周 鵬， 高金倉， 李 磊， 鄭 飛， 戴 勇

(1. 三門峽市國道三一零南移項(xiàng)目建設(shè)管理有限公司, 河南 三門峽 472000；2. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院, 湖南 長沙 410075)

0 引言

由于黃土的特殊工程性質(zhì)，隧道施工穿越黃土地層時，常伴隨有圍巖大變形現(xiàn)象。為確保施工安全，國內(nèi)部分學(xué)者對黃土隧道的變形機(jī)制和規(guī)律進(jìn)行了研究，例如： 賴金星等[1]通過水準(zhǔn)儀與收斂計，對大斷面黃土隧道的圍巖變形進(jìn)行了現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)圍巖變形隨時間的變化符合指數(shù)函數(shù)規(guī)律； 李波等[2]通過現(xiàn)場試驗(yàn)測試及數(shù)據(jù)分析，研究了大斷面黃土隧道開挖時5種不同試驗(yàn)工法下的支護(hù)力學(xué)特性和變形特征，并對其適用性作出了評價； 楊建民等[3]通過理論計算及現(xiàn)場實(shí)測，發(fā)現(xiàn)大斷面黃土隧道初期支護(hù)整體下沉大的主要原因之一是拱腳壓力較承載力大一個數(shù)量級； 趙東平等[4]統(tǒng)計分析了大斷面黃土隧道初期支護(hù)變形量，研究了大斷面黃土隧道變形規(guī)律及預(yù)留變形量的合理取值范圍； 張愛軍等[5]通過現(xiàn)場實(shí)測，獲得了近飽和黃土層隧道在三臺階七步開挖條件下的初期支護(hù)變形和應(yīng)力特征。

對于黃土隧道出現(xiàn)大變形，除了黃土的特殊工程性質(zhì)這一關(guān)鍵因素，地形的起伏變化也同樣起著重要作用。文獻(xiàn)[6-7]利用數(shù)值模擬手段，研究了隧道在通過淺埋或偏壓及溝谷地形條件下的初期支護(hù)受力及變形規(guī)律； 李龍福等[8]通過現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)值模擬，得出淺埋隧道穿越黃土沖溝不良地段時的地表位移規(guī)律及洞內(nèi)支護(hù)收斂特征。

以上文獻(xiàn)僅針對于富水、淺埋或偏壓等單特征黃土隧道進(jìn)行了研究，而對于穿越?jīng)_溝地形的偏壓、膨脹性黃土隧道的變形特征及處理措施的綜合研究目前鮮有報道。本文根據(jù)地坑院黃土隧道穿越陡坎地形、偏壓的受力特點(diǎn)，基于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)地分析了現(xiàn)場圍巖大變形段的橫、縱斷面的初期支護(hù)變形規(guī)律及影響因素，針對性地制定了相關(guān)控制措施，因此可為相關(guān)黃土隧道工程施工提供參考。

1 工程概況

國道310洛三界至豫陜界段南移新建工程地坑院隧道為雙向4車道分離式隧道，兩線凈距約32 m，起訖里程ZK89+660～ZK93+116(YK89+681～YK93+121)，設(shè)計車速80 km/h。

1.1 隧道工程地質(zhì)地形特征

1.1.1 地質(zhì)特征

隧道處于丘陵-黃土梁地貌，地形起伏較大，圍巖結(jié)構(gòu)松散、垂直節(jié)理發(fā)育，地表水易下滲。右線隧道出口段縱斷面如圖1所示，隧道出口段從上到下的地層依次為黃土狀粉土層(Ⅱ級濕陷性)、粉土層(土質(zhì)不均，黏粒含量較高)、粉質(zhì)黏土層(硬塑弱膠結(jié)，土質(zhì)均勻，質(zhì)地堅硬)。該區(qū)域內(nèi)地下水深度一般大于40 m，主要由大氣降水和地表水滲入補(bǔ)給。

