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【摘要】我国的膨胀性岩层分布面积、区域非常广泛，主要分布在我国的西南、西北、长江和黄河下游以及东南海沿海地区。在膨胀性的地层中间挖掘隧道，会导致围岩产生形变，或者因为浸水而发生膨胀，最终导致在膨胀性围岩中的隧道设施发生了位移，从而引发围岩失去稳定性以及衬砌破坏。本文对膨胀性的围岩的特点进行分析，在隧道施工中膨胀性围岩的影响以及膨胀性围岩的隧道施工的防护措施，对隧道施工的安全稳定进行有极大的借鉴意义。
【关键词】膨胀性围岩；隧道施工；影响分析
一、膨胀性围岩的特点
（一）膨胀性围岩的湿胀干缩往复变形特点。干燥型的膨胀性围岩的岩层比较坚硬，容易脆裂，其垂直和水平放向的裂隙非常明显。围岩裂缝随着深度变深，其宽度和变化的速度会减少并逐渐消失。但是这种裂缝被水浸湿之后，岩层就会慢慢收缩导致裂隙变窄或闭合，其强度大大降低。膨胀土质一般粒土颗粒的含量比较丰富，可塑性较高，土的结构比较强，大多是中等的压缩土。其矿物中最主要的成分是蒙脱石黏土以及伊利石和多水高岭土这些亲水性的矿物，这些矿物的化学成分有二氧化硅以及氧化铝和氧化铁的化合物。这种组成的矿物吸水后会出现非常明显的膨胀和软化情况，当它失水时就会收缩并硬化，总言之，就是湿胀干缩特性比较明显。
（二）膨胀性围岩的潜在应力特点。软质的膨胀性围岩有很多种，例如页岩、泥岩凝灰岩、蒙脱石质泥岩和有地热特定的土质底层。这些软质的膨胀性围岩的特点是当它们因为断裂或者褶皱作用形成的破碎带，在隧道施工挖掘之后会直接暴露出来，经历风化和雨水作用，其体积就会膨胀，从而对隧道支撑和衬砌产生不利。尤其是当膨胀性围岩的破碎地带、节理和缝隙中存在黏土填充物时，由于其本身的成分中含有活动性的矿物成分，所以会在隧道挖掘暴露之后立即膨胀，特别在吸收雨水之后，膨胀速度非常快。
二、膨胀性围岩对隧道施工的不利影响
膨胀性围岩由于自身的特殊地质性质和围岩的压力特点，会在隧道挖掘不久就会产生膨胀压力，随后围岩继续风化、软化、甚至开裂，从而向内部挤压和膨胀并造成底部隆起。这种形变发生的速度快且延续的时间比较长，导致增加了整治的难度，随时间的推移，这种形变会愈演愈烈从而引起严重的后果。
（一）普通開裂现象。隧道开始挖掘之后，由于隧道上面的膨胀土体的原始张力逐渐释放会产生开裂现象，加上表层的土暴露在外受到风化的影响产生收缩裂缝。这两种上下的因素会扩大膨胀性围岩的裂缝宽度，特别是拱部围岩部分会产生更大的影响从而形成一种叫做“脱离区”的拱部局部变形区。
（二）坑道下沉现象。坑道下沉现象是由于坑道下半部分的膨胀土体承载能力较弱，以及坑道上半部分的压力太大而导致的。另外，在挖掘隧道的时候要分部进行，当后面工序中由于围岩的暴露出现膨胀问题，会产生很大的收缩地压力，当坑道下沉变形之后，会因为过度的支撑导致变形甚至折断失效，最后导致围岩土体的坍塌。
（三）膨胀凸出和坍塌现象。隧道坑道在挖掘过程中和挖掘之后会产生变形，导致周围的膨胀土体向隧道内部膨胀，导致挖掘断面变小。当膨胀体系受到的支撑力量不够时，围岩压力和膨胀压力的双重作用力，会造成围岩土体发生局部破坏甚至产生坍塌现象。
（四）隧道底部隆起现象。在挖掘隧道底部时，洞底的围岩向上的压力消失，当没有仰拱支护体进行约束时，其膨胀压力会逐渐释放，导致洞底的岩层发生卸荷膨胀；由于隧道内部容易积水，洞底的土体由于吸水会进一步发生膨胀，就会导致严重的洞底隆起形变。
