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膨胀岩土隧道施工方案1. 引言隧道工程是一项复杂而又具有挑战性的工程，而膨胀岩土隧道的施工则更加困难。
本文将介绍膨胀岩土隧道施工的方案和策略，目的是确保施工的安全、高效和可持续。
2. 隧道勘察与设计在膨胀岩土地质条件下，隧道的勘察和设计是非常关键的步骤。
在勘察阶段，需要对地层的岩土特性进行详细的调查和分析，包括岩石的强度、膨胀性以及地下水位等因素。
在设计阶段，应根据岩土的特性和预计的膨胀情况，选择合适的支护结构和施工方法。
3.1 预压法预压法是膨胀岩土隧道施工中常用的方法之一。
首先，在隧道掘进前，需进行一定厚度的预压施工，以抵抗岩土膨胀产生的压力。
通常采用的预压方法包括人工预压、地下水预压和机械预压等。
预压法能够有效地减少岩土膨胀引起的变形和破坏。
3.2 冻结法冻结法是另一种常用的膨胀岩土隧道施工方法。
该方法通过注入冷却液体或导热管道，将岩土冷却至低温以抑制膨胀。
冻结法不仅可减少岩土膨胀带来的变形，还能够提高隧道施工的稳定性和安全性。
钢支撑法是对膨胀岩土隧道进行支护的常用方法之一。
通过安装钢支撑结构，可以有效地提高隧道的抗压能力和刚度，减少岩土膨胀和滑动造成的损害。
在钢支撑的选择和设计过程中，需要考虑岩土的膨胀性质和支护结构的稳定性。
4. 施工控制4.1 岩土监测在膨胀岩土隧道施工过程中，岩土的变形和膨胀是主要的风险因素。
因此，必须对岩土进行监测。
常用的监测方法包括测量隧道的收敛变形、地表下沉、岩土位移等。
通过实时监测和分析，可以及时发现和解决问题，确保施工的安全性和可控性。
4.2 施工技术膨胀岩土隧道施工需要精确的施工技术和方法。
在掘进过程中，需要使用合适的机械设备和工具，确保隧道的准确掘进和支护。
此外，施工人员应具备丰富的经验和技术知识，能够应对突发状况并采取相应的措施。
5. 施工安全膨胀岩土隧道施工存在一定的风险，因此施工安全是至关重要的。
在施工过程中，应严格遵守相关的安全规定和操作规程，使用符合标准的安全设备和防护措施。
膨胀岩的施工技术及处理摘要：本文在对膨胀岩特性的研究的基础上，总结了膨胀岩隧道施工的原则，分析了膨胀岩隧道施工要点及主要技术。
关键词：膨胀岩；施工；衬砌；技术；处理1 前言膨胀岩问题是当今工程地质学和岩石力学领域中较复杂的世界性研究课题之一。
膨胀岩的膨胀取决于两方面因素，一是内因：主要包括岩石成分（矿物成分、化学成分和粒度）、天然含水量和湿度状况、胶结程度等三种，这些决定了膨胀岩膨胀能力和膨胀潜势的大小；二是外因：工程活动造成膨胀岩的水分得失和内应力、强度变化等，它决定了膨胀岩的实际膨胀程度。
很明显，工程活动过程中，膨胀岩产生膨胀的外部条件都不可避免地得到了不同程度的满足。
岩土膨胀的实质是由所含粘土矿物的亲水性造成的。
膨胀岩是指土中黏土矿物成分主要由亲水性矿物组成，同时具有吸水显著膨胀软化和失水收缩硬裂两种特性，2 膨胀岩的特性、判别和分类2.1 膨胀岩的特性（1）多裂隙性：膨胀岩中发育有各种形态的裂隙，使土体具有多裂隙性。
（2）超固结性：未经卸荷作用而处于原始状态的膨胀岩是稳定的，同时在水的作用下，膨胀岩大多具有原始地层的超固结特性，在岩体中储存较高的初始应力。
膨胀性岩层在开挖前，岩体没有受到扰动并处于三向受力状态，保持着空间平衡。
由于隧道开挖对膨胀岩体产生扰动，破坏了原有平衡，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。
同时，施工中不可避免地产生水与膨胀岩的接触，引起了膨胀岩化学状态的改变，使得内部应力变化、强度降低现象进一步加剧，使围岩产生变形破坏。
（3）干缩湿胀性：膨胀岩裂隙发育，裂隙多充填灰白、灰绿色等富含蒙脱石的物质。
这些亲水性粘土矿物，因吸水而膨胀，失水而收缩。
干湿循环产生的胀缩效应：一是使岩体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大；二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或是收缩压力，都将破坏围岩的稳定性，并对支护结构产生较大的荷载。
