膨脹土系指土中粘土礦物成分主要由親水性礦物組成，同時(shí)具有吸水顯著(zhù)膨脹軟化和失水收縮硬裂兩種特性，且具有濕脹干縮往復變形的高塑性粘性土。決定膨脹性的親水礦物主要是蒙脫石粘土礦物。

　　我國是世界上膨脹土分布面積最廣的國家之一�，F已發(fā)現有膨脹土發(fā)育的地區達20余個(gè)省、市、自治區，遍及西南、西北、東北、長(cháng)江與黃河中下游及東南沿海地區。其中主要有：云南、貴州、四川、湖北、安徽、廣東、廣西、陜西、山西、河南、山東和河北等省區分布是十分廣泛的。

　　一、膨脹土圍巖的特性隧道穿過(guò)膨脹土地層，隧道開(kāi)挖后不久，常�？梢砸�(jiàn)到圍巖因開(kāi)挖而產(chǎn)生變形，或者因浸水而膨脹，或因風(fēng)化而開(kāi)裂等現象。

　　使坑道的頂部及兩側向內擠入，底部鼓起，隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)導致圍巖失穩，支撐、襯砌變形和破壞。這些現象說(shuō)明膨脹土圍巖性質(zhì)是極其復雜的。它與一般土質(zhì)的圍巖性質(zhì)有著(zhù)根本的區別。

　　膨脹土圍巖的基本特性，主要有以下三方面：

　�。�1）膨脹土圍巖大多具有原始地層的超固結特性，使土體中儲存有較高的初始應力。當隧道開(kāi)挖后，引起圍巖應力釋放，強度降低，產(chǎn)生卸荷膨脹。因此，膨脹土圍巖常常具有明顯的塑性流變特性，開(kāi)挖后將產(chǎn)生較大的塑性變形。

　�。�2）膨脹土中發(fā)育有各種形態(tài)的裂隙，形成土體的多裂隙性。膨脹土圍巖實(shí)際上是土塊與各種裂隙和結構面相互組合形成的膨脹土體。由于膨脹土體在天然原始狀態(tài)下具有高強度特性，隧道開(kāi)挖后洞壁土體失去邊界支撐而產(chǎn)生脹縮，同時(shí)因風(fēng)干脫水使原生隱裂隙張弛，使圍巖強度急劇衰減。因此，隧道施工開(kāi)挖過(guò)程中，常有初期圍巖變形大，發(fā)展速度快等現象。

　�。�3）膨脹土圍巖因吸水而膨脹，失水而收縮，土體中干濕循環(huán)產(chǎn)生脹縮效應。一是使土體結構破壞，強度衰減或喪失，圍巖壓力增大。二是造成圍巖應力變化，無(wú)論膨脹壓力或收縮壓力，都將破壞圍巖的穩定性，特別是膨脹壓力將對增大圍巖壓力起疊加作用。

　　二、膨脹土圍巖對隧道施工的危害

　　由于膨脹土圍巖的特殊工程地質(zhì)性質(zhì)及其圍巖壓力特性，使膨脹土的隧道圍巖具有普遍開(kāi)裂、內擠、坍塌和膨脹等變形現象。膨脹土隧道圍巖變形常具有速度快、破壞性大、延續時(shí)間長(cháng)和整治較困難等特點(diǎn)。施工中常見(jiàn)的幾種情況，簡(jiǎn)述如下：

　�。�1）圍巖裂縫：隧道開(kāi)挖后，由于開(kāi)挖面上土體原始應力釋放產(chǎn)生脹裂；另外，因為表層土體風(fēng)干而脫水，產(chǎn)生收縮裂縫。同時(shí)，兩種因素都可以使土中原生隱裂隙張開(kāi)擴大。沿圍巖周邊產(chǎn)生裂縫，尤其在拱部圍巖容易產(chǎn)生張拉裂縫與上述裂縫貫通，形成局部變形區。

　�。�2）坑道下沉：由于坑道下部膨脹土體的承載力較低，加之上部圍巖壓力過(guò)大，而產(chǎn)生坑道下沉變形�？拥赖南鲁�，往往造成支撐變形、失效，進(jìn)而引起土體坍塌等現象。

　�。�3）圍巖膨脹突出和坍塌：膨脹土開(kāi)挖過(guò)程中或開(kāi)挖后，圍巖產(chǎn)生膨脹土變形，周邊土體向洞內膨脹突出，開(kāi)挖斷面縮小。在土體喪失支撐或支撐力不夠的狀態(tài)下，由于圍巖壓力和膨脹壓力的綜合作用，使土體產(chǎn)生局部破壞，由裂縫發(fā)展到出現溜塌，然后逐漸牽引周?chē)�土體連續破壞，形成坍塌。

　�。�4）底鼓：隧道底部開(kāi)挖后，洞底圍巖的上部壓力解除，又無(wú)支護體約束的條件下，由于應力釋放，洞底圍巖產(chǎn)生卸荷膨脹；加之坑道積水，使洞底圍巖產(chǎn)生浸水膨脹。因而造成洞底圍巖鼓出變形。

