在我国,从古生代的寒武纪一直到新生代的第三纪,几乎每个时代都有石膏或者硬石膏的沉积。这些石膏或者硬石膏往往与其他碳酸盐岩沉积共生,形成含有石膏或者硬石膏的岩类,在本文中将这类岩石称为石膏质岩。在自然状况下,这类石膏质岩往往具有一定的强度,表面上具有较好的工程性质,但遇水之后石膏质岩中的石膏和硬石膏容易溶解,产生硫酸根离子,侵蚀混凝土,硬石膏遇水水化成石膏,产生体积膨胀,而且这类岩石受水影响之后强度性质变差。正是由于石膏质岩这些特殊的工程性质,当建设中的隧道通过赋存有该类岩石地层的时候,如果缺乏对石膏质岩性质的了解,往往会疏忽其对隧道工程可能产生的病害,给隧道建设和运营带来隐患。因此,本文对宜巴高速路凉水井隧道建设中遇到的该类石膏质岩进行了详细的工程性质研究,以加深对该类岩石性质的了解,指导工程实践活动,具有一定的工程意义。本文在收集研究区地层沉积资料、石膏质岩隧道病害特征等工作的基础上,通过X射线-衍射矿物鉴定试验、离子色谱分析试验、电镜扫描试验、岩石重塑样膨胀试验、溶蚀及溶出特性试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验、硫酸盐对混凝土侵蚀试验等试验手段研究石膏质岩的矿物组成成分、石膏质岩的微观结构、硬石膏的水化膨胀性质、石膏质岩的溶蚀及溶出特性、溶出的硫酸根离子浓度、石膏质岩不同含水状态及干湿循环后强度性质等,定性的分析这些性质对隧道工程的危害。并在所得到的溶出试验数据的基础上,通过硫酸盐外部及内部侵蚀混凝土试验,模拟石膏质岩对隧道混凝土结构侵蚀劣化情况。通过以上的关于石膏质岩工程性质的研究,取得了以下成果：(1)通过对区域地质资料的分析及现场工程地质调查,掌握了研究区石膏质岩的成因环境及层位分布特征,了解了研究区石膏质岩的赋存状态。利用X-矿物衍射试验、化学全分析试验,并结合石膏质岩水化程度分析试验,掌握了研究区石膏质岩化学及矿物成分,并有效的鉴定了研究区石膏质岩中包含的矿物成份及石膏和硬石膏在石膏质岩中各自所占的比例。(2)通过对石膏质岩粉末重塑样进行的膨胀性试验,研究了石膏质岩的膨胀性质,得出了石膏质岩重塑样遇水产生一定的膨胀变形及膨胀力。试验中测定的膨胀率能达到6%,并且膨胀率的大小与重塑样的初始于密度有关。膨胀力能够达到572kPa～824kPa的级别,并且膨胀力的大小随着重塑样的初始干密度的增大而增大、随着吸水率的增大而增大。结合其他资料及石膏质岩的性质,总结了石膏质岩的膨胀受环境湿度、围岩的应力状态、石膏质岩中硬石膏的含量及结构特征等几个方面因素的影响。石膏质岩吸水膨胀,将产生侧向变形,对隧道混凝土衬砌结构产生的挤压作用增强,导致混凝土结构局部应力集中,会产生结构破坏,影响混凝土结构的耐久性,对隧道产生一定的工程危害。(3)石膏质岩溶蚀及溶出试验表明,石膏质岩在静水环境中机械潜蚀与化学溶解作用同时存在,但是起主要作用的是化学溶解,静态溶蚀存在溶解平衡,溶蚀量先增加后稳定。在动水环境中起主要作用的是机械溶蚀,溶蚀后试样质量会持续降低,最终破坏了石膏质岩的整体结构。对动态溶蚀而言,对溶蚀速度起控制性作用的就是溶蚀时间长短、石膏质岩与水接触面积大小及水流的流速。不同酸碱条件及离子成分的溶液环境,也影响石膏质岩的溶蚀作用,偏酸性环境下石膏质岩溶蚀作用将会更大。温度会影响石膏质岩在溶液中的溶解度,从而影响石膏质岩的溶蚀量及溶蚀速率。石膏质岩溶蚀后溶出大量的硫酸根离子,溶蚀90天后离子浓度可达到1530mg/L,具有中等腐蚀性。通过扫描电镜观察石膏质岩溶蚀前后微观结构,可见溶蚀前石膏质岩的微观晶面完整、纹路良好、晶面之间联系紧密,溶蚀后晶格之间的物质被溶解掉,晶面间空隙增大,晶体边缘也变成了毛边状、刀削状,节理面不再明显。自然环境中石膏质岩与水接触可能发生静态溶蚀,也可能发生动态溶蚀,但是无论哪种溶蚀,石膏质岩都会溶出大量的硫酸根离子于水溶液中,使地下水具有腐蚀性,随着渗流运动,会长期接触隧道衬砌结构,对混凝土及支护结构中某些钢构件产生腐蚀,造成工程病害。同时由于溶蚀作用,石膏质岩被水流冲蚀带走,会对隧道围岩产生一定的掏空作用,将会对隧道路面基础及支护结构产生危害。(4)通过强度试验表明石膏质岩强度较低,属于软岩,强度指标随含水率变化十分敏感,遇水软化显著。石膏质岩单轴抗压强度各项指标随含水率变化十分敏感,抗压强度、弹性模量、变形模量都随着含水率的增高,都呈现下降的趋势。泊松比则随着含水率的增大而近似呈现增大的趋势。干湿循环作用对石膏质岩力学性质劣化明显。