2.2 膨胀岩的判别和分类膨胀岩的判别目前还没有统一的标准，国内外大多采用反映膨胀性能的指标来进行判别。
膨胀岩隧道施工技术什么是膨胀岩隧道？膨胀岩是指在土工、岩石力学领域中，因含有有机物、铁等成分和一些过程所致，其体积在吸水或冻融过程中能够显著变化的粘土、泥盆岩、砂泥岩、泥岩等岩石。
膨胀岩隧道简单来说，就是开挖隧道时遇到膨胀岩情况的隧道。
膨胀岩隧道施工的挑战膨胀岩隧道施工相较于普通隧道施工并不简单，主要有以下几个挑战：1.岩体不稳定：由于膨胀岩的体积变化，岩体的稳定性并不强，稍有不慎就可能引发岩体滑坡、坍塌等不安全情况。
2.锚固力度不足：膨胀岩锚固力度不足，可能出现锚杆松动等情况。
3.掘进进度缓慢：由于膨胀岩的存在，掘进进度往往会缓慢，需要采取相应措施以保障工程的进展。
膨胀岩隧道施工技术针对膨胀岩隧道的施工挑战，目前已经有比较成熟的解决方案和相应的施工技术。
预处理技术在开始施工前，首先要对膨胀岩进行预处理，主要有以下几种方法：1.治理膨胀岩体：对膨胀岩体进行治理，如水泥灌浆、钢筋网加固等手段，以加强其稳定性。
2.降低岩体含水量：采用降低地下水位、排水井等措施，降低岩体含水量。
这些预处理措施主要是为了增强膨胀岩的抵抗力和稳定性，从而为后续的掘进提供充足的基础。
钻掘爆破技术在预处理完毕后，可以采用钻掘爆破技术，快速开挖膨胀岩隧道，主要步骤如下：1.钻孔：在膨胀岩体内进行钻孔，在控制好爆破半径的前提下，提高爆破效率。
2.放炮：根据实际情况合理放置炸药，保证爆破效果最大化。
3.清炮：清理爆炸后形成的碎石，及时排出隧道。
钻掘爆破技术相比于传统的掘进技术有着明显的优势，在施工时可以快速完成预定工程进度。
涂层防护技术在采用钻掘爆破技术时，隧道衬砌表面会受到一定的磨损。
涂层防护技术能有效减轻隧道衬砌表面的磨损，延长其使用寿命，主要步骤如下：1.表面清理：清理隧道衬砌表面的灰尘和杂物。
2.喷涂底漆：喷涂油底漆或防护底漆在隧道表面。
3.喷涂面漆：最后喷涂表面漆，使表面达到防护、美化的效果。
涂层防护技术可以有效保护隧道衬砌表面不受损坏，从而提高了隧道的整体使用寿命。
膨胀性围岩隧道施工方案1.概述在膨胀性地层中开挖隧道、巷道或地下洞室，常常可以见到围岩因开掘而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象，使设置在膨胀性围岩中的隧道或地下洞室的洞壁发生位移，导致围岩失稳，衬砌破坏。
膨胀性围岩的基本特征，归纳起来表现在以下三个方面。
1.1围岩的应力比高。
即P0/Ra，P0—地应力，Ra—围岩的抗压强度。
由于膨胀性围岩是有原始地层的超固结特性，使围岩中储存有较高的初始应力，当隧道或地下洞室开掘后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸载膨胀，因此围岩常常具有明显的塑性流变特征，开掘后将产生较大的塑性变形。
1.3胀缩效应的力学特性。
膨胀围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，岩体干湿循环产生胀缩效应。
一是使围岩体结构破坏，由块间联结变为裂隙结合，甚至成为散结构，强度完全丧失，导致围岩压力增大；二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩应力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀产生的膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。
2．施工方法膨胀性围岩隧道施工，首先查明膨胀产生的原因，测定围岩贮存的应力大来确定相应的施工方法及支护参数。
膨胀性围岩的施工原则为“加固围岩，改善洞形，先柔后刚，先放后抗，变形留够，底部加强”24字方针。
