膨胀性土压导致隧道变异的监控量测分析

张双

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳110000）

膨胀性土压引起的严重的隧道变异通常表观病害较为明显，并且变形是不可逆的。一般特征是围岩位移和土压随时间长期增加，对隧道衬砌及路面等结构的破坏力是巨大的。随着隧道运营养护市场的逐步发展，这种病害引起的隧道安全隐患更应该加强重视。为此，本文从监控量测角度分析膨胀性土压作用下，隧道结构的各种趋势状态及分析要点。

1 工程概况

该隧道位于长深高速公路凌源境内，所在区域属暖温带半湿润半干旱大陆季风气候，年平均气温8.2℃，无霜期164 天，年平均降雨量487mm，6 月中旬至8 月下旬平均降雨量320mm，占全年降雨量的60～70%。

2 膨胀性土压引起隧道变异

由于该隧道周围岩体存在膨胀性岩土，在遇水作用下，使得隧道周围的应力状态发生改变，隧道周边产生的塑性区变大，荷载增加，致使隧道承载能力不足，结构变异。

隧道变异病害主要体现在侧墙水及拱腰水平开裂并伴有变形等表观病害、拱顶压溃、剪切错台、路面隆起并伴有检修道变形。

3 变形监测及分析

3.1 测点布置

在每个衬砌变形监测断面设置4 个观测点，AB 为拱腰横向间距测点、CD 为底脚横向间距测点（图1）。

图1

图2

图3

图4

图5

3.2 监测数据分析

对变形显著的隧道断面进行进行监测，监测结果发现典型断面（98、99 板衬砌断面）拱脚相对距离有内缩现象，最大内缩量达到10mm，并且随时间增加，内缩增加。

在2018 年8 月雨量为近几年最大降水量。通过图2、3 可以发现，该时间段中隧道衬砌拱脚间距的变形速率较其他时间段斜率增大。

通过图4 中同一断面拱腰和拱脚间距对比可知，该断面拱腰间距处于扩张趋势，而拱脚间距处于收缩趋势。

进一步可知，同一座隧道，在处于膨胀性围岩土压作用下，并不一定是所有衬砌拱脚发生扩张、拱腰发生收缩现象。

对该隧道进行维修加固施工过程中，要注意临时支撑与防护。由于原结构破坏外加施工扰动，会对衬砌拱脚及拱腰间距产生不利影响，图5 为施工期间某典型断面监测曲线。

由图可知，在施工期间，拱脚间距陡增11mm。需要增加临时支撑，确保施工安全。

4 结论

膨胀性土压会对隧道结构产生影响。若隧道在土压应力作用下由弹性区变为塑性区，则破坏变形会随时间的增长而一直增加，并且这种破坏是不可逆破坏。膨胀性土压破坏在雨量充沛的雨季尤为显著。若对由膨胀性土压导致破坏的隧道进行加固处理，应尽量回避雨季，做好防水措施，并进行临时支护。本文详细介绍了长深高速公路凌源境内一座底鼓隧道的变形监控量测过程，能为同类型隧道监控量测提供参考依据。