黃土偏壓隧道洞口裂縫機理分析及工程應用

楊曉峰

（山西施宇公路工程質量檢測有限公司，山西 大同 037000）

在黃土偏壓地質區域開挖隧道一直是巖土行業的難題，尤其是近年來，為了帶動區域經濟發展和改善整體交通格局，國家公路規劃網在西北黃土地區大規模開工建設公路隧道，期間出現了大量的黃土偏壓隧道開挖工程難題，嚴重影響著各公路隧道的施工進度和安全生產建設，深入研究此類工程問題已迫在眉睫。

2011年4月10日，西北地區某黃土偏壓隧道遇到工程難題，其進洞不足10 m的右洞洞口、掌子面、仰坡及邊坡突然出現大面積裂縫，隧道安全受到威脅。

1 工程概況

該隧道按高速公路雙向雙車道設計，采用分離式方案。隧道穿越構造剝蝕中山區，地面海拔高程1 343.3~1 405.2 m，相對高差61.9 m，隧道最大埋深66.3 m，微地貌為基巖山梁、陡坎、沖溝緩坡，局部基巖裸露，隧道整體地形呈北高南低走勢，屬于典型的偏壓隧道。

自2011年4月10日上午起，該隧道右線洞內、洞口仰坡、洞口邊坡及洞頂附近等多處出現裂縫，局部裂縫寬度達到2 cm（見圖1）。通過對隧道監控點進行量測，發現該隧道洞口斷面24 h拱頂下沉值達到11.5 cm，且拱頂急劇下沉的趨勢仍在繼續。

考慮到監測數據反映拱頂仍有繼續急速下降的趨勢，為保證隧道現場施工安全，相關部門立即要求施工方停止施工，待采取有效措施控制拱頂急劇下降的趨勢后方可繼續施工，切實保證隧道安全。

圖1 洞口附近裂縫現場圖

2 機理分析

2.1 監控量測情況

通過對3月28日布設的位于隧道右洞口進尺2 m處的斷面進行監測，持續觀察其拱頂下沉和周邊收斂變化趨勢，得到測量數據見表1。

表1 右洞洞口斷面拱頂沉降監測數據表

由表1數據可得拱頂沉降變化曲線見圖2。

圖2 右洞洞口斷面拱頂沉降監測數據圖

通過分析監控量測的拱頂下沉數據可知，該斷面自3月28日布設起至4月9日，一直處于持續沉降狀態，且沉降速度始終不大，屬于正常沉降。而4月10日一天的沉降值達到11.51 cm，如果繼續發展下去，洞口發生塌方的危險可能性越來越大。

2.2 根本原因

參考隧道前期地質勘查資料可知，隧址區穿過軟弱地層，由于軟弱圍巖具有較大的塑性和流變性，隧道在施工過程中圍巖的破壞方式、應力位移釋放機理及支護方式與硬巖隧道相比有較大差別。軟弱圍巖在開挖后自承能力較低，對隧道圍巖穩定性有較大影響，隧道所處地質條件本身不利于隧道的穩定，這也是隧道洞口發生大面積裂縫的根本原因。

2.3 直接原因

現場考察得知，隧道洞口附近50~250 m范圍內最近一周時間內持續有挖孔樁爆破施工作業，爆破作業一旦發生，洞口附近可明顯感覺到震感。考慮爆破作業一般在白天進行，與4月10日白天發生的拱頂急劇下降時間基本相符。

由此分析可知，由于受到最近一周時間內的爆破累積擾動影響，洞口附近的巖土體發生周期性疲勞破壞，而4月10日當天仍在進行的爆破作業對洞口附近巖土體進一步擾動，直接導致該洞洞內、仰坡、邊坡、洞頂土體等發生大面積破壞，整個土體邊坡發生楔形滑移，繼續發展下去，將直接導致洞口大面積塌方的產生。

3 處治措施

結合裂縫原因分析和《公路隧道設計規范》[4]，制定以下處治措施：

3.1 停止洞口附近爆破作業

由于洞口附近的爆破作業是引起洞口大面積裂縫的直接原因，為保證隧道施工安全，相關部門立即停止了洞口附近200 m范圍內的所有爆破作業。

3.2 停止施工加強觀測

洞口附近的裂縫和監測發現的拱頂急劇沉降數據表明，隧道洞口附近圍巖仍在發生持續變化，為保證施工安全，相關部門立即要求現場停止施工，監控量測部門加強觀測。

3.3 有效處理裂縫

為防止雨雪通過裂縫滲入隧道圍巖中，引發更大變形和隱患，對于已經開裂的裂縫，全部進行有效噴漿回填，對于現場發現的噴漿薄弱區域，采取加厚噴漿處理。

3.4 隧道成環

經過4月11日停工監測發現，采取前3個措施后，隧道變形趨于穩定，為了保證隧道的安全施工，相關部門立即開始對洞口段進行仰拱施工，盡早成環以提高隧道自身的自穩能力。

4 工程效果及總結

根據后續的監控量測數據反映，采取以上措施后，洞口變形被有效控制，4月11日—4月15日拱頂日均沉降約為3.5 mm，屬于正常沉降，截止到4月22日，隧道現場已開始向前繼續開挖，該斷面拱頂沉降已趨于穩定，洞口附近未發現新生裂縫，該工程問題被有效解決。