（五）衬砌的形变现象。在隧道的挖掘过程中，采用先做衬砌的拱部后做侧墙时，拱部衬砌完成之后围岩的压力和膨胀作用，会导致拱脚向内移动，当其受力不均并下沉时，拱脚的支撑作用力会变大，最终形成向上扭曲的形变身子发生折断现象。
三、膨胀性围岩的隧道施工的防护措施
（一）对围岩的压力和流变进行精细测量。在膨胀性围岩中进行隧道挖掘，不仅要在施工前对其特性和规模进行调研，参考其它类似工程实例，按照其设计文件中的技术要求进行技术规范，而且在施工的过程中要对围岩压力和流变进行精细的测量和分析。另外，还要探明地下水的分布情况，分析地下水对隧道施工产生影响的程度，然后根据围岩的动态采取匹配的施工措施。
（二）施工方法要合理。由于膨胀性隧道围岩中的压力会对围岩和支护衬砌的结构产生影响，为保证隧道的稳定性以及施工过程中的安全性，就一定要采取科学合理的施工方式。1、使用短台阶法或者中央导坑法进行挖掘。使用这种方法进行挖掘时，开挖的部分应该加以控制，在开挖后立即对围岩采取约束措施，利用拱架式的栅栏进行支护。当膨胀压力很大时，应该在隧道的底部设置锚杆并在隧道的顶部斜向顶入锚杆或小导管，形成一种闭合的环路。打设斜向锚杆时，要按照公路隧道施工技术规范严格控制锚杆的倾斜角度、锚杆长度、锚杆间的距离。2、采用钢纤维混凝土喷射混凝土层。为提高喷层的抗拉、抗剪能力，应该采用钢纤维混凝土。衬砌的拱部应该与侧墙同时施工，仰拱应该在前期快速完成，另外仰拱和侧墙的连接处最好做成圆弧形状。当围岩的压力很大、形变难以控制时，就应该在上台阶或者中央导坑的底部建筑临时的混凝土仰拱进行支撑，等到形变不在继续时，开始对下步台阶进行施工。在施工过程中，为减少对围岩的扰动和水的浸湿干扰，就应该采取无爆破的掘进方法，例如采用掘进机、液压镐等设备进行挖掘。在挖掘过程中，要缩短围岩的暴露时间，并及时的进行衬砌支撑，以免产生严重的围岩膨胀变形。
（三）加强支撑设备的设置。1、在膨胀性围岩处挖掘隧道时，要尽早喷射混凝土进行支护。2、当围岩的膨胀压力比较大的时候，可以根据工程的实际情况和围岩的形变程度，采用不同类型的型钢、钢管或者钢筋格栅进行支撑。3、采用木支撑或钢木混合支撑时，要将其间距缩短，用模板或钢板和楔子填塞支撑围岩；上导坑和拱部扩大的支撑之间要预留一些沉落空间。4、在拱圈进行灌注之后，拱脚部分要及时设置强度比较大的横撑，来缓冲两侧围岩向隧道内部产生的挤压形变。
总结：在对膨胀性围岩进行隧道施工时，要根据工程的不同实际情况，分析围岩的特性，选择具有可操作性、保证安全并能够充分利用机械和人工效率的施工方法。在对隧道施工方案进行制定之前，应该对以往的类似工程实例进行分析，吸收其中好的经验教训，对其中的失误进行规避，这样才能减少工程中的失误，并提高方案的可行性和科学性，从而提高整个工程的稳定性和安全性。在施工过程中，相关人员仍让要根据实际情况中的条件变化不断的、及时的调整实施方案，从而最大化的保证工程质量。
参考文献
[1]刘海蛟.浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响[J].科学之友，2010，11：71-72.
[2]鲁得文.高速公路膨胀性泥岩隧道施工技术研究[D].兰州交通大学，2013.
[3]崔炳伟.断层带膨胀性软岩隧道变形特性研究[D].重庆大学，2012.