石膏质岩试样的抗压强度、弹性模量及变形模量随着干湿循环次数的增加而不断降低,泊松比随着干湿循环次数的增加而整体增大。石膏质岩的三轴压缩试验结果曲线表明,石膏质岩存在压硬性,岩样的弹性模量和屈服强度随着围压的增大而增大。随着围压的增大,石膏质岩变形特性由低围压下的脆性向高围压下的延性转变,饱和状态下这种延性的主应力及围压转化节点为18MPa和8MPa,相比于干燥状况下的59MPa及15MPa有很大程度的降低。通过对比石膏质岩饱水前后的强度指标,发现在饱水后内摩擦角的大小被削弱了42.6%,粘聚力的大小被削弱了53.97%,这是因为水不仅降低了石膏质岩分子间的吸引力,同时也降低了石膏质岩颗粒间的嵌入及联锁作用造成的。石膏质岩的泊松比和弹性模量都随着围压的增大而增大。但在同一级围压下,饱水状态下石膏质岩的泊松比比干燥状态的大,弹性模量比干燥状态的要小。通过对石膏质岩强度性质的试验研究,认为该类岩石遇水后软化显著,变形增大、强度降低,并且含水率越高,浸水软化的影响愈严重,从而影响隧道围岩的稳定性,对隧道建设不利,工程开挖中应结合工程特点和要求,采取加强支护和及时衬砌等工程措施。(5)通过室内硫酸盐侵蚀混凝土试验,模拟了石膏质岩对隧道混凝土的劣化作用。无论是石膏质岩溶出的硫酸根离子对混凝土的外部腐蚀、还是石膏质岩误作为混凝土骨料对混凝土的内部腐蚀,石膏成分都会与混凝土材料发生一系列的物理化学反应,最终使混凝土结构膨胀、强度降低、性能劣化。在分析试验数据的基础上,完成了防止硫酸盐侵蚀的高性能混凝土配合比设计工作。外部硫酸盐侵蚀混凝土试验：以石膏质岩饱和溶液、Na2SO4溶液、酸性环境的Na2SO4溶液作为侵蚀溶液,研究砂浆和混凝土试样在上述溶液作用下的强度与质量变化规律,结果表明混凝土试块在后两种溶液中发生侵蚀破坏,浸泡在饱和石膏质岩水溶液中试块的强度变化不大,说明在静止溶液中饱和石膏水的侵蚀能力有限,需要较长时间才能出现侵蚀危害。但在复杂的现场环境下,这种侵蚀可能会加速。内部硫酸盐侵蚀混凝土试验：通过水泥净浆、水泥砂浆、碎石混凝土试验表明石膏质岩无论作为块体埋入水泥砂浆石块中,还是作为混凝土粗、细集料掺入水泥砂浆及碎石混凝土中都使试块产生膨胀破坏,破坏程度都随着掺量的增加而增大,石膏质岩作为细集料对混凝土的膨胀率和强度的影响更大。无论以上哪种侵蚀,石膏成分都会与混凝土结构成分发生物理化学反应,电镜可见砂浆、混凝土试块内部生成钙矾石的状况,尤其是在石膏质岩作为集料时,其表面的钙矾石生成量很大,直接对骨料接触面造成破坏,对混凝土强度造成不良影响。根据硫酸盐侵蚀混凝土试验结果,提出了防止硫酸盐侵蚀的高性能混凝土配比方案,研究了隧道二次衬砌防水混凝土的原材料品种、配合比设计方案及配制技术要求,并应采用加强混凝土强度等级、提高其防裂、抗渗与抗硫酸盐侵蚀性能的材料措施。(6)根据现场调查及试验研究,总结石膏质岩对隧道工程建设可能产生的危害如下：石膏质岩水化膨胀危害,石膏质岩遇水体积膨胀,产生侧向膨胀力,对隧道混凝土衬砌结构挤压作用增强,导致混凝土结构局部应力集中,会导致结构破坏,影响混凝土结构的耐久性。石膏质岩遇水软化危害,石膏质岩遇水后软化特征显著,强度降低,变形增大,在地应力作用下塑性变形将会更加明显,从而对隧道围岩稳定性产生很大的影响。石膏质岩溶蚀及溶出危害,石膏质岩易溶蚀,加之隧道拱部及边墙常常成为地下水流经廊道,石膏质岩体受水流机械潜蚀作用,易被掏空,所以隧道顶部衬砌支护将会产生滴水、漏水现象,同时由于石膏质岩被溶蚀后,围岩体结构遭到破坏,强度降低,导致隧道围岩稳定性降低。石膏质岩溶蚀后溶出大量的酸根离子于地下水中,对隧道混凝土具有中等腐蚀性,长期腐蚀隧道混凝土支护结构,会导致初期支护的混凝土强度逐渐劣化,并最终失去承载能力,造成病害。石膏质岩误作为混凝土骨料危害,采用石膏质岩或者含石膏质岩的骨料,配制混凝土或混凝土接触到它们时,骨料表面的石膏矿物将参与水泥的水化反应,与水泥中的铝酸钙、铁铝酸钙矿物反应或与水化形成的的水化铝酸钙或单硫型的水化硫铝酸钙(AFm)继续反应,生成膨胀性物质三硫型水化硫铝酸钙(AFt),当骨料—浆体界面的膨胀应力达到一定程度时会使混凝土开裂,因此降低了混凝土强度,造成病害,这是石膏质岩作为混凝土骨料产生的一种硫酸盐侵蚀危害。(7)隧道穿越石膏质地层时,将产生诸多病害。鉴于石膏质岩对隧道工程产生病害原因的复杂性、复合性,文章最后从隧道的勘察、设计施工以及隧道的后期运营维护三个方面对此类隧道建设提出一些意见与建议,以指导工程实践。