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    【正舉新材】膨脹巖對隧道穩定性的影響

    Source:洛陽國潤新材料科技股份Author:admin Addtime: Click:
    膨脹巖對隧道穩定性的影響
        摘要:膨脹巖屬軟巖,它具有顯著吸水膨脹和失水收縮的特性,處于這種巖性的隧道,其維護往往很困難,特別是隧道底板為膨脹巖時,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巖隧道的有效措施,是十分迫切和具有實際工程意義的。

    膨脹巖的基本特征
        膨脹巖的基本特征: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。
    膨脹巖親水性強是由于其所含蒙脫石、伊利石、高嶺石的粘土礦物親水性較強,遇水后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,膨脹巖往浸水或遇水后可產生較強的崩解性,有的膨脹巖浸水幾分鐘后便完全崩解。
    膨脹巖對隧道穩定性的影響
        進行地下開挖時,隧道圍巖應力場重新分布,膨脹巖隧道周邊發生變形進入塑性狀態,圍巖松動,裂隙擴大,孔隙度增加。膨脹圍巖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。若隧道圍巖未進行加固且支架為剛性,則圍巖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,膨脹的圍巖巖體范圍越來越大,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,圍巖松動圈繼續增大,裂隙進一步增大,為深部圍巖充填水分提供條件,從而又引起深部膨脹巖體膨脹,加劇隧道及支架變形破壞。
    通常,對于未封底的隧道,膨脹引起隧道底鼓更為嚴重,隧道頂板及兩幫圍巖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,隧道頂板及兩幫圍巖也向底板流動,加劇底鼓。通過一次或多次失穩破壞的膨脹巖隧道,翻修維護更為困難,因此,對于膨脹巖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回風隧道位于-440m水平的風化帶巖層中,隧道圍巖極松軟破碎,裂隙及層理發育、含水豐富。圍巖以粘土砂巖、泥巖和砂質泥巖為主。砂巖中親水性強的高嶺石礦物含量較高,達30~60%,是砂巖浸水后膨脹、崩解和泥化的主要原因,故圍巖抗壓強度極低,約1212MPa。
    謝橋礦東風井隧道圍巖屬于典型的膨脹軟巖,針對其特征,采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型鋼架支架壁后充填支護;(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后不到半年,圍巖變形竟達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;后三種支護形式基本上控制了軟巖隧道失穩。
    膨脹圍巖隧道維護措施
        根據膨脹巖對隧道穩定性的影響,隧道維護應采用下列措施:
    (1)防止水對隧道的影響。隧道通過含水豐富的巖層或斷層,應采取疏干裂隙水或斷層水,必要時進行圍巖注漿堵水和防滲水。
    (2)隧道掘進后,應及時錨噴,防止圍巖風化膨脹。
    (3)隧道支護材料應具有一定收縮性和較高的支護強度,采用壁后充填,使支護整體受力均勻穩定。
    (4)隧道支護應重視封閉底板,防止底鼓。主要措施有:封閉支架壁后充填、底板注漿或錨噴加固、混凝土或鋼筋混凝土底板反拱、料石碹底拱。
    (5)注漿加固隧道圍巖,以提高圍巖的強度及膨脹圍巖的粘聚力和內摩擦,降低其孔隙率;并起堵水防滲作用。
    結束語
       根據上述分析,膨脹巖的基本特征及其對隧道穩定性的影響,可得出以下主要結論:
    (1)膨脹巖遇水膨脹的重要條件是膨脹巖含有大量的親水性強的礦物和水量,且兩者在膨脹巖中并存。
    (2)膨脹巖具有親水性強、膨脹率高、膨脹壓力大、強度低、孔隙度大、崩解性強等特征,這些特征受膨脹巖的物質組成、結構特征和所處的環境狀態影響較大。它們隨膨脹巖含水量不同而變化,隨時間的增長而進一步惡化。
    (3)隧道處于膨脹巖中,其穩定性差,支護也甚為困難。對這類膨脹巖隧道,應采取疏水、封閉圍巖、加強底鼓防治、提高全封閉支架強度、注漿加固等防治措施。

       
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