[科普中国]-膨胀性软岩

膨胀性软岩以围岩的吸水膨胀性变形为主，围岩的峰后剪胀变形或峰后蠕变（剪胀蠕变）是碎胀型软岩变形的主要原因。至此，对软岩巷道围岩变形的物理化学过程有了全面正确的认识，以此为基础，发展了我国软岩巷道支护理论和技术。

简介膨胀性软岩，围岩变形以岩石的吸水膨胀性变形为主，支护对象主要是膨胀性变形，支护的首要任务是防水、治水，将潮湿空气与围岩隔离开来，防止围岩风化、潮解，减少岩体强度的降低。对于这类软岩，支护的阻力并不是一定要很大，如若治水得当，松动圈又不大，软岩也能转化为较易支护的围岩。

我国煤矿膨胀性软岩较多，粘土矿物成分以蒙脱石、高岭石、伊利石为主；岩石的强度低，空隙度大，吸水膨胀性强。对于这类软岩，首要的任务就是防治水，防止围岩的风化潮解。一方面要尽量减小围岩的吸水膨胀性变形压力，另一方面要尽量保持围岩的强度不丧失。水的问题解决了，支护就容易多了1。

膨胀性软岩的鉴别膨胀性软岩的鉴别：利用仪器分析测定岩石的矿物成分和膨胀性，岩石干燥饱和吸水率等指标。现场简易鉴别方法：将新鲜岩块放入水中，浸泡24h。如果无任何变化，没有膨胀性；如果岩块裂成小块，具有弱膨胀性；若分解为小粒，则具有较强的膨胀性；如果崩解成泥，将具有极强的膨胀性。

隧道内膨胀性软岩地段施工在膨胀性软岩区域进行隧道施工，由于围岩遇水发生膨胀崩解，会产生一定的膨胀应力和膨胀变形，将给隧道工程带来极大的危害，给隧道施工带来极大的难度。为此，对膨胀性软岩特性进行分析和研究并制定相应的对策，对于膨胀性软岩隧道施工十分重要2。

膨胀性软岩特性分析1.岩体含水率增加会导致岩体膨胀变形，应加强对地下水入渗补给条件的调查。

2.岩石遇水浸泡后迅速开裂崩体，致使岩石饱和抗压强度迅速减小，给隧道防水施工带来难度。

3.岩石遇水发生膨胀崩体会产住一定的膨胀压力和膨胀变形，所以对隧道支护的质量提出更高的要求2。

膨胀性软岩地段施工方案膨胀性软岩地段隧道施工，应首先进行岩石遇水后的最大膨胀压力和最大自由膨胀量的测定，针对这一情况采取相应的措施。并根据检测结果检算支护所须提供的抗力，来选择应采取何种支护参数。为此，采用如下技术方案：

1.加强闽古位移变形量测

在各个工序施工过程中，应加强对围岩位移变形进行量测，成立专门的量测小组，24小时随时监测围岩变形情况。并测定围岩的膨胀压力和膨胀量，将量测结果记录并及时汇总。分析，上报有关部，便于及时正确决策施工方案。

2.预注浆加固、止水

全断面采用深孔预注浆进行围岩加固，并起到止水的目的，使具有膨胀特性的岩体处于固结封闭状态，并防止地下水浸蚀渗透作用，增加岩体的强度。预注浆深度应不小于10m，间距根据试验测出的扩散半径确定。

根据膨胀特性的大小，也可将深孔预注浆改为超前小导管注浆来加固止水。

3.超短台阶法施工

通过膨胀软岩地段应采取超短台阶法进行施工。一是为了防止膨胀变形量太大，不能及时进行临时支护控制围岩变形；二是以便及时封闭围岩防止被水浸泡。三是便于排水。

4.排水系统施工

开挖完成后应首先于开挖面拱脚及边墙脚部位素喷砼3—5cm，封闭围岩，防止与水接触。于隧道底部挖集水坑，及时将水抽出洞外，防止围岩被水浸泡。

5.初期支护

由于围岩的膨胀特性，对隧道初期支护质量提出了更高的要求，所以应该从初期支护的各个环节予以加强。

（1）系统锚杆施工

由于膨胀软岩的特殊性质，若采用普通粘结型砂浆锚杆施工，钻孔后易坍孔锚杆很难安装，而且不易保证注浆质量。为此选用集钻、锚、注一体化的自进式锚杆施工。自进式锚杆具有适合隧道狭窄空间工作、锚固长度大、注浆压力高，可对锚杆周围的岩层节理裂缝进行填充和加固的特点，适应于软弱膨胀围岩地段的施工。

白进式锚杆长度取4—6m，纵向间距0.6m，环向间距1.0m。

（2）喷砼钢架支护

为了增加临近支护的整体刚度，在喷射砼前设置可缩式U型钢架，间距0.6m，与系统锚杆焊接牢固。并采用喷射钢纤维砼，以提高砼的强度，厚度15cm。

6.二次衬砌

临时支护完成后，应及早施作仰拱砼，尽早形成封闭结构，确保隧道整体稳定。同时根据围岩位移量测资料，待隧道围岩变形稳定后，应及时进行二次衬砌。

由于膨胀性软岩多分布于含煤地层中，二次衬砌应采用全封闭的气密性钢筋砼。

为了加强衬砌结构的防渗效果，在初期支护与二次衬砌之间设置全封闭的防水板，同时应在施工缝中设置止水带，并刷深界面粘结剂（止水浆）。

7.回填注浆

衬砌过程中，预埋注浆管。待衬砌完成后，应及时进行衬砌背后回填注浆，防止水流通路。

在隧道膨胀软岩地段施工过程中，应始终加强洞内通风，以降低洞内湿度和温度，尽量控制膨胀围岩的含水率，从根本上解决隧道膨胀围岩施工难关3。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学