膨胀土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，且具有湿胀干缩往复变形特征的高塑性黏性土。决定膨胀性的亲水矿物主要是蒙脱石黏土矿物。

1.膨胀土围岩的特性

穿过膨胀土地层的隧道施工时，常常可以见到开挖后不久围岩因开挖而产生变形，或者因浸水而膨胀，或者因风化而开裂等现象。坑道的顶部及两侧向内挤入，底部膨起，随着时间的延长，产生围岩失稳，支撑、衬砌变形和破坏。这些现象说明膨胀土围岩的性质是极其复杂的，与一般土质的围岩有着根本的区别。

膨胀土围岩主要有以下三方面的基本特性。

（1）膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，土体中储存有较高的初始应力。当隧道开挖后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸荷膨胀。因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特性，开挖后将产生较大的塑性变形。

（2）膨胀土中有各种形态的发育裂隙，土体具有多裂隙性。膨胀土围岩实际上是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的膨胀土体。由于膨胀土体在天然原始状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑而产生胀缩，同时因风干脱水，原生隐裂隙张弛，围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大、发展速度快等现象。

（3）膨胀土围岩因吸水而膨胀，因失水而收缩，土体干湿循环产生胀缩效应。一是使主体结构破坏，强度衰减或丧失，围岩压力增大；二是造成围岩应力变化，无论是膨胀压力还是收缩压力变化，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。

2.膨胀土围岩对隧道施工的危害

由于膨胀土围岩具有上述基本特征，施工中常出现下列几种情况。

（1）围岩裂缝：隧道开挖后，开挖面上主体原始应力释放会产生胀裂；另外，因为表层土体风干脱水，会产生收缩裂缝。同时，两种因素都可以使土中原生隐裂隙张开扩大，沿围岩周边产生裂缝，尤其是拱部围岩容易产生张拉裂缝，与上述裂缝贯通，形成局部变形区。

（2）坑道下沉：由于坑道下部膨胀土体的承载力较低，加之上部围岩压力过大，会产生坑道下沉变形。坑道下沉往往造成支撑变形、失效，进而引起主体坍塌等现象。

（3）围岩膨胀突出和坍塌：在膨胀土开挖过程中或开挖后，膨胀土围岩产生变形，周边土体向洞内膨胀突出，开挖断面缩小。在土体丧失支撑或支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体连续破坏，形成坍塌。

（4）底膨：隧道底部开挖后，洞底围岩的上部压力解除，在无支护体系约束的条件下，由于应力释放，洞底围岩产生卸荷膨胀；加之坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀，造成洞底围岩膨出变形。

（5）衬砌变形和破坏：采用先拱后墙法施工时，拱部衬砌完成后至开挖隧道两侧边墙部分的岩层这段时间，由于围岩和膨胀压力，常常产生拱脚内移，同时发生不均匀下沉，拱脚支撑受力大，发生扭曲、变形或折断，拱顶受挤压下沉，也有的向上凸起。拱顶外缘经常出现纵向贯通拉裂缝，而拱顶内缘出现挤裂、脱皮、掉块现象。在拱腰部位出现纵向裂缝，这些裂缝有时可发展到张开、错台。当采用直墙时，边墙常受膨胀侧压作用而开裂，甚至张开、错台，少数曲墙还会出现水平裂缝的情况。当底部未做仰拱或仅做一般铺底时，有时会出现底部膨起，铺底会被破坏。(www.daowen.com)

3.膨胀土围岩的隧道施工要点

（1）加强调查、量测围岩的压力和流变。

在膨胀土地层中开挖隧道，除了认真实施设计文件所提出的技术要求，在施工过程中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析变化规律。对地下水亦应探明分布范围及规律，了解地下水对施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。如原设计难以适应围岩动态情况，也可据此做适当修正。

（2）合理选择施工方法。

膨胀土围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因。采用合理的施工方法，对维持隧道的稳定性有着十分重要的作用。在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水浸湿为原则，宜采用无爆破掘进法，如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。

在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。开挖方法宜不分部或少分部，多采用正台阶法、侧壁导坑法。正台阶法适合用于跨度小的隧道，它分部少，相互干扰小，且能较早地使支护（衬砌）闭合；侧壁导坑法较适合用于跨度较大的隧道，具有防止上半断面支护（衬砌）下沉的优点，但全断面闭合时间较迟，必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤出。

（3）防止围岩湿度变化。

隧道开挖后，膨胀土围岩风干脱水或浸水都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应。因此，隧道开挖后应及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并改善洞壁与坑道防水、排水的措施，防止施工积水浸湿围岩等。如局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。

（4）合理进行围岩支护。

膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性，在施工时应注意以下两点。

①喷锚支护，稳定围岩。喷锚支护作为开挖膨胀土围岩的施工支护，可以加强围岩的自承能力，允许有一定的变形而又不失稳。采用喷锚支护，应紧跟开挖，必要时在喷射混凝土的同时采用钢筋网。也可采用钢纤维混凝土提高喷层的抗拉和抗剪能力。当膨胀压力很大时，可用喷锚及钢架或格栅联合支护，在隧道底部打设锚杆，也可以在隧道顶部打入超前锚杆或小导管支护。膨胀土围岩隧道的支护应尽可能在开挖面周壁上迅速闭合。如果采用台阶开挖，可在上半部开挖后尽快做半部闭合，使围岩尽早受到约束。总之，无论采用哪一类型的支护，都必须根据工程实际情况及围岩变形状态而定。

②衬砌结构及早闭合。膨胀土围岩隧道开挖后，围岩向内挤压变形一般在四周同时发生，所以施工时要求隧道衬砌及早封闭。从理论上讲，拱部、边墙及仰拱宜整体完成，这样衬砌受力条件较好，但受施工条件的限制往往难以实现。因此，在灌筑拱圈部分时，应在上台阶的底部先设置临时混凝土仰拱或喷射混凝土做临时仰拱，以使拱圈在边墙、仰拱未完成前自身形成临时封闭结构。然后当进行下部台阶施工时，再拆除临时仰拱，并尽快灌筑永久性仰拱。