　�。�5）襯砌變形和破壞：在先拱后墻法施工中，拱部襯砌完成后至開(kāi)挖馬口的這段時(shí)間，由于圍巖和膨脹壓力，常常產(chǎn)生拱腳內移，同時(shí)發(fā)生不均勻下沉，拱腳支撐受力大，發(fā)扭曲、變形或折斷。拱頂受擠壓下沉，也有向上凸起。拱頂外緣經(jīng)常出現縱向貫通拉裂縫，而拱頂內緣出現擠裂、脫皮、掉塊現象。在拱腰部位出現縱向裂縫，這些裂縫有時(shí)可發(fā)展到張開(kāi)、錯臺。當采用直墻時(shí)，邊墻常受膨脹側壓而開(kāi)裂，甚至張開(kāi)、錯臺，少數曲墻也有出現水平裂縫的情況。當底部未做仰拱或僅做一般鋪底時(shí)，有時(shí)會(huì )出現底部鼓起，鋪底被破壞。

　　三、膨脹土圍巖的隧道施工要點(diǎn)

　�。ㄒ唬┘訌娬{查、量測圍巖的壓力和流變在膨脹土地層中開(kāi)挖隧道，除了認真實(shí)施設計文件所提出的技術(shù)要求外，在施工過(guò)程中應對圍巖壓力及其流變情況進(jìn)行充分的調查和量測，分析其變化規律。對地下水亦應探明分布范圍及規律，了解水對施工的影響程度，以便根據圍巖動(dòng)態(tài)采取相應的施工措施。如原設計難以適應圍巖動(dòng)態(tài)情況，也可據此作適當修正。

　�。ǘ�）合理選擇施工方法膨脹土隧道圍巖壓力的施工效應，是導致隧道變形病害的主要原因。采用合理的施工方法，對隧道的穩定性有著(zhù)十分重要的作用。因此，在施工中應以盡量減少對圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)和防止水的浸濕為原則，所以宜采用無(wú)爆破掘進(jìn)法。如采用掘進(jìn)機、風(fēng)鎬、液壓鎬等開(kāi)挖。在開(kāi)挖過(guò)程中盡可能縮短圍巖暴露時(shí)間，并及時(shí)襯砌，以盡快恢復洞壁因土體開(kāi)挖而解除的部分圍巖應力，減少?lài)鷰r膨脹變形。開(kāi)挖方法宜不分部或少分部，多采用正臺階法、側壁導坑法和“眼鏡法”。正臺階法適用于跨度小的隧道，它分部少相互干擾小，且能較早地使支護（襯砌）閉合。側壁導坑法和“眼鏡法”較適用于跨度較大的隧道，它具有防止上半斷面支護（襯砌）下沉的優(yōu)點(diǎn)，但全斷面閉合時(shí)間較遲，必須注意防止邊墻混凝土受壓向隧道內擠。

　�。ㄈ�）防止圍巖濕度變化隧道開(kāi)挖后，膨脹土圍巖風(fēng)干脫水或浸水，都將引起圍巖體積變化，產(chǎn)生脹縮效應。

　　因此，隧道開(kāi)挖后及時(shí)噴射混凝土，封閉和支護圍巖。在有地下水滲流的隧道，應采取切斷水源并加強洞壁與坑道防、排水措施，防止施工積水對圍巖的浸濕等。如局部滲流，可采用注漿堵水阻止地下水進(jìn)入坑道或浸濕圍巖。

　�。ㄋ模┖侠磉M(jìn)行圍巖支護膨脹土圍巖支護必須適應圍巖的膨脹特性。在施工時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：

　�。�1）噴錨支護，穩定圍巖。噴錨支護作為開(kāi)挖膨脹土圍巖的施工支護，可以加強圍巖的自承能力，允許有一定的變形而又不失穩。采用噴錨支護，應緊跟開(kāi)挖必要時(shí)在噴射混凝土的同時(shí)，采用鋼筋網(wǎng)。也可采用鋼纖維混凝土提高噴層的抗拉和抗剪能力。當膨脹壓力很大時(shí)，可用錨噴及鋼架或格柵聯(lián)合支護，在隧道底部打設錨桿，也可以在隧道頂部打入超前錨桿或小導管支護。膨脹土圍巖隧道的支護，盡可能使其在開(kāi)挖面周壁上迅速閉合。如果是臺階開(kāi)挖，可在上半部開(kāi)挖后盡快作出半部閉合，使圍巖盡早受到約束。

　　總之，不論采用哪一種類(lèi)型的支護，都必須根據工程實(shí)際情況及圍巖變形狀態(tài)而定。

　�。�2）襯砌結構及早閉合。膨脹土圍巖隧道開(kāi)挖后，圍巖向內擠壓變形一般是在四周同時(shí)發(fā)生，所以施工時(shí)要求隧道襯砌及早封閉。從理論上講，拱部、邊墻及仰拱宜整體完成，襯砌受力條件最好。但受施工條件的限制往往難以實(shí)現。因此，在灌筑拱圈部分時(shí)，應在上臺階的底部先設置臨時(shí)混凝土仰拱或噴射混凝土作臨時(shí)仰拱，以使拱圈在邊墻、仰拱未完成前，自身形成臨時(shí)封閉結構。然后當進(jìn)行下部臺階施工時(shí)，再拆除臨時(shí)仰拱，并盡快灌筑永久性仰拱。