[4]徐钦键.膨胀性土质隧道变形破坏模式与防治对策研究[D].山东大学，2013.
作者简介
牙韩元（1991年1月-），男，壮族，籍贯：广西河池。西南交通大学峨眉校区土木工程系在读本科生。
【关键词】膨胀性围岩；隧道施工；影响分析
一、膨胀性围岩的特点
（一）膨胀性围岩的湿胀干缩往复变形特点。干燥型的膨胀性围岩的岩层比较坚硬，容易脆裂，其垂直和水平放向的裂隙非常明显。围岩裂缝随着深度变深，其宽度和变化的速度会减少并逐渐消失。但是这种裂缝被水浸湿之后，岩层就会慢慢收缩导致裂隙变窄或闭合，其强度大大降低。膨胀土质一般粒土颗粒的含量比较丰富，可塑性较高，土的结构比较强，大多是中等的压缩土。其矿物中最主要的成分是蒙脱石黏土以及伊利石和多水高岭土这些亲水性的矿物，这些矿物的化学成分有二氧化硅以及氧化铝和氧化铁的化合物。这种组成的矿物吸水后会出现非常明显的膨胀和软化情况，当它失水时就会收缩并硬化，总言之，就是湿胀干缩特性比较明显。
（二）膨胀性围岩的潜在应力特点。软质的膨胀性围岩有很多种，例如页岩、泥岩凝灰岩、蒙脱石质泥岩和有地热特定的土质底层。这些软质的膨胀性围岩的特点是当它们因为断裂或者褶皱作用形成的破碎带，在隧道施工挖掘之后会直接暴露出来，经历风化和雨水作用，其体积就会膨胀，从而对隧道支撑和衬砌产生不利。尤其是当膨胀性围岩的破碎地带、节理和缝隙中存在黏土填充物时，由于其本身的成分中含有活动性的矿物成分，所以会在隧道挖掘暴露之后立即膨胀，特别在吸收雨水之后，膨胀速度非常快。
二、膨胀性围岩对隧道施工的不利影响
膨胀性围岩由于自身的特殊地质性质和围岩的压力特点，会在隧道挖掘不久就会产生膨胀压力，随后围岩继续风化、软化、甚至开裂，从而向内部挤压和膨胀并造成底部隆起。这种形变发生的速度快且延续的时间比较长，导致增加了整治的难度，随时间的推移，这种形变会愈演愈烈从而引起严重的后果。
（一）普通開裂现象。隧道开始挖掘之后，由于隧道上面的膨胀土体的原始张力逐渐释放会产生开裂现象，加上表层的土暴露在外受到风化的影响产生收缩裂缝。这两种上下的因素会扩大膨胀性围岩的裂缝宽度，特别是拱部围岩部分会产生更大的影响从而形成一种叫做“脱离区”的拱部局部变形区。
（二）坑道下沉现象。坑道下沉现象是由于坑道下半部分的膨胀土体承载能力较弱，以及坑道上半部分的压力太大而导致的。另外，在挖掘隧道的时候要分部进行，当后面工序中由于围岩的暴露出现膨胀问题，会产生很大的收缩地压力，当坑道下沉变形之后，会因为过度的支撑导致变形甚至折断失效，最后导致围岩土体的坍塌。
（三）膨胀凸出和坍塌现象。隧道坑道在挖掘过程中和挖掘之后会产生变形，导致周围的膨胀土体向隧道内部膨胀，导致挖掘断面变小。当膨胀体系受到的支撑力量不够时，围岩压力和膨胀压力的双重作用力，会造成围岩土体发生局部破坏甚至产生坍塌现象。
（四）隧道底部隆起现象。在挖掘隧道底部时，洞底的围岩向上的压力消失，当没有仰拱支护体进行约束时，其膨胀压力会逐渐释放，导致洞底的岩层发生卸荷膨胀；由于隧道内部容易积水，洞底的土体由于吸水会进一步发生膨胀，就会导致严重的洞底隆起形变。
（五）衬砌的形变现象。在隧道的挖掘过程中，采用先做衬砌的拱部后做侧墙时，拱部衬砌完成之后围岩的压力和膨胀作用，会导致拱脚向内移动，当其受力不均并下沉时，拱脚的支撑作用力会变大，最终形成向上扭曲的形变身子发生折断现象。