K92+900斷面后開挖的圍巖主要為硬塑狀粉質(zhì)黏土，呈棕紅色，黏粒較多，含有黑色鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，局部含有少量鈣質(zhì)結(jié)核。根據(jù)勘察資料，該土體平均天然重度20.8 kN·m-3，含水率26.8%，孔隙比0.78，液限34.6%，塑限20.8%，塑性指數(shù)13.8。從右洞YK92+795斷面開挖典型土樣的XRD物性分析結(jié)果來看，圍巖以石英+長石為主要成分(占比62.5%～67.8%)，其中黏性礦物(蒙脫石+綠泥石+云母等)占比25.2%～26.7%，平均蒙脫石含量為17.38%，平均自由膨脹率為65.89%，屬于膨脹性土，具中等膨脹潛勢。

圖1右線隧道YK93+121～YK92+120出口段縱斷面

Fig. 1 Longitudinal cross-section of YK93+121～YK92+120 of right-line tunnel

1.1.2 地形特征

隧道出口段三維地形如圖2所示，隧道出口處至K92+675段埋深最大約為70 m； K92+850～+620段為偏壓段，右線地勢高于左線，也是隧道大變形較嚴(yán)重地段； K92+700～+620段為陡坎段，溝深10～25 m，溝內(nèi)植被茂盛，據(jù)查證，該陡坎段深溝是30年前滑坡所致，溝內(nèi)及周圍表層土體主要為碎石土及粉土，構(gòu)成了不穩(wěn)定的松散堆積體。

圖2 隧道出口段三維地形圖

圖3所示的K92+735處橫斷面為典型偏壓橫斷面，該位置左線受偏壓影響較大，埋深61.5 m，右線埋深70.6 m。如圖4所示，左線陡坎段溝底ZK92+665至隧頂?shù)纳疃葹?2.3 m，與ZK92+730斷面存在約12 m的埋深突變。

圖3 YK92+735處橫斷面位置關(guān)系

1.1.3 施工風(fēng)險

結(jié)合隧道地質(zhì)地形情況，可能存在的施工風(fēng)險有：

1)地表土層垂直節(jié)理發(fā)育，隧道開挖會形成一定的卸荷裂隙，節(jié)理面和裂隙往往會成為地下水滲流的通道[9]，特別是陡坎段易匯集地表水，導(dǎo)致圍巖遇水后膨脹，加劇隧道變形。

圖4 左線陡坎段縱剖面

2)隧道偏壓段左右線埋深相差較大，地壓不均，容易造成隧道施工時左右變形收斂差異。

3)隧道穿越陡坎段時，埋深迅速降低，在淺埋條件下，洞內(nèi)變形及地表沉降將難以控制； 加之上覆土體不穩(wěn)定，施工擾動嚴(yán)重時易發(fā)生塌方。

4)陡坎段的土層松散，受洞內(nèi)施工影響大。洞內(nèi)圍巖變形嚴(yán)重時，地表易產(chǎn)生裂縫，表層松散土易沿軟弱層位移，導(dǎo)致滑坡災(zāi)害。

1.2 隧道施工及支護(hù)設(shè)計

截至2019年6月15日，隧道掌子面開挖至ZK92+627和YK92+650，左線超前右線約25 m?，F(xiàn)場采用三臺階加臨時仰拱、CD法，但對隧道變形控制效果均不理想。

1.2.1 支護(hù)設(shè)計

隧道標(biāo)準(zhǔn)開挖斷面面積為103.58 m2。隧道原設(shè)計支護(hù)類型及參數(shù)見表1，其中，拱部(120°)錨桿長2.5 m，預(yù)留變形量20 cm，采用HRB400型φ22 mm主筋。

表1 原設(shè)計支護(hù)類型及參數(shù)

