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摘要：本文围绕浅埋偏压隧道洞口段施工地质灾害分析及处治展开讨论，结合甘肃某隧道工程全面分析了洞口段地质灾害特性和形成机理，提出了相应的处治措施。浅埋偏压隧道洞口段施工过程中，若隧道洞口所处的地质环境较为复杂，要求施工企业应做好全面的支护工作，防止施工中出现冒顶、坡面崩塌等安全事故。该隧道洞口浅埋施工段地质灾害形成机理，主要有地形地质条件、受力状态、气象及设计因素；该隧道洞口段受力存在较大偏压，左侧初支承受较大水平力，采用增设临时支撑、反压回填和变更施工方法，及时控制住了洞口段出现的不良地质灾害。为该类隧道洞口段施工提供了参考依据。
关键词：浅埋偏压隧道；洞口段；地质灾害；形成机理；处治措施
引言：
以某隧道工程施工为例，该工程为公路浅埋偏压隧道。在工程的准备阶段，施工企业对该工程所处的环境进行全面的勘察，深入分析地质环境，掌握地质灾害形成的机理，采用数值模拟分析的方法，主要分析内容包括位移、拱顶下沉、拱腰水平收敛以及应力等，根据分析结果针对施工中可能出现的自然灾害实施防治措施，保证工程安全有序的进行施工。
1.工程概况
1.1工程简介
该高速公路隧道工程是连接某地区南北方向重要的交通枢纽，隧道设计为双向分离式车道，其中左车道隧道长度为267米，位于R=700m的圆曲线上，纵坡为2.7%，右车道隧道长度为239米隧道位于R=750m的圆曲线上，纵坡为2.7%，隧道设计车速为每小时80公里。该隧道设计净宽为10.25米，设计净高为5.0米，设计断面为四心圆内轮廓结构。在对隧道所处的地质环境进行勘察发现，左侧隧道洞口会受到较大的偏压应力，产生偏压应力的主要原因是地质结构埋深不同以及偏压角度不同，隧道最大埋深71米，最小埋深为2.5米，偏压角度在40°-45°范围内。
施工单位对隧道所处的地质环境进行全面的勘察，地质结构中含有第四系中更新统风积黄土、晚第三系粘土岩以及凝灰质砂岩。对上述地质结构中的成分进行分析，黄土内砂土成分较多，并且含水量较高，粘土岩内颗粒粒径在2-5cm范围内，同时左洞洞口段围岩破碎情况较为严重。
1.2地质灾害情况
在该隧道工程施工过程中，施工单位首先挖掘左侧隧道，在距离洞口5米处，里程为ZK36+537时，施工出现冒顶情况，导致隧道发生坍塌事故，坍塌范围为5㎡，产生的坍塌量为30m³。发生冒顶后，隧道洞口原有的结构发生变化，导致后续的支护结构受到破坏，进而坡面出现严重的崩塌情况，致使坍塌范围扩大至8㎡，坍塌量为80m³。施工单位在处理冒顶情况后，施工至ZK36+780时，初期支护结构出现纵向断裂情况，裂缝长度为3m，宽度在3-6mm，裂缝导致初期支护钢拱架变形较为严重。
2.地质灾害形成机理
2.1地形地质条件
在勘察地形地质条件时，施工单位测定左洞左侧容易发生地质灾害，并且左侧上部土层厚度小于右侧，导致地质结构浅埋偏压的情况。此外该工程所处的地质结构中蕴含丰富的地下水，左洞进口左侧在地质结构中形成冲沟，施工时极易发生坍塌情况。对洞口的地质环境进行勘察，洞口所处的地质环境较为复杂，地质结构主要由凝灰质砂岩组成，岩层属于强风化、中风化，地质结构稳定性较低。
2.2受力状态
该隧道处于浅埋偏压的地质环境中，隧道受到结构产生的应力，在拱腰、边墙等位置，出现明显的纵向裂缝。施工单位根据隧道的受力状态，在浅埋侧的拱腰位置构建初期支护结构，但是在实际施工中，初期支护结构受到不均匀应力作用，整体结构处于不稳定状态。此外隧道所处的地质环境中地下水较为丰富，初期支护结构受到水压作用后，钢拱架出现严重的剪切变形问题，支护结构的支撑作用不断降低。
2.3气象因素
工程施工期间为该地区的雨季，在降雨过程中，地表水进入到岩层裂隙中，岩层的整体结构遭到破坏，稳定性不断降低，围岩体出现剪切位移。此外隧道支护地基出现严重的软土化情况，支护结构无法承载围岩结构，此时隧道处于不稳定环境中，产生安全事故的概率不断提高。
2.4设计施工因素
