变形过大引起的坍塌现象发生。

4)可以根据工程的实际情况，设置一定的柔性变形层，使得围岩的变形量控制在一定范围内。

5)进行衬砌工作的时候，应该运用钢筋混凝土结构，保证衬砌具备有效的承载能力。

6)在施工的过程中，应该加强用水管理，对于施工废水以及隧道渗水，要进行及时的抽排。

3 膨胀性泥岩隧道施工方法

3.1 超前支护

在对膨胀性泥岩进行开挖后，围岩的应力会得到释放，从而增大其变形量，容易引起塌方事故，并且由于围岩破碎，很难成孔，如果单独使用小导管注浆的方法，难以得到理想的效果。因此，在工程中可以使用长12 m的R51自进式锚杆，以及长6 m的φ42小导管进行联合支护，这样能够得到良好的效果。

在进行超前支护的时候，应该沿着开挖设计的轮廓线进行布置，间隔布置小导管和自进式锚杆，其环向间距应该设定为0.8 m。通过普通的凿岩钻机对小导管进行钻孔打设，使用专用的凿岩钻车来进行自进式锚杆打设。在对小导管和自进式锚杆进行注水泥浆的时候，在地下水的发育地段，应该选择注水泥和水玻璃双液浆。应该将浆液的水灰比控制为0.5，而小导管的注浆压力应该在1.0 MPa，从而实现劈裂注浆效果。

3.2 隧道开挖

在隧道掘进的时候，应该选择环形开挖的预留核心土法来进行施工。在开挖的时候使用挖掘机，然后人工进行修整成型，并且对于循环进尺要严格控制。开挖环形导坑后，对开挖面应该马上喷厚度为2 cm～5 cm的C20钢纤维混凝土来进行封闭，然后需要架设型钢钢架，并且对混凝土进行多次复喷，直到达到设计的厚度。当开挖达到30 m时，应该开始仰拱施工，保证支护结构能够及时成环。仰拱施工需要进行全幅施工，每次施工的长度应该控制为3 m。具体施工程序如图1所示。

在施工程序中，Ⅰ为拱部的超前支护施工；Ⅱ为开挖的环形导坑；Ⅲ为支护结构的施工，进行型钢钢架架设，布置系统锚杆，并进行钢纤维混凝土喷射；Ⅳ为开挖的核心土；Ⅵ为仰拱的支护施工；Ⅶ为对仰拱钢筋进行绑扎操作，并且进行仰拱混凝土浇筑；Ⅷ为对拱墙钢筋进行绑扎，保证台车就位，并进行拱墙的混凝土浇筑。

3.3 支护施工

应该采用钢架、喷、网和锚联合支护的方式。

1)钢架。

选择Ⅰ20b的工字钢，并且在现场直接进行钢架加工，设置间距为50 cm，然后沿着环向按照间距50 cm使用φ22钢筋联结成为整体。在架设钢架的时候，底部应该设置C20混凝土垫块，从而避免钢架下沉，另外还应该在钢架的两侧安置两排锁脚锚杆用来加强。

2)系统锚杆。

选择中空长锚杆和φ42的注浆管注浆来进行围岩加固。然后选择R51长12 m的中空锚杆，集中处置拱脚和拱腰处，在仰拱和拱顶处进行对称布置。另外还要对围岩进行径向注浆，改善其特性，使其增强强度。

3)喷射钢纤维混凝土。

通常情况下，钢纤维混凝土的实际喷射厚度是25 cm，选择水泥裹砂法的湿喷工艺来进行分层施工，首先应该喷钢架的背后，然后喷钢架之间的部分。

3.4 仰拱施工

在进行仰拱施工的时候，应该紧跟着开挖作业面来进行，用挖掘机开挖仰拱土，然后进行人工修整。在开挖完成后，要马上架设钢架，并且连接拱墙初期的支护支架，然后进行系统锚杆施工，并且用钢纤维混凝土喷射进行封闭。在支护完成后，要及时的进行仰拱钢筋绑扎，浇筑混凝土。

3.5 衬砌施工

在对膨胀性泥岩隧道进行施工的时候，需要严格按照施工要求，在施工时间上也有限制，过早施工可能会破坏衬砌结构；过晚施工可能会影响支护结构的稳定性，导致隧道坍塌。因此应该结合现场的实际情况，进行合理的施工，应该在围岩变形情况减缓之后进行衬砌施工。选择钢模台车的整体式施工方法，为了保证安全稳定，应该增加衬砌厚度，提高配筋率。

3.6 施工管理

在施工的过程中，要进行严格的施工组织，保证不同工序能够做好衔接。还要选择合理的施工方法，应该结合高速公路膨胀性泥岩隧道工程的实际情况，选择最适合的施工工艺，提高施工效率，保证工程质量。另外，还要强化监测工作，加强监督管理，要严格遵守相关的技术规范，确保监测信息能够将泥岩的变化状况及时的反映出来，从而保证施工质量。

4 结语

在高速公路的隧道施工中，针对膨胀性泥岩，应该对其特点进行详细的分析，按照相关的施工原则，选择最合理的施工方法，在施工的过程中，要严格遵守相关的技术规范，并做好监控工作，从而保证工程质量。

[1] 黄 戡，彭建国，刘宝琛，等.雪峰山隧道原岩应力场和开挖二次应力场特征分析[J].中南大学学报(自然科学版)，2011(5)：63.

[2] 张 巍，尚彦军，曲永新，等.泥质膨胀岩崩解物粒径分布与膨胀性关系试验研究[J].岩土力学，2013(1)：21.

[3] 乔卫国，孟庆彬，林登阁，等.深部高应力膨胀性软岩巷道锚注支护技术及相似模拟试验研究[J].矿冶工程，2011(2)：43-47.

[4] 鲁得文，梁庆国，欧尔峰，等.高速公路泥岩隧道围岩压力试验研究[J].地下空间与工程学报，2012(6)：111-113.

[5] 贾善坡，陈卫忠，于洪丹，等.泥岩大变形隧道盾构施工法的围岩稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2007(S2)：96.

Research on construction technology of expansive highway mudstone tunnel

LI Shou-feng

(ShanxiYunchengHighway&BridgeCo.,Ltd,Yuncheng044000,China)

In light of expansive mudstone characteristics including water swelling, dry-shrinkage, easy disturbance and flowing deformation and so on, the paper puts forward basic construction principles of expansive highway mudstone tunnel, and specifically describes expansive mudstone tunnel construction methods, with a view to guarantee highway tunnel construction quality.

highway, expansive mudstone, tunnel, characteristics

1009-6825(2014)28-0174-03

2014-07-31

李首峰(1982- )，男，工程师

U455

A