K92+750～+650段為大變形較嚴(yán)重地段，該段支護(hù)類型為H-V-C。后期由于現(xiàn)場初期支護(hù)收斂嚴(yán)重，對初期支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整： 1)預(yù)留沉降量調(diào)整為80 cm； 2)鋼拱架改為I22a，縱距50 cm； 3)設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，2根4 m長φ42 mm鎖腳小導(dǎo)管； 4)超前小導(dǎo)管180°打設(shè)，長3.5 m； 5)噴射混凝土厚28 cm。

1.2.2 施工工序

為加快施工進(jìn)度，K92+720以后仍采用三臺階法開挖，三臺階法施工橫斷面如圖5所示。其中，上臺階長度為6～8 m并預(yù)留核心土，中臺階長度為8～10 m，下臺階長度為8～10 m； 仰拱初期支護(hù)超前仰拱二次襯砌及仰拱回填6～12 m； 仰拱二次襯砌與仰拱回填超前拱墻二次襯砌施作6～12 m； 二次襯砌距掌子面距離不大于50 m。

圖5 三臺階法施工橫斷面

1.3 隧道變形破壞情況

自2017年10月開工以來，隧道出口段發(fā)生多次大變形導(dǎo)致的塌方事故，變形嚴(yán)重地段支護(hù)參數(shù)加強(qiáng)后，初期支護(hù)仍表現(xiàn)持續(xù)性應(yīng)力釋放，難以自穩(wěn)。

1.3.1 現(xiàn)場初期支護(hù)破壞情況

隧洞開挖過程中，已施作初期支護(hù)出現(xiàn)多處嚴(yán)重開裂、噴射混凝土剝落、鋼拱架扭曲等病害，地表產(chǎn)生多處裂縫，現(xiàn)場頻繁換拱(見圖6和圖7)。

(a) 鋼拱架嚴(yán)重扭曲

(b) 側(cè)墻初期支護(hù)開裂剝落

(a) 地表裂縫錯臺

(b) 換拱后新鋼架

1.3.2 大變形段初期支護(hù)換拱統(tǒng)計

當(dāng)初期支護(hù)侵入二次襯砌外輪廓線時，需進(jìn)行換拱處理，現(xiàn)場初期支護(hù)變形至需要換拱的周期一般為15～25 d。表2示出了右線典型大變形段(YK92+750.0～+650.0)換拱情況及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)。典型大變形段位于隧道偏壓段及陡坎段，從現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，越靠近溝谷段，圍巖變形收斂值越大，由變形導(dǎo)致的襯砌破壞越嚴(yán)重。圖8示出左線陡坎段ZK92+670～+710的初期支護(hù)最終變形量變化曲線。由圖8可知初期支護(hù)變形量與陡坎段隧道埋深有顯著相關(guān)性，表現(xiàn)為埋深越小，初期支護(hù)整體變形越大，且拱頂沉降增速加大，變形量也逼近周邊收斂變形值。這可能是因?yàn)樵浇咏鼫系?，隧道上覆土體應(yīng)力越集中，且溝底松散堆積體堆積厚度越大，導(dǎo)致洞內(nèi)變形加劇。

表2 右線大變形段信息統(tǒng)計

圖8左線陡坎段斷面初期支護(hù)變形量與埋深關(guān)系

Fig. 8 Relationship between deformation of primary support and burial depth on steep section of left line

2 圍巖變形監(jiān)測

2.1 橫斷面初期支護(hù)變形

2.1.1 YK92+710斷面變形監(jiān)測

右線典型斷面YK92+710埋深約65 m，經(jīng)過1次換拱，該斷面施工事件統(tǒng)計信息見表3。

表3 YK92+710斷面監(jiān)測期內(nèi)施工事件統(tǒng)計

圖9示出YK92+710斷面在監(jiān)測期內(nèi)的拱頂下沉和周邊收斂曲線。從圖9中可以看出：

1)上中臺階和下臺階開挖后變形速率迅速增大，說明開挖對圍巖會產(chǎn)生擾動；開挖后變形速率逐漸減小，說明鋼架、網(wǎng)噴混凝土與鎖腳錨桿的聯(lián)合初期支護(hù)起到一定約束效果。

