隧道工程中遇到膨胀性和挤压性围岩该如何施工?

来源:建筑界编辑:袁斌发布时间:2021-01-04 15:21:45

[摘要] 隧道在施工过程中在遇到富水断层破碎围岩、膨胀性和挤压性围岩以及黄土地质这三个不良地质段时候各自的防治措施不同,我们先来学习下膨胀性和挤压性围岩施工防治措施。

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  一、基本概念

  膨胀岩

  矿物成分:亲水性矿物,蒙托石、伊利石

  特性:吸水膨胀软化,失水收缩硬裂

  挤压性围岩

  强度低,在高地应力作用下产生“剪胀”

  二、膨胀性围岩的基本特征与分级

  (一)膨胀岩基本特征

  (1)质软,强度低

  (2)自由膨胀率高

  (3)空隙率大

  (4)易风化、崩解性强

  (5)膨胀压力大

  (二)膨胀岩的判别与分级

  判别依据

  间接反应岩石膨胀指标

  直接定量反应岩石膨胀力学指标以及不同荷载下的膨胀率大小的指标

  三、膨胀性围岩对隧道施工的危害

  围岩普遍开裂

  坑道下沉

  围岩膨胀突出和坍塌

  隧道底部隆起

  衬砌严重变形和破坏

  四、高地应力作用下的软岩 :

  1. 高地应力软岩的概念

  当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时,才能称为高地应力或极高应力。

  2.高地应力挤压性围岩的变形特点

  变形量大

  最大变形可达数10cm至100cm以上。家竹箐隧道初期支护周边位移曾达210cm,一般80~100cm,拱顶下沉60~80cm,隧道隆起80cm。堡子梁隧道排架下沉120cm,边墙向下挤进30~40cm。关角隧道底鼓约100cm,边墙向内挤很大。乌鞘岭隧道岭脊段最大水平收敛达1209mm,最大拱顶下沉367mm。平均累计变形按F4、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别为90~120mm、200~400mm、150~550mm。

  变形速度高

  家竹箐隧道初期支护变形速度达3~4cm/d。奥地利的陶恩隧道最大变形速度高达20cm/d,一般也达5~10cm/d。乌鞘岭隧道岭脊段变形量测开始阶段变形速率最高达167mm/d,最大变形速率按F4、F5、志留系板岩夹千枚岩、F7几区段分别可达73mm/d、143 mm/d、165mm/d、167mm/d。

  变形持续时间长

  由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度,开挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间也较长。短者数十天,长者数百天,一般也需百多天。家竹箐隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时间大于300天,阿尔贝格隧道收敛时间为100~150d。乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d,一般要40~50d。

  支护破坏形式多样

  喷层开裂、剥落;型钢拱架或格栅发生扭曲;底部隆起;支护侵限;衬砌严重开裂等。

  围岩破坏范围大

  高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加,破坏范围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时围岩破坏范围可达5倍洞径。

  五、挤压性围岩的隧道设计理念

  膨胀性和挤压性围岩的隧道结构设计方法主要可归纳为两类:一是减轻作用在支护结构上的荷载而容许发生一定位移的方法(柔性结构设计),另一是为了控制松弛而尽可能早地控制位移的方法(刚性结构设计) 。

  1.柔性结构设计

  (1)先行导坑法

  (2)多重支护方法

  (3)可缩式支护方法

  (4)分阶段综合控制法

  2. 刚性结构设计

  (1)大刚度支护和衬砌结构

  (2)大范围围岩加固法

  六、膨胀性及挤压性围岩隧道施工

  1.加强调查、量测围岩的压力和流变特性

  2.合理选择施工方法

  3.防止围岩湿度变化

  4.合理进行围岩支护

  (1)喷锚支护,稳定围岩

  (2)衬砌结构及早闭合

  5.适时衬砌控制变形

  典型的大变形隧道 :

  奥地利的陶恩隧道

  阿尔贝格隧道

  日本的惠那山隧道

  我国的家竹箐隧道

  以上就是岩土工程中遇到膨胀性和挤压性围岩该如何施工的知识,你学会了吗?岩土工程的建设设计施工,根据各地区地质情况也有所区别,岩土人需要多加学习,同时也要多加学习最新的规范和标准,及时更新。关注建筑界岩土知识频道,分享更多地基与基础的概念相关建筑岩土知识,与您一同学习进步!

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