2.1加固围岩。
加固围岩最有效的措施是支护的锚杆，锚杆长度应大于塑性半径。
锚杆长度越长，支护效果愈好，但锚杆太长时，工程造价加大，施工难度高，且局部锚杆强度难以充分发挥；而锚杆太短则加固围岩效果不好。
当锚杆长度大于塑性区厚度时，可抑制塑性区围岩的承载力，并把塑性区围岩同弹性区稳定围岩连接起来。
此时锚杆两端相对位移较大，使锚杆充分受拉，从而提高锚杆对围岩径向支护的作用；反之当锚杆长度小于塑性区时，即全位于塑性区内，锚杆将随着围岩整体移动，围岩仍有剪切滑移破坏的可能，锚杆两端相对位移较小，削减锚杆对围岩的支护作用。
锚杆长度应大于塑性区厚度。
（L1/L2=K=2/3，L1—围岩塑性区厚度，L2—锚杆长度），围岩塑性区通过岩石力学的卡斯特纳公式，即多点位移计和声波测式法对围岩松动范围来确定塑性区。
隧道右线膨胀岩地段施工技术摘要：本文介绍了隧道右线膨胀性围岩的开挖方法、支护措施、工序衔接、循环进尺及施工注意事项等，为类似隧道施工积累了经验。
关键词：隧道；膨胀岩；施工；技术Right line of Lot swelling rock tunnel construction technologyZhang ZaixiAbstract: This paper describes the expansion of the right line of rock tunnel excavation method, support measures, processes of convergence, loop footage and construction precautions for similar tunnel construction accumulated experience.Keywords: tunnel;Swelling rock;Construction;Technology一、工程概况1、线路简介隧道设计为两座单线隧道，长20050m，线间距40m，线路坡度主要为11‰的单面下坡，隧道洞身最大埋深1100m左右。
2、气象特征施工现场海拔高（2900～3600m），气温寒冷，日温差大，阴雨风雪冰雹天气多变，冰冻时间长。
年平均气温-0.1～5.1℃，属中温带干旱气候区，春季多风，少雨干旱；夏无酷热，降水增多；秋季凉爽，降温较快；冬季寒冷，干旱少雪。
绝对最高气温28.1～34.7℃，最低气温-29.0～-30.6℃；冻结深度138～200cm。
3、水文地质隧道右线进口段为中等富水区第三系膨胀性泥岩段。
泥岩，浅红色，主要由亲水性矿物蒙脱石组成，其蒙脱石含量17.53～22.54%，阳离子交换量CEC140.7～212.2mmol/kg，泥质胶结，岩质软弱，自由膨胀率约42.98%，中厚层状，裂隙发育，自稳能力差，开挖后拱墙易掉块，易软化、风化和崩解。
膨胀性泥岩隧道钻爆法快速施工技术
发表时间：2019-06-11T15:43:28.303Z 来源：《建筑模拟》2019年第15期作者：梁金星
[导读] 通过对膨胀性泥岩隧道钻爆法施工技术的研究，吕合一号隧道月进度达到66米/月，比西南地区地质复杂隧道的月进度指标42.5米加快了23.5米/月，进度加快后极大的降低了项目管理费、机械设备租赁费等大宗成本。
梁金星
中交一公局桥隧工程有限公司
摘要：目前国内外对于对于“滇中红层”地质构造下隧道施工的施工方法的研究不多，由于特殊的地质构造，围岩等级低，遇水膨胀，失水收缩，围岩整体性不完整，打设炮眼成孔率低，不利于钻爆法施工，开挖方法基本上是机械开挖，施工进度慢，通过对膨胀性泥岩隧道钻爆法施工技术改善研究，在吕合一号隧道的施工中取得了显著效益，可以进一步推广应用。
关键词：滇中红层；膨胀性泥岩；泥浆护壁技术；环形开挖预留核心土
1.技术特点
吕合一号隧道道位于云南省楚雄至大理段著名的“滇中红层”区段，由薄-中厚层状泥岩、砂岩等组成，一般呈互层状产出，生结构特征其一是红层多为泥岩、泥岩砂岩互层，层与层之间的层面结合力差，当岩体解除约束力，出现临空面时，极易顺层面解体滑落，这是红层成岩过程中就形成的薄弱环节。