2)仰拱開挖后，初期支護(hù)變形速率迅速增大，增長期為仰拱開挖(23 d)至仰拱回填后(30 d)，最大速率為拱頂沉降37.9 mm/d，周邊收斂41.3 mm/d，之后迅速減小，說明初期支護(hù)閉合與仰拱施作對斷面變形穩(wěn)定起重要作用。

3)上中下臺階換拱后，初期支護(hù)變形速率暫時回升，說明換拱施工對圍巖穩(wěn)定有一定干擾，但由于仰拱二次襯砌、回填基本硬化，使得后續(xù)初期支護(hù)變形速率逐漸減小。

4)第48天大雨過后，初期支護(hù)變形速率迅速增大，拱頂沉降速率達(dá)到26.5 mm/d，周邊收斂40.8 mm/d。大雨過后發(fā)現(xiàn)斷面附近拱頂、拱腰初期支護(hù)部位出現(xiàn)滲水，且仰拱YK92+712.8～+707.3已有較大隆起(超出標(biāo)高約20 cm)，邊墻、拱腰處初期支護(hù)出現(xiàn)明顯開裂。分析認(rèn)為，由于地處偏壓段，埋深較淺，地層應(yīng)力較大，加上地表土體垂直節(jié)理發(fā)育，雨水下滲使得膨脹土地層形變加劇，地應(yīng)力進(jìn)一步釋放，初期支護(hù)強(qiáng)度不足導(dǎo)致變形開裂。

(a) 拱頂下沉曲線

(b) 周邊收斂曲線

Fig. 9 Crown subsidence and peripheral convergence curves of YK92+710

5)本斷面的拱頂沉降速率為9.8 mm/d，周邊收斂8.8 mm/d時即施作二次襯砌，這是因?yàn)楝F(xiàn)場隧道圍巖變形長期處于緩慢增長狀態(tài)，長時間充分變形條件下初期支護(hù)變形速率仍不能滿足規(guī)范要求[10]，因此現(xiàn)場適當(dāng)提高了二次襯砌施作時的初期支護(hù)變形速率限值。同時二次襯砌厚度調(diào)整為50 cm，強(qiáng)度增至C40，受力筋加粗至φ25 mm，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測期內(nèi)二次襯砌無明顯開裂情況。

圖10示出YK92+710斷面在監(jiān)測期內(nèi)拱頂下沉和周邊收斂關(guān)系曲線。圖10(a)中階段變形占比是以二次襯砌施作時的總變形量為分母進(jìn)行了歸一化處理； 圖10(b)以周邊收斂速率為自變量，拱頂沉降速率為因變量，繪制成散點(diǎn)圖并進(jìn)行了線性擬合，圖中剔除點(diǎn)正處于不具代表性的換拱階段。

1)由圖10(a)可知： ①拱頂沉降與周邊收斂曲線的變化趨勢基本一致且有一定相關(guān)性，斷面拱頂沉降累計值約0.92 m，小于周邊收斂累計值(1.25 m)，該斷面以收斂變形為主； ②斷面開挖后，拱頂沉降與周邊收斂的階段變形占比逐漸拉開，仰拱初期支護(hù)施作后又逐漸減小，表明仰拱支護(hù)的施作能較好地約束整環(huán)襯砌的不均勻變形。

(a) 累計變形對比曲線

(b) 變形速率關(guān)系曲線

Fig. 10 Correlation curves between crown subsidence and peripheral convergence of YK92+710

2)校正決定系數(shù)越接近1表示擬合度越好； 相關(guān)系數(shù)絕對值越接近1表示變量相關(guān)性越強(qiáng)；P值小于0.05表示回歸模型總體顯著，P值小于0.01表示極顯著。由圖10(b)可知： ①2個擬合方程是可信的，且仰拱回填前拱頂下沉和周邊收斂速率的相關(guān)性更強(qiáng)。②仰拱施作對隧道不同部位的變形規(guī)律造成了影響，仰拱回填后的擬合線斜率更小，說明相同條件下，仰拱封閉成環(huán)對拱頂沉降的約束作用更大。