该隧洞在设计过程中，采用荷载+结构模型的方式进行设计。但是由于隧道处于浅埋偏压地质环境中，未能计算偏压产生的应力，施工单位按照原有的设计方案构建支护结构，导致支护结构承受不均匀应力，致使支护结构承载力不断降低。此外地质结构中地下水较为丰富，隧道围岩受到水压作用后，会承受更多的荷载。施工企业在施工中采用预应力锚索框架梁，用于加固围岩边坡，但是设计的支护承载能力无法承载更多的应力，洞口边坡出现坍塌情况。
3.数值模拟分析
3.1模型及参数
在隧道工程施工过程中，针对出现的实际情况，采用有限元软件，模拟浅埋偏压隧道洞口，通过模拟计算相关参数，包括围岩、支护结构的弹性，围岩各项材料均质等。在计算过程中，采用摩尔库伦屈服准则方法。在构建模型过程中，将重力作为模型所承受的唯一应力，在模型的轴向50米位置，设定左右隧道的相关数值，包括隧道洞径为8米、下部洞径为10.25米。此外隧道模型中各材料物理力学参数如下，老黄土弹性模量为0.75Gpa、泊松比为0.25、重度为18kN/m³、粘聚力为200kPa、内摩擦角为22°；粘土岩弹性模量为0.98Gpa、泊松比为0.31、重度为21kN/m³、粘聚力为200kPa、内摩擦角为25°；砂砾岩弹性模量为1.02Gpa、泊松比为0.30、重度为22kN/m³、粘聚力为350kPa、内摩擦角为31°；初支弹性模量为24.00Gpa、泊松比为0.2；二衬弹性模量为32.50Gpa、泊松比为0.2。
根据数值模拟参数，施工企业采用三台阶预留核心土开挖隧道。在开挖的准备阶段，已经在拱部构建超前支护结构，首先在上导环位置进行开挖，开挖的核心土宽度在3-5米范围内，每次掘进的深度为0.5米。
3.2位移分析
3.2.1拱顶下沉
施工单位从隧道的左侧进行施工，左侧隧道洞口标段为ZK36+532。根据隧道模型计算的数值，在标段ZK336+537和ZK36+ 785，在施工时会出现两个特征点，其中两个标准断面的最大下沉量分别为30.3毫米和33.5毫米，尽管下沉量差别较小，但是在持续开挖过程中，两个标段断面最大沉降量速度达到每天6毫米，极大的影响核心区域的开挖，导致隧道掌子面的围岩稳定性不断降低。
3.2.2拱腰水平收敛
在隧道掌子面施工过程中，施工单位为准确掌握支护结构可能出现的变形情况，及时布设监控量测点，根据断面向内的收敛趋势，调整断面的开挖顺序，主要调整左右侧拱脚开挖和核心土开挖的顺序，避免隧道支护结构承受较大的应力，以此提高隧道结构开挖过程的稳定性。
3.3应力分析
对隧道支护结构承受的应力进行分析，初期支护结构的左侧结构应力大于右侧结构应力，主要是受到浅埋偏压地形产生的应力影响。
4.处治方案
4.1增设临时支撑
由于隧道所处的地质结构中蕴含丰富的地表水，应在地表较低的位置增设土陇，用于排出地表水。此外使用标号为M7.5的砂浆，封闭地表中的裂缝，防止地表水进入施工区域。在隧道支护结构发生较大变形的位置，增设临时支撑结构，结构由型号为Ι22的工字钢组成，纵向间距设定为50cm，斜撑使用型号为Ι20的工字钢。
4.2反压回填
由于隧道处于浅埋偏压地质结构中，支护结构承受较大的结构应力，提高支护结构的承载能力，保证隧道的稳定性，采用反压回填的方法，在应力较大的区域设置重力式挡土墙，挡土墙高度为5米，使用粒径小于25mm的碎石，填埋隧道浅埋区域，要求填埋深度应控制在30cm以内，采用小型振动夯实设备，对回填区域进行夯实。完成夯实施工后，在碎石层表面铺设隔水层，隔水层厚度应超过20cm。
4.3变更施工工法
根据地质结构实际情况，原有的三台阶开挖预留核心土法无法满足施工要求，对原有的施工施工方法进行变更。变更后的方法为CD施工法，首先开挖浅埋一侧的隧道，在开挖过程中，向岩体内打入超前小导管并注入水灰比为1:1的水泥浆，直至压力为2.2MPa，并使用注浆锚杆进行二次加固，通过注浆锚杆向隧道拱墙注入水泥浆，拱部采用套拱。
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CD法施工结构示意图
结语：
综上所述，该隧道工程处于浅埋偏压地质环境中，针对地质结构，为防止施工中出现冒顶等安全事故，并提高支护结构的稳定性，通过数值模拟计算，分析隧道所处环境的具体情况，通过增设临时支撑、反压回填以及CD施工法，既能满足施工要求，还能提高施工质量。
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