膨胀性土压隧道衬砌变形的监控测量分析

【摘  要】隧道围岩中的膨胀性土在含水环境中，易产生膨胀性反应，从而产生作用于衬砌和支护结构的土压。该压力会导致在隧道薄弱位置引起结构破坏。本文以一座由膨胀性土压导致底鼓变形的隧道为工程背景，通过监控测量，详细介绍其变形趋势、发展规律及变形随时间的周期性，为同类隧道病害提供参考依据。

【关键词】膨胀土压；衬砌变形；监控

膨胀土压所引起的严重隧道变异通常表观病害尤为明显，并且这种变形是不可逆的。一般特征是围岩位移和各方向土压随时间长期增加而增长，对隧道衬砌和路面等结构的破坏力是巨大的，并且这种破坏是难以修复或不可逆的。随隧道运营养护市场的逐步成熟发展，这类病害所引起的隧道安全隐患更应该加强我们的重视。为此，本文从监控测量的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

该座隧道位于长深高速公路凌源境内，其所在区域是暖温带半湿润半干旱大陆季风气候，年平均气温8.2℃，无霜期为165天，年平均降雨量488mm，6月至8月平均降雨量320mm，占全年降雨量的60～70%。

2  膨胀性土压致使隧道变异

由于该座隧道周围岩体存在膨胀性岩土，在雨季或山水丰足的情况下，膨胀性土体与水产生作用，使得隧道结构周围的应力状态发生改变，隧道周边的塑性区变大，荷载随之增加，致使隧道承载能力不足，结构变异，甚至产生一些严重的不可逆的结构性破坏。

隧道变异病害主要体现在衬砌侧墙水平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、开裂并伴有检修道变形、倾斜等。

3  变形监测及分析

（1）测点布置

在每个变形的衬砌位置断面设置4个监测点，AB为拱腰横向间距测点、CD为底脚横向间距测点。

（2）监测数据分析

对隧道变形显著的断面进行监控测量，监测结果发现典型断面（98及99板衬砌断面）拱脚相对水平距离有内缩现象，最大内缩量达到10mm，并且随时间增加，内缩值增加。

在2018年8月雨量为近几年最大降水量。通过上图可以发现，该时间段内隧道衬砌拱脚水平间距的变形速率较其他时间段斜率增大。

通过上图中同一断面拱腰和拱脚水平间距对比可知，该断面拱腰间距正处于扩张趋势，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的施工过程中，要注意临时支撑与防护，做好排水措施，若有突水现象发生，应立即停工，防止突水引发更加剧烈的次发灾害。

由于原结构破坏较严重外加施工扰动，会对衬砌拱脚及拱腰产生不利影响，砌拱脚及拱腰会产生较严重的变形。下图为施工期间某典型断面监测曲线。

由上图可知，在施工期间，拱脚间距陡增11mm。这时需要增加临时支撑，确保结构不发生失稳，确保施工安全。

5  结论

膨胀性土压会对隧道结构受力产生影响。若隧道在土压力作用下由弹性区变为塑性区，则破坏变形会随着时间的增长而一直增加，并且这种破坏是不可逆的。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维修加固处理，应尽量回避雨季，并做好防水措施，必须进行临时支护，以防结构破坏。本文详细介绍了长深高速公路凌源境内一座由于膨胀性围岩导致衬砌变形的隧道的监控量测过程，能为同类型隧道监控量测提供参考依据。

参考文献

[1] 关宝树.隧道工程维修管理要点集.2004年6月.

[2] 王毅才.隧道工程（第二版）上册.2005年5月.

[3] 关宝树.隧道工程施工要点集.人民交通出版社.2003年12月.

[4] 关宝树.隧道工程设计要点集.人民交通出版社.2003年1月.

[5] 关宝树.隧道衬砌试验模型试验汇编.西南交通大学.2001年6月.

作者简介：

张双（1986–），男，黑龙江哈尔滨人。