2.1.2 YK92+700初期支護(hù)橫斷面掃描

選取YK92+700斷面進(jìn)行初期支護(hù)斷面掃描分析，該位置處于陡坎處，受偏壓影響較大。該段初期支護(hù)于2019年4月6日結(jié)束上中臺階換拱，4月8日下臺階開挖支護(hù)，4月20日施作仰拱初期支護(hù)，4月23日施作仰拱回填。該段二次襯砌厚度為50 cm，換拱初期支護(hù)預(yù)留變形量為60 cm，換拱初期支護(hù)面與二次襯砌內(nèi)輪廓之間的理論差值應(yīng)為110 cm。

如圖11所示，本斷面4月8日換拱后初測的變形時間為2 d，斷面各點(diǎn)收斂相差不大，為10～15 cm，拱頂沉降略小于單側(cè)周邊收斂值。4月24日末測時，可以看出斷面偏壓收斂現(xiàn)象非常明顯，末測較初測時左邊墻(D1)、左拱腰(C1)和左拱肩(B1)分別收斂了約45、60、60 cm，右邊墻(D2)、右拱腰(C2)和右拱肩(B2)分別收斂了約21、26、37 cm，拱頂下沉了約50 cm； 且末測時YK92+700橫斷面拱頂至左邊墻段已侵入二次襯砌，因此施作二次襯砌前需進(jìn)行換拱。圖11所示右線左側(cè)(靠左線)的變形較右側(cè)大，造成這種變形特征的原因有： 1)該段地處偏壓段，地壓不均勻； 2)右線開挖滯后左線20～25 m，左線施工對該側(cè)地層已經(jīng)造成擾動； 3)初期支護(hù)背后有空洞存在，土體壓力不均導(dǎo)致襯砌受力不均，加之初期支護(hù)整體剛度不夠，導(dǎo)致斷面變形不均。

(a) 2019年4月8日初測

(b) 2019年4月24日末測

2.2 縱向初期支護(hù)變形

截至2019年5月22日，右線掌子面樁號為YK92+654.7，二次襯砌施工至YK92+700。根據(jù)右線換拱過程中斷面呈現(xiàn)的收斂沉降值、鋼拱架嚴(yán)重變形等情況，選取右線掌子面(YK92+654.7)至二次襯砌(YK92+700.0)間的縱向初期支護(hù)段進(jìn)行變形分析。

YK92+699～+674.5經(jīng)過1次上中臺階換拱(截至5月20日)，YK92+674.5～+654.7為未換拱段，YK92+671.7～+673.7開挖上臺階時曾出現(xiàn)過2次小范圍拱頂塌方。YK92+654.7～+700.0段拱頂沿隧道縱向變形曲線如圖12所示。從圖12可以看出：

1)在監(jiān)測期內(nèi)，斷面YK92+662～+670基本處于上臺階，斷面YK92+675～+680基本處于中臺階，斷面YK92+685～+695處于下臺階?？梢钥闯龈鲾嗝娴睦塾嬜冃沃惦S開挖順序呈階梯狀下降，但斷面YK92+695～+685的累計變形值依次遞增，其變形速率也依次遞增，分析是由于仰拱回填和二次襯砌的空間約束作用，導(dǎo)致離閉環(huán)襯砌越近的斷面變形速率越小，判斷該約束距離為10～15 m。

(a) YK92+654.7～+700段

(b) YK92+654.7～+700段

Fig. 12 Longitudinal deformation curves of arch at YK92+654.7～+700 (in 2019)

2)在監(jiān)測期內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)斷面變形速率5月10日—17日一直處于上升階段，5月17日—19日以后變形速率減??； 在此期間，隧道上、中臺階一直掘進(jìn)至5月17日后停止施工，結(jié)合現(xiàn)場施工情況來看，隧道土體一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，受開挖擾動影響較大。

