黃土偏壓隧道洞口裂縫機(jī)理分析及工程應(yīng)用

楊曉峰

（山西施宇公路工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，山西 大同 037000）

在黃土偏壓地質(zhì)區(qū)域開(kāi)挖隧道一直是巖土行業(yè)的難題，尤其是近年來(lái)，為了帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改善整體交通格局，國(guó)家公路規(guī)劃網(wǎng)在西北黃土地區(qū)大規(guī)模開(kāi)工建設(shè)公路隧道，期間出現(xiàn)了大量的黃土偏壓隧道開(kāi)挖工程難題，嚴(yán)重影響著各公路隧道的施工進(jìn)度和安全生產(chǎn)建設(shè)，深入研究此類(lèi)工程問(wèn)題已迫在眉睫。

2011年4月10日，西北地區(qū)某黃土偏壓隧道遇到工程難題，其進(jìn)洞不足10 m的右洞洞口、掌子面、仰坡及邊坡突然出現(xiàn)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(chē)道設(shè)計(jì)，采用分離式方案。隧道穿越構(gòu)造剝蝕中山區(qū)，地面海拔高程1 343.3~1 405.2 m，相對(duì)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(shì)，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(nèi)、洞口仰坡、洞口邊坡及洞頂附近等多處出現(xiàn)裂縫，局部裂縫寬度達(dá)到2 cm（見(jiàn)圖1）。通過(guò)對(duì)隧道監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，發(fā)現(xiàn)該隧道洞口斷面24 h拱頂下沉值達(dá)到11.5 cm，且拱頂急劇下沉的趨勢(shì)仍在繼續(xù)。

考慮到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映拱頂仍有繼續(xù)急速下降的趨勢(shì)，為保證隧道現(xiàn)場(chǎng)施工安全，相關(guān)部門(mén)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(shì)后方可繼續(xù)施工，切實(shí)保證隧道安全。

圖1 洞口附近裂縫現(xiàn)場(chǎng)圖

2 機(jī)理分析

2.1 監(jiān)控量測(cè)情況

通過(guò)對(duì)3月28日布設(shè)的位于隧道右洞口進(jìn)尺2 m處的斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，持續(xù)觀察其拱頂下沉和周邊收斂變化趨勢(shì)，得到測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 右洞洞口斷面拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

由表1數(shù)據(jù)可得拱頂沉降變化曲線見(jiàn)圖2。

圖2 右洞洞口斷面拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖

通過(guò)分析監(jiān)控量測(cè)的拱頂下沉數(shù)據(jù)可知，該斷面自3月28日布設(shè)起至4月9日，一直處于持續(xù)沉降狀態(tài)，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(dá)到11.51 cm，如果繼續(xù)發(fā)展下去，洞口發(fā)生塌方的危險(xiǎn)可能性越來(lái)越大。

2.2 根本原因

參考隧道前期地質(zhì)勘查資料可知，隧址區(qū)穿過(guò)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(guò)程中圍巖的破壞方式、應(yīng)力位移釋放機(jī)理及支護(hù)方式與硬巖隧道相比有較大差別。軟弱圍巖在開(kāi)挖后自承能力較低，對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性有較大影響，隧道所處地質(zhì)條件本身不利于隧道的穩(wěn)定，這也是隧道洞口發(fā)生大面積裂縫的根本原因。

2.3 直接原因

現(xiàn)場(chǎng)考察得知，隧道洞口附近50~250 m范圍內(nèi)最近一周時(shí)間內(nèi)持續(xù)有挖孔樁爆破施工作業(yè)，爆破作業(yè)一旦發(fā)生，洞口附近可明顯感覺(jué)到震感?？紤]爆破作業(yè)一般在白天進(jìn)行，與4月10日白天發(fā)生的拱頂急劇下降時(shí)間基本相符。

由此分析可知，由于受到最近一周時(shí)間內(nèi)的爆破累積擾動(dòng)影響，洞口附近的巖土體發(fā)生周期性疲勞破壞，而4月10日當(dāng)天仍在進(jìn)行的爆破作業(yè)對(duì)洞口附近巖土體進(jìn)一步擾動(dòng)，直接導(dǎo)致該洞洞內(nèi)、仰坡、邊坡、洞頂土體等發(fā)生大面積破壞，整個(gè)土體邊坡發(fā)生楔形滑移，繼續(xù)發(fā)展下去，將直接導(dǎo)致洞口大面積塌方的產(chǎn)生。

3 處治措施

結(jié)合裂縫原因分析和《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]，制定以下處治措施：

3.1 停止洞口附近爆破作業(yè)

由于洞口附近的爆破作業(yè)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(guān)部門(mén)立即停止了洞口附近200 m范圍內(nèi)的所有爆破作業(yè)。

3.2 停止施工加強(qiáng)觀測(cè)

洞口附近的裂縫和監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的拱頂急劇沉降數(shù)據(jù)表明，隧道洞口附近圍巖仍在發(fā)生持續(xù)變化，為保證施工安全，相關(guān)部門(mén)立即要求現(xiàn)場(chǎng)停止施工，監(jiān)控量測(cè)部門(mén)加強(qiáng)觀測(cè)。

3.3 有效處理裂縫

為防止雨雪通過(guò)裂縫滲入隧道圍巖中，引發(fā)更大變形和隱患，對(duì)于已經(jīng)開(kāi)裂的裂縫，全部進(jìn)行有效噴漿回填，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的噴漿薄弱區(qū)域，采取加厚噴漿處理。

3.4 隧道成環(huán)

經(jīng)過(guò)4月11日停工監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，采取前3個(gè)措施后，隧道變形趨于穩(wěn)定，為了保證隧道的安全施工，相關(guān)部門(mén)立即開(kāi)始對(duì)洞口段進(jìn)行仰拱施工，盡早成環(huán)以提高隧道自身的自穩(wěn)能力。

4 工程效果及總結(jié)

根據(jù)后續(xù)的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)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(xiàn)場(chǎng)已開(kāi)始向前繼續(xù)開(kāi)挖，該斷面拱頂沉降已趨于穩(wěn)定，洞口附近未發(fā)現(xiàn)新生裂縫，該工程問(wèn)題被有效解決。