其二是红层软岩岩体的亲水性强、透水性弱，在水的作用下易软化、塑变，吸水后岩体膨胀，失水后岩体收缩，易崩解，抗风化能力弱，整体性差等特性。
基于此地质构造施工隧道，研究了本技术，特点主要有：
（1）充分发挥了钻爆法较机械+人工在“滇中红层”地质构造下隧道施工中的快速优势，减少了机械及人员的投入，缩短工期并缩减了施工成本，施工质量得到保障。
（2）改进了传统炮孔钻设时使用压力水的施工工艺，采用适合“滇中红层”地质构造下施工隧道的新的炮孔钻设工艺——稀释的黏土泥浆冷却造壁技术。
（3）专业技术人员编制炮孔定位程序，利用仪器设备精准的测量炮孔位置，确保了爆破设计的严谨施工，改善钻爆施工隧道的超欠挖，减少了喷射混凝土的损耗，有效的控制了施工成本。
（4）设计出适合此地质条件下的爆破方案，在环形导坑处实现了光面爆破技术，提高了施工生产效率，保障了隧道施工安全生产。
2.工艺原理
2.1 “滇中红层”V级围岩岩性分析
膨胀性围岩是有原始地层的超固结特性，围岩中储存有较高的初始应力，当隧道掌子面裸漏出来后，会引起围岩应力释放，围岩膨胀崩解，变形明显。
围岩的膨胀性主要表现在吸水膨胀，失水收缩，岩体的整体性急剧变差，隧道打设炮眼成孔率低，钻爆施工不能实现。
在施工中采取钻爆施工，钻孔时需要使用大量的水，而水是膨胀围岩发生膨胀的外因。
因此，膨胀围岩尽量对钻孔用水量进行控制，保证炮孔质量，不出现塌孔、堵孔现象。
2.2 隧道掘进工艺选择
在“滇中红层”区段施工隧道，传统的施工工艺采用机械开挖配合人工整修，效率低、劳动强度大。
在保证、强化安全生产的前提下，隧道施工将原方案由机械掘进改为钻爆掘进能更高效的提高生产效率，节约生产成本，由三台阶法改为环形开挖预留核心土法。
2.3 精确控制炮孔布设
为保证光面爆破效果与质量，一个重要因素就是能够按照爆破方案确定的炮孔间距精确控制炮孔布设，更好地保证开挖线形，减少隧道爆破超欠挖，采用编程好的 BJSD-3激光隧道断面仪定位炮孔的放样方法，在钻孔前在开挖面将炮孔用激光一一定位并用醒目的红漆标记，确保钻孔位置准确，炮眼实际布置严格按照爆破方案实施。
2.4 爆破方案确定
针对环形上导坑临空面小的特点，多设置掏槽孔，多创造临空面，减小岩体爆破挟制作用，提高爆破效果及炸药利用率。
对周边孔孔径增大，增大炮孔与药卷的不耦合系数，减小爆破应力波及爆轰高压气体对预留光面的破坏，将“滇中红层”地质极软岩中炮孔痕迹保存率由30%提升到60%，有效的控制超欠挖，保证了隧道线型控制质量，减少了渣土运输量及喷射混凝土超方，只此一项便大大减少了施工费用。
（1）光面爆破参数
光面爆破是利用不耦合装药减小开挖轮廓线光爆层的扰动从而产生光面。
要使炸药在孔内爆炸而光爆层不被破坏，不使药卷直接接触周边眼的外侧，应使炮孔压力低于周边眼岩壁抗压强度，而高于其抗拉强度，“滇中红层”这种特殊岩层，围岩等级低，整体性差，围岩节理面多，不耦合系数选用2；周边眼的炮孔间距E一般取炮孔直径的8～15倍，在节理裂隙比较发育的岩石中，选用E=40cm；最小抵抗线W 一般它应大于或等于光面炮孔间距，选用60cm。
光面爆破周边眼采用细药卷，起爆顺序为有临空面的先起爆临空面处的孔，无临空面的先起爆掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆周边孔、底孔，底板孔应该装粗药卷组，以克服岩体挟制作用。
（2）炮孔深度
根据吕合一号隧道设计要求，V级围岩循环进尺为1榀0.6米，所以炮孔深度设计如下：
掏槽孔深度：L=l/η+0.2=0.6/0.85+0.2=0.9米，
其中：l—每循环计划进尺数，取0.6米；
η—炮孔利用率，一般不低于0.85；
周边孔、辅助孔深度计算：L=l/η=0.6/0.85=0.7米；
（3）炮孔布置：环形开挖预留核心土工法，掌子面的临空面狭小，数量少的掏槽眼爆破时，围岩的挟制效应明显，爆破效果差。
所以根据环形开挖的施工技术特点对炮孔布置进行了特殊的设计，①部环形导坑处多设掏槽眼，主动创造临空面，共设计5处掏槽孔，掏槽孔采用楔形掏槽，克服临空面狭小带来的挟制作用，减少同时起爆用药量对围岩的振动破坏，爆破顺序为：毫秒雷管1段→3段→7段。
