黄土偏压隧道洞口裂缝机理分析及工程应用

杨晓峰

（山西施宇公路工程质量检测有限公司，山西 大同 037000）

在黄土偏压地质区域开挖隧道一直是岩土行业的难题，尤其是近年来，为了带动区域经济发展和改善整体交通格局，国家公路规划网在西北黄土地区大规模开工建设公路隧道，期间出现了大量的黄土偏压隧道开挖工程难题，严重影响着各公路隧道的施工进度和安全生产建设，深入研究此类工程问题已迫在眉睫。

2011年4月10日，西北地区某黄土偏压隧道遇到工程难题，其进洞不足10 m的右洞洞口、掌子面、仰坡及边坡突然出现大面积裂缝，隧道安全受到威胁。

1 工程概况

该隧道按高速公路双向双车道设计，采用分离式方案。隧道穿越构造剥蚀中山区，地面海拔高程1 343.3~1 405.2 m，相对高差61.9 m，隧道最大埋深66.3 m，微地貌为基岩山梁、陡坎、冲沟缓坡，局部基岩裸露，隧道整体地形呈北高南低走势，属于典型的偏压隧道。

自2011年4月10日上午起，该隧道右线洞内、洞口仰坡、洞口边坡及洞顶附近等多处出现裂缝，局部裂缝宽度达到2 cm（见图1）。通过对隧道监控点进行量测，发现该隧道洞口断面24 h拱顶下沉值达到11.5 cm，且拱顶急剧下沉的趋势仍在继续。

考虑到监测数据反映拱顶仍有继续急速下降的趋势，为保证隧道现场施工安全，相关部门立即要求施工方停止施工，待采取有效措施控制拱顶急剧下降的趋势后方可继续施工，切实保证隧道安全。

图1 洞口附近裂缝现场图

2 机理分析

2.1 监控量测情况

通过对3月28日布设的位于隧道右洞口进尺2 m处的断面进行监测，持续观察其拱顶下沉和周边收敛变化趋势，得到测量数据见表1。

表1 右洞洞口断面拱顶沉降监测数据表

由表1数据可得拱顶沉降变化曲线见图2。

图2 右洞洞口断面拱顶沉降监测数据图

通过分析监控量测的拱顶下沉数据可知，该断面自3月28日布设起至4月9日，一直处于持续沉降状态，且沉降速度始终不大，属于正常沉降。而4月10日一天的沉降值达到11.51 cm，如果继续发展下去，洞口发生塌方的危险可能性越来越大。

2.2 根本原因

参考隧道前期地质勘查资料可知，隧址区穿过软弱地层，由于软弱围岩具有较大的塑性和流变性，隧道在施工过程中围岩的破坏方式、应力位移释放机理及支护方式与硬岩隧道相比有较大差别。软弱围岩在开挖后自承能力较低，对隧道围岩稳定性有较大影响，隧道所处地质条件本身不利于隧道的稳定，这也是隧道洞口发生大面积裂缝的根本原因。

2.3 直接原因

现场考察得知，隧道洞口附近50~250 m范围内最近一周时间内持续有挖孔桩爆破施工作业，爆破作业一旦发生，洞口附近可明显感觉到震感。考虑爆破作业一般在白天进行，与4月10日白天发生的拱顶急剧下降时间基本相符。

由此分析可知，由于受到最近一周时间内的爆破累积扰动影响，洞口附近的岩土体发生周期性疲劳破坏，而4月10日当天仍在进行的爆破作业对洞口附近岩土体进一步扰动，直接导致该洞洞内、仰坡、边坡、洞顶土体等发生大面积破坏，整个土体边坡发生楔形滑移，继续发展下去，将直接导致洞口大面积塌方的产生。

3 处治措施

结合裂缝原因分析和《公路隧道设计规范》[4]，制定以下处治措施：

3.1 停止洞口附近爆破作业

由于洞口附近的爆破作业是引起洞口大面积裂缝的直接原因，为保证隧道施工安全，相关部门立即停止了洞口附近200 m范围内的所有爆破作业。

3.2 停止施工加强观测

洞口附近的裂缝和监测发现的拱顶急剧沉降数据表明，隧道洞口附近围岩仍在发生持续变化，为保证施工安全，相关部门立即要求现场停止施工，监控量测部门加强观测。

3.3 有效处理裂缝

为防止雨雪通过裂缝渗入隧道围岩中，引发更大变形和隐患，对于已经开裂的裂缝，全部进行有效喷浆回填，对于现场发现的喷浆薄弱区域，采取加厚喷浆处理。

3.4 隧道成环

经过4月11日停工监测发现，采取前3个措施后，隧道变形趋于稳定，为了保证隧道的安全施工，相关部门立即开始对洞口段进行仰拱施工，尽早成环以提高隧道自身的自稳能力。

4 工程效果及总结

根据后续的监控量测数据反映，采取以上措施后，洞口变形被有效控制，4月11日—4月15日拱顶日均沉降约为3.5 mm，属于正常沉降，截止到4月22日，隧道现场已开始向前继续开挖，该断面拱顶沉降已趋于稳定，洞口附近未发现新生裂缝，该工程问题被有效解决。