膨胀岩隧道病害问题在我国运营隧道中大量存在,导致的病害形式有开裂、渗漏水、掉块等,其中衬砌开裂是最为严重的一种,由于膨胀岩病害具有发展迅速、反复出现的特点,在膨胀力作用下,如果衬砌的抗裂能力不足,衬砌出现开裂时,裂缝极易发生失稳扩展,进而降低隧道支护结构的承载力,给隧道运营带来极大安全隐患,断层泥类膨胀岩病害属于膨胀岩的一种特殊情况,其导致的病害的分布与断层的厚度、走向与倾向紧密相关,因此呈现病害局部密集的现象。本文依托某在役公路隧道的膨胀岩病害整治项目,对膨胀岩隧道的衬砌受力情况进行分析,在此基础上,开展膨胀力作用下的裂纹扩展分析。主要工作如下:(1)调查统计了国内16座膨胀岩隧道的病害情况,对膨胀岩隧道病害的病害类型、分布规律、开裂情况及治理措施进行统计;(2)针对二次衬砌开裂这一主要病害形式,对其开裂的类型和特点,裂缝的分布规律和开裂的危害等进行分析;(3)对依托工程的病害情况和原因作简要阐述说明,在病害严重段进行现场观测、钻孔取芯及病害推演,根据现场病害检测结果,取典型断面建立有限元模型,对隧道开挖后在地下水影响下的膨胀岩膨胀范围进行模拟,在确定膨胀范围的基础上,建立隧址区病害研究段三维有限元模型,重点研究在膨胀岩区域内不同增湿幅度下的围岩、支护的力学响应规律,确定在膨胀力作用下的支护薄弱区;(4)基于混凝土断裂力学理论,运用扩展有限元方法,对研究段典型断面二衬的开裂扩展机理进行分析,主要从初始裂纹的所处位置、形态(深度、角度)、锚杆缺失和裂纹的组合等方面入手,建立不同位置、深度、角度,不同支护方式和不同组合形式的数值计算模型,研究纵向裂缝在膨胀力作用下的开裂形式、特征参数及开裂路径等,并将模拟结果与现场检测实际裂缝情况进行对比;(5)根据膨胀岩作用下二次衬砌的受力特征和开裂情况,制定相应的病害整治措施,并对整治措施进行安全评价分析。