②部、③
部、④部、⑤部、⑥部（不采用光面爆破）、⑦部的爆破顺序。
图环形开挖预留核心土炮孔布置图
（4）装药结构及起爆方式
装药结构：采用反向爆破装药方式，周边孔用小直径药卷连续装药。
起爆药包装于孔底，雷管的聚能穴朝向孔口的反向起爆。
反向起爆提高了爆炸应力波的作用，使得传导到临空面（或结构面）处的反射应力波在爆轰波产生的纵向裂缝处得到拉伸增益效果，利于岩石破碎；增长了应力波的动压和爆轰气体静压的作用时间；增大了孔底的爆破作用。
通过反向起爆，提高了炮孔利用率，减小岩石的块度，降低炸药消耗量和改善爆破作业的安全条件及运输条件。
堵塞方式：所有装药炮孔用炮泥堵塞，炮孔堵塞长度为炮孔未装药长度。
起爆方式：光面爆破用电雷管引发导爆管雷管起爆，起爆网路采用簇联法。
2.5 优化炮孔施工工艺
泥浆护壁技术的应用。
传统炮孔钻设工艺大多采用压力空气、压力水配合凿岩机钻孔，对于“滇中红层”这种特殊地质构造不适用。
由于“滇中红层”中褶皱、断层节理非常发育，膨胀岩层遇水极易崩解、掉块，使用压力水容易浸泡岩体，造成炮孔坍塌、岩体碎块堵孔，炮孔不圆顺，爆破时不圆顺处应力集中，使得爆破破坏面没有沿着相邻炮孔连线的理想面断裂，尤其对周边孔的影响极大，光爆效果不佳，不利于对隧道超欠挖的控制。
针对此一问题，我们研制出了适合“滇中红层”这种特殊地质构造下新的钻孔施工工艺——黏土泥浆护壁技术。
这种技术是将黏土、膨润土和聚合物泥浆造浆挤掺合到隧道施工中使用的高压水池内，水池内安装的泥浆搅拌机充分搅拌均匀，控制其出口粘度在25～35 s内，将搅拌好的黏土泥浆通过高压水池连接水管与凿岩机连接，为防止泥浆压力不足及在水管内沉淀等问题，在高压水管的中间合适位置加设增压水泵，高压黏土泥浆作用在凿岩机上，与高压空气一起提供转动动力，并在钻孔的过程中冷却钻头，凿岩机钻头的离心力作用下，将黏土泥浆甩到炮孔周围，泥浆对炮孔周围的裂隙、节理面等突变位置进行填充作用，防止了炮孔塌孔、堵孔的危害，并起到了护壁及圆润炮孔的作用，炸药爆破时爆轰气体及冲击波就不会从软弱的裂隙、节理处集中释放，从而避免产生不利的爆破效果。
通过泥浆护壁技术的应用，有效的改善了吕合一号隧道膨胀性泥岩地质构造下钻爆施工的效果。
3.关键工序泥浆制备的操作要点
1 在隧道顶压力水箱内配制黏土泥浆，泥浆原料采用黏土、膨润土和聚合物泥浆造浆挤掺合，在水箱上架设搅拌设备。
2 经过现场多次实验，黏土、膨润土和聚合物与水的质量比约为0.2：0.1：0.05：1，按照这个配合比就能配制出粘度在25～35 s内的泥浆。
将泥浆配制好贮存于水箱内，待钻孔使用泥浆时，水箱上的搅拌设备将不间断搅动泥浆，防止泥浆沉淀，直到钻孔结束不使用泥浆为止。
并在泥浆管路上接设接力增压水泵，起到增加泥浆压力与防止泥浆沉淀的作用。
3 为保证泥浆的流动性，在每个钻孔循环施工前，我们都对泥浆的流动度进行现场检验。
如果泥浆流动度太大，浆液太稀，则不利于炮孔周边的制造护壁效果，容易造成炮孔塌孔、堵孔，需在水箱中加入适量的黏土、膨润土和聚合物。
如果泥浆流动度太小，浆液太稠，则不利于泥浆在管路中的输送，容易堵塞泥浆管路，此时在水箱中加入适量的水。
4.结束语
通过对膨胀性泥岩隧道钻爆法施工技术的研究，吕合一号隧道月进度达到66米/月，比西南地区地质复杂隧道的月进度指标42.5米加快了23.5米/月，进度加快后极大的降低了项目管理费、机械设备租赁费等大宗成本。
在“滇中红层”地质构造下隧道施工中研究了与之匹配的钻爆法施工，并且严格控制隧道的超欠挖，施工过程中质量可控、安全稳妥、进度加快，完美的解决了吕合一号隧道施工速度慢、质量差、成本高的难题，为同类型工程施工提供了实践经验。
参考文献：
［1］张云鹏.《爆破工程》.冶金工业出版社.2011年8月
［2］中华人民共和国交通运输部发布《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）.人民交通出版社.2009年9月。