三、膨胀性围岩的隧道施工的防护措施
（一）对围岩的压力和流变进行精细测量。在膨胀性围岩中进行隧道挖掘，不仅要在施工前对其特性和规模进行调研，参考其它类似工程实例，按照其设计文件中的技术要求进行技术规范，而且在施工的过程中要对围岩压力和流变进行精细的测量和分析。另外，还要探明地下水的分布情况，分析地下水对隧道施工产生影响的程度，然后根据围岩的动态采取匹配的施工措施。
（二）施工方法要合理。由于膨胀性隧道围岩中的压力会对围岩和支护衬砌的结构产生影响，为保证隧道的稳定性以及施工过程中的安全性，就一定要采取科学合理的施工方式。1、使用短台阶法或者中央导坑法进行挖掘。使用这种方法进行挖掘时，开挖的部分应该加以控制，在开挖后立即对围岩采取约束措施，利用拱架式的栅栏进行支护。当膨胀压力很大时，应该在隧道的底部设置锚杆并在隧道的顶部斜向顶入锚杆或小导管，形成一种闭合的环路。打设斜向锚杆时，要按照公路隧道施工技术规范严格控制锚杆的倾斜角度、锚杆长度、锚杆间的距离。2、采用钢纤维混凝土喷射混凝土层。为提高喷层的抗拉、抗剪能力，应该采用钢纤维混凝土。衬砌的拱部应该与侧墙同时施工，仰拱应该在前期快速完成，另外仰拱和侧墙的连接处最好做成圆弧形状。当围岩的压力很大、形变难以控制时，就应该在上台阶或者中央导坑的底部建筑临时的混凝土仰拱进行支撑，等到形变不在继续时，开始对下步台阶进行施工。在施工过程中，为减少对围岩的扰动和水的浸湿干扰，就应该采取无爆破的掘进方法，例如采用掘进机、液压镐等设备进行挖掘。在挖掘过程中，要缩短围岩的暴露时间，并及时的进行衬砌支撑，以免产生严重的围岩膨胀变形。
（三）加强支撑设备的设置。1、在膨胀性围岩处挖掘隧道时，要尽早喷射混凝土进行支护。2、当围岩的膨胀压力比较大的时候，可以根据工程的实际情况和围岩的形变程度，采用不同类型的型钢、钢管或者钢筋格栅进行支撑。3、采用木支撑或钢木混合支撑时，要将其间距缩短，用模板或钢板和楔子填塞支撑围岩；上导坑和拱部扩大的支撑之间要预留一些沉落空间。4、在拱圈进行灌注之后，拱脚部分要及时设置强度比较大的横撑，来缓冲两侧围岩向隧道内部产生的挤压形变。
总结：在对膨胀性围岩进行隧道施工时，要根据工程的不同实际情况，分析围岩的特性，选择具有可操作性、保证安全并能够充分利用机械和人工效率的施工方法。在对隧道施工方案进行制定之前，应该对以往的类似工程实例进行分析，吸收其中好的经验教训，对其中的失误进行规避，这样才能减少工程中的失误，并提高方案的可行性和科学性，从而提高整个工程的稳定性和安全性。在施工过程中，相关人员仍让要根据实际情况中的条件变化不断的、及时的调整实施方案，从而最大化的保证工程质量。
参考文献
[1]刘海蛟.浅谈膨胀性围岩对隧道施工的影响[J].科学之友，2010，11：71-72.
[2]鲁得文.高速公路膨胀性泥岩隧道施工技术研究[D].兰州交通大学，2013.
[3]崔炳伟.断层带膨胀性软岩隧道变形特性研究[D].重庆大学，2012.
[4]徐钦键.膨胀性土质隧道变形破坏模式与防治对策研究[D].山东大学，2013.
作者简介
牙韩元（1991年1月-），男，壮族，籍贯：广西河池。西南交通大学峨眉校区土木工程系在读本科生。