3)在上、中臺階斷面范圍內(nèi)，一般離掌子面越近，變形速率越大，但是從5月14、19日的變形速率曲線可以看出，離上臺階掌子面約8 m范圍內(nèi)的變形速率反而越小。

4)斷面YK92+680在5月9日完成了換拱施工，斷面YK92+680在5月10日的單日變形速率曲線上出現(xiàn)速率突變，在5月12日完成換拱的斷面YK92+675也出現(xiàn)類似變化，故換拱施工對隧道圍巖穩(wěn)定性存在一定影響。

3 大變形原因分析與處治措施探討

3.1 圍巖變形原因分析

隧道K92+720～+650段洞內(nèi)大變形嚴(yán)重。結(jié)合現(xiàn)場情況和研究成果分析，上述圍巖變形規(guī)律受地質(zhì)、地形、地下水和施工等因素綜合影響，包括： 1)圍巖軟弱，具吸水膨脹性，變形周期長。2)開挖、換拱等施工干擾導(dǎo)致圍巖應(yīng)力場的持續(xù)調(diào)整，繼而導(dǎo)致圍巖變形再次發(fā)展，形成負(fù)反饋效應(yīng)，最終體現(xiàn)為圍巖變形速率居高不下。3)現(xiàn)場斷面開挖至封閉的窗口期較長，一般在20 d以上，個別段在50 d以上，期間圍巖持續(xù)變形，導(dǎo)致地表開裂塌陷，隧道上方土體破碎、產(chǎn)生空洞，開挖時易導(dǎo)致塌方。4)地處溝谷段，該段易匯集地表水，且地表土體垂直節(jié)理發(fā)育，雨水下滲導(dǎo)致圍巖吸水產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。5)該段隧道埋深突變，且偏壓嚴(yán)重，地層應(yīng)力較大，洞內(nèi)圍巖變形難以控制； 加上左右線施工滯后距離較短，兩線施工影響較大，導(dǎo)致圍巖不均勻收斂。

3.2 施工控制措施

結(jié)合現(xiàn)場情況和變形分析結(jié)果，判斷本隧道變形應(yīng)屬于非穩(wěn)定變形，現(xiàn)場應(yīng)及時采取有效支護(hù)措施以控制圍巖產(chǎn)生過大變形：

1)三臺階法開挖施工時，應(yīng)嚴(yán)格控制各臺階長度，上臺階應(yīng)控制在4 m以內(nèi)，預(yù)留核心土； 中下臺階控制在6～8 m，必要時分左右導(dǎo)坑開挖。

2)各臺階開挖立架后，應(yīng)打設(shè)鎖腳錨管并注漿，同時擴(kuò)大拱腳以控制斷面沉降。

3)為避免初期支護(hù)累計變形過大而進(jìn)行多次換拱施工，隧道斷面開挖至封閉的窗口期應(yīng)盡量縮短，現(xiàn)場應(yīng)控制在30 d以內(nèi)，掌子面至二次襯砌的距離控制在40 m以內(nèi)。這樣可能會導(dǎo)致施作二次襯砌時圍巖的變形速率仍然較大，因此應(yīng)適當(dāng)提高二次襯砌強(qiáng)度，減小后期因強(qiáng)度不足而導(dǎo)致二次襯砌病害。

4)本隧道開挖預(yù)留變形量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況，按橫、縱斷面變形規(guī)律進(jìn)行動態(tài)設(shè)置，現(xiàn)場拱頂處超挖值一般應(yīng)小于邊墻部位，二次襯砌施作時初期支護(hù)盡量不超限以致?lián)Q拱。

5)為減小橫、縱斷面不均勻收斂，應(yīng)嚴(yán)格控制超欠挖保證鋼拱架與圍巖密貼，均勻圍巖壓力； 同時兩線先后施工，為避免施工干擾應(yīng)拉開一定距離。兩線掌子面縱距不小于3倍開挖凈寬。

