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摘要：结合隧道工程设计实例，三车道大断面隧道穿越浅埋粉质黏土层，受梅雨季节影响，隧道从开挖到仰拱闭合，拱顶沉降最大值达到72cm，从地层岩性，埋深，含水率，施工工艺等多因素作用探讨了隧道沉降超限的原因，提出了一些有针对性的病害预防和处治措施，以确保隧道安全施工。
引言
近年来随着山区公路的修建量的增多，隧道设计施工技术在公路建设中起着越来越重要的作用。采用新奥法施工技术在浅埋粉质粘土中开挖还是困难重重，受围岩裂隙、地下水及不良地质(如浅埋、砂层、土石分界)等多因素影响，施工过程中病害频发，以地基沉陷，拱顶沉降超限，坍塌冒顶为主要表现形式。
工程概况：
某隧道三车道大断面隧道，进洞口位于斜坡地形，自然坡度10-20°。部分地段分布厚约5.6m的素填土，表部为第四系坡洪积层含碎石粉质黏土层，厚约12.2m，塑限19.3%。下伏基岩为花岗闪长岩及玻屑凝灰岩，全风化层5.2-6.8m，地下水主要为第四系孔隙型潜水，基岩裂隙水及构造裂隙水，雨季施工受大气降水补给，隧道开挖会有滴水、淋水现象。
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病害产生原因：
1、浅埋地层
隧道进口位于浅埋地层，覆盖层厚3到8米不等，地质为粉质粘土，裂隙水较丰富，围岩不能形成稳定的压力拱。
2、含水率影响
该段隧道在梅雨季节施工，采用三台阶留核心土环形开挖法，粉质黏土受大气降水补给，含水率达到塑限后，物理力学指标强度明显降低，拱脚承载能力降低，从开挖至仰拱闭合的时间段内，拱顶沉降超限，洞顶截水沟出现裂缝。
根据监控量测数据显示，在进入梅雨季节前，隧道从开挖到仰拱闭合，历时20天时间，拱顶沉降量可以控制在25cm左右。进入梅雨季节后，隧道从开挖到仰拱闭合，历时20天时间，拱顶沉降量可以控制在60cm内。根据监控量测结果显示，进入雨季以后，降雨会使覆盖层土体超载，且土层经过雨水浸泡和渗透会使土层强度降低，从而使初期支护变形加大，拱顶沉降发生突变，施工准备不足，造成初期支护侵入二衬范围，不得不进行换拱。
3、开挖下台阶会引起较大的隧道拱顶沉降。当开挖下台阶时，初期支护与周边土体的平衡被打破，而周边的土体自稳性差，从而对初期支护产生了较大的压力，使隧道初期支护再次产生变形，引起拱顶30cm的沉降。
4、土石交界面处，对于下伏基岩，上台阶和拱顶为土的情况下，由于埋深较浅，拱顶未形成稳定的压力拱，基岩开挖需要爆破施工，爆破振动不加控制，极容易造成已开挖段拱顶塌陷，造成伤亡事故。
当掌子面全部由土过渡为岩石，但拱顶岩层还较薄的情况下，又因浅埋隧道在已开挖区形成的空洞改变了隧道上方浅层岩体的完整结构，使掘进爆破产生的地表震动存在“空洞效应”的特点，即已开挖区形成的空洞导致其上部地表振动速度大于未开挖部分的振动速度。[1]还因为施工者心理放松，没有足够重视，没有加强初期支护，没有控制爆破，造成掌子面前已开挖区的拱顶的帽顶塌落。
病害预防与处治
本工程采用三台阶环形开挖留核心土法，开挖过程中，因每个施工队伍业务水平不同，需根据现场实际情况，由监控量测数据确定合理的拱顶预留沉降量，确定合理的安全步距，防止拱顶沉降超限，尽快施做二衬混凝土，安全顺利进洞。
隧道穿越浅埋粉质黏土地层尽量避免雨季施工，建议在干燥和稍湿状态下进行施工，并需采取一系列的预防与加固措施：
1.沿地形等高线做好地表环形截水沟，确保地表水能够有效沿截水沟排出，并且在隧道洞身浅埋段地表喷射5cm厚C20喷射混凝土封闭地表，减少地表水下渗。
2.为加强各台阶初期支护与土体尽快自稳，每榀钢拱架每台阶两侧各增加2根锁脚小导管，同时将Φ25X5mm系统注浆锚杆改为Φ42X4mm注浆小导管。不同的注浆部位，对控制地表下沉的力学效果是不同的，以边墙部位注浆为最佳。边墙注浆预先加固了可能发生塑性的围岩，使其强度提高，抑制了塑性区的扩展，所以地表下沉即能明显得到控制。[2]
3.为增加拱脚承载力，于拱脚下打设Φ108X6mm竖向钢管,并在拱脚支点纵向铺设槽钢，以有效加大拱脚受力面积及承载力。进入雨季，加强监控量测，根据现场监控量测数据，及时调整预留变形量。
4.尽快实施隧道仰拱，使初期支护封闭成环。鉴于地质较差，横向上可采用半幅开挖并立即进行仰拱填充，再施工另外半幅；纵向上施工间距不宜过大，逐榀开挖逐榀支护，控制安全步距，以满足施工需要为宜。同时仰拱开挖时须搭设临时支撑，建立土体坍塌应急预案。
5.流变性地层进行隧道开挖支护 ，隧道容易产生大变形 ，隧道施工风险高 ，要针对流变性适当增加隧道初支和二衬的强度 ，增大它们之间的预留变形量；在隧道施工方法上 ，要采用分部开挖法 ，开挖后及时支护，尽可能地缩短围岩开挖面裸露时间；在确保初支稳定性的前提下，尽可能地允许初支变形，让其承受更多的围岩压力，让围岩流变引起的主体变形在二衬施作前完成。[3]
遭遇地质较差的洞口段，应在隧道进洞前及早进行二衬台车拼装验收，在遇到初期支护沉降速率不收敛，有可能沉降超限情况，可加强二衬配筋，提前进行二衬浇筑。
6.开挖到土石分界处，引起高度重视，下伏基岩采取控制爆破，拱顶进行超前支护和环向注浆加固，并对初期支护进行内撑加固，直到掌子面围岩完全转为岩质，并且拱顶覆盖层岩质围岩层厚超过3m并且过渡超过10m才可逐渐恢复正常施工。
结语
结合隧道在梅雨季节穿越粉质黏土浅埋地层施工情况，建议粉质黏土段在干燥状态和稍湿状态时，隧道采用三台阶环形开挖留核心土法施工，并提出有针对性的设计和施工方案。
参考文献：
[1]张继春，曹孝君。浅埋隧道掘进爆破的地表震动效应试验研究.岩石力学与工程学报，2005，24（22）：4158-4163.
[2]王明年，张建华。工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究.岩土工程学报，1998，20（5）：27-30.
[3]邹家鸿。第三系粉质粘土地层隧道大变形控制技术研究.四川建材，2013,39（173）：105-107.