6)地下水對本隧道圍巖穩(wěn)定性影響極大，施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格做好地表、洞內(nèi)的防排水工作。特別是地表裂縫要及時填充處理，必要時進(jìn)行地層注漿加固； 洞內(nèi)做好初期支護(hù)基底的集中引排措施[11]； 掌子面及時進(jìn)行噴混凝土封閉，避免滲水。

7)在變形嚴(yán)重地段，初期支護(hù)強(qiáng)度可能無法承擔(dān)圍巖形變壓力而接近壓潰，此時應(yīng)采取臨時支撐或臨時鋼拱架等應(yīng)急措施；在塌方風(fēng)險段掘進(jìn)前可采取加設(shè)超前管棚、注漿等措施提高圍巖整體剛度，防止突發(fā)性形變。

現(xiàn)場經(jīng)過以上大變形針對性處治措施，左右線的施工效果均有較為可觀的改善。主要表現(xiàn)在雨期洞內(nèi)滴滲水明顯減少，斷面開挖后同時期的初期支護(hù)沉降速率有較明顯的降低，初期支護(hù)斷面的最終沉降量控制在約1 m左右，換拱次數(shù)降低至1次左右，斷面不均勻收斂程度減小。這表明在考慮施工進(jìn)度與施工效果的情況下，合理的三臺階法施工對大變形控制仍能起到較好效果，其中洞內(nèi)外防排水、各臺階打設(shè)鎖腳錨管、二次襯砌及時閉環(huán)以及預(yù)留變形量動態(tài)設(shè)置等施工措施起到了重要的變形控制作用。

4 結(jié)論與體會

本文依托地坑院黃土隧道，基于全站儀監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對典型大變形段，對偏壓黃土隧道大變形特征進(jìn)行了精細(xì)化分析與研究，綜合變形原因分析及施工控制措施，得出以下結(jié)論：

1)圍巖大變形受地質(zhì)、地形、地下水和施工等因素綜合影響，其中地層膨脹性以及地處偏壓、溝谷段為重要影響因素；現(xiàn)場應(yīng)注意做好地表、洞內(nèi)的防排水工作，降低地下水對圍巖造成的影響。

2)隧道縱向偏壓對斷面整體變形影響較大；為防止突發(fā)性形變，現(xiàn)場陡坎段施工應(yīng)注意塌方風(fēng)險，掌子面開挖后應(yīng)立即立架，并打設(shè)鎖腳錨管進(jìn)行注漿，同時設(shè)置大拱腳提高基底承載力； 在塌方風(fēng)險段掘進(jìn)前，可加設(shè)超前管棚、注漿等提高圍巖整體剛度。

3)圍巖變形持續(xù)時間長，總變形量大，難以自穩(wěn)。為避免多次換拱，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各臺階施工步距； 仰拱、二次襯砌緊跟，盡量縮短斷面開挖至封閉的窗口期； 同時根據(jù)斷面收斂規(guī)律動態(tài)設(shè)置開挖預(yù)留變形量； 合理調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)避免過早產(chǎn)生嚴(yán)重病害； 提高二次襯砌強(qiáng)度，保證施工受力后無明顯開裂或變形。

4)大變形段的周邊收斂一般大于拱頂沉降量，且兩線靠近側(cè)的圍巖收斂變形更大。該特征受隧道地形、埋深以及施工影響?，F(xiàn)場應(yīng)采取加固措施提高初期支護(hù)整體剛度，同時兩線掌子面縱距應(yīng)拉開至少3倍隧道開挖凈寬以避免施工干擾。

以上研究主要基于現(xiàn)場監(jiān)控量測與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，雖對偏壓黃土隧道大變形特征有較為具體的描述分析與施工驗(yàn)證，但研究手段偏少，對其中變形規(guī)律的解釋還不夠詳盡，無法定量描述各種施工措施對變形控制的權(quán)重占比，這有待利用數(shù)值模擬或其他分析手段進(jìn)行深入研究。