中铁上海局集团第七工程有限公司 王寿庚
摘要：为了改善黄土隧道施工的不稳性现状，提高黄土隧道施工安全性控制，现对高速公路黄土隧道施工的变形规律进行分析，并根据其分析结果对隧道施工过程中预留的变形量进行探讨。
关键词：黄土隧道；隧道施工；隧道变形规律；预留变形量
0引言
在确定隧道条件、围岩等级和施工方法的变形储备时，目前一般采用工程类比法，研究中大多也停留在定性描述上，很少有定量分析。
下面以旬凤高速公路黄土隧道工程为例，通过现场实测和统计分析，分析其变形规律，研究其变形储备，为工程建设提供一些启示。
1我国黄土分布情况及黄土特性
1.1隧道黄土分布情况
旬凤高速公路隧道所属区以深厚的黄土覆盖，下伏第三系红黏土，白垩系为基底岩层，产状水平为主，褶皱和断裂不发育。
1.2黄土基本特性
黄土颗粒成分以粉粒（直径为 0.075~0.005mm）为主，约占 50%~75%，几乎没有大于 0.25mm 的颗粒；成分均匀，一般无明显层理，有堆积间断的剥蚀面和埋藏的古土壤层； 具柱状节理，垂直节理发育，直立性强；表层多具湿陷性，易 产生潜蚀，形成陷穴。软塑黄土特有的物理力学性质，使得 在软塑黄土地层中修建隧道时会存在渗漏水、变形、掉块、坍塌等施工风险。
2黄土隧道施工的难点
2.1黄土的湿陷性
该隧道黄土在浸水后，会受到上部土层本身重量的影响或者其他外界压力的附加，其本身结构会发生变化，进而导致存在的土壤发生极为明显的变形。在黄土隧道施工中， 浅埋隧道地面扰动较大，加之地表降水的渗透易形成地表 开裂，随着孔隙水的下渗土体自重加大，而黄土大孔隙、粘 结性差的特点会加重湿陷下沉，对隧道土体结果造成破坏，形成破裂漏斗，初期支护受外力挤压变形，造成隧道坍塌或 冒顶。
2.2部分黄土地段含水量高
在黄土隧道施工中，某些段落土体含水量过高，使围岩遇水后强度大幅度降低，黄土长期侵浸在大量的水分中， 其性能结构会发生明显改变，围岩逐渐失去自稳能力，导致其土质中含有的水量越来越高，最终造成黄土由本身的脆 性变为了更加容易变形的塑性。会造成隧道支护承受的荷载越来越大，最终因为承载压力突破其极限值而发生变形，甚至是坍塌。
3黄土隧道施工变形规律
在隧道施工过程中，根据围岩等级布设了监控量测点，并开展了大量监控量测工作，收集汇总了相关监控量测数据，按隧道埋深、含水量变化、仰拱封闭情况分别对数据变化绘制了曲线图，并进行了分析，揭示了一定的变形规律。
3.1隧道变形与隧道埋深的关系
3.1.1拱顶下沉及速率与埋深统计图见图 1。
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图 1 拱顶下沉及速率与埋深统计图
（1）经统计，拱顶下沉最大值 51cm 出现在隧道埋深 20m 处；（2）拱顶下沉超过 20cm 的数值全面分布在隧道埋深 60m 以内， 其中有 64%分布在隧道埋深 30m 以内，同时隧道埋深 30m 以内初支喷层开裂占全部开裂的 63%。
3.1.2净空变形特征值与埋深分布图见图 2。
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图2 净空变形特征值与埋深分布图
（1）水平收敛最大值为 18cm 在隧道埋深 40m 处；（2）净空变形不论拱顶下沉，还是水平收敛随埋深分布呈现出浅埋变形大、深埋变形小的形态。
3.1.3净空变形特征值与埋深分布图见图 3。
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图 3 净空变形特征值与埋深分布图
（1）净空变形特征值（下沉与收敛之比）平均值在埋深小于 30m 时达到 5 以上，埋深在 30m~60m 之间时达到 3 以上，60m~ 140m 为 1.3，即浅埋时下沉显著大于收敛，深埋时二者趋于接近；（2）净空变形特征值随埋深分布呈现出浅埋数值大、深埋数值小的规律。
3.2隧道变形与黄土含水量的关系
隧道拱顶下沉与含水量分布图见图 4。
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图 4 拱顶下沉与含水量分布图
（1）土体含水量最大值 31%时拱顶下沉量 46cm；（2）经统计中高含水量的拱顶下沉值约为一般含水量的 1.5 倍，高含水量的拱顶下沉值为一般含水量 2 倍以上；（3）表明含水量高低是影响拱顶下沉的重要因素。
3.3 隧道变形与仰拱封闭的关系
3.3.1拱顶下沉与仰拱封闭距离的关系曲线见图 5。
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图 5 拱顶下沉与仰拱封闭关系曲线
（1）变化曲线显示随着仰拱封闭距离变大，拱顶下沉数值也不断变大，仰拱封闭距离 30m 处拱顶下沉数值是 12m 处的1.12 倍~1.22 倍。（2）含水量变大，同一断面拱顶下沉数值也变大，含水量 20%以上时拱顶下沉值是含水量 20%以下时的 1.22 倍~1.44 倍。
3.3.2水平位移与仰拱封闭距离的关系曲线见图 6。
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图 6 水平位移与仰拱封闭关系曲线
（1）变化曲线显示随着仰拱封闭距离变大，拱腰水平位移数 值也不断变大，仰拱封闭距离 30m 处拱顶下沉数值是 12m 处的 1.75 倍~2.0 倍。（2）含水量变大，同一断面水平位移数值也变大，含水量 0%以上时水平位移值是含水量 20%以下时的 1.75 倍~2.0 倍。
3.3.3 隧道变形与仰拱封闭距离关系见图 7。
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图 7 变形与仰拱封闭距离关系图
（1）拱顶下沉在仰拱封闭距离超过 30m 后仍呈现规律性增大，35m处是 30m 处的 1.11 倍，45m 处达到 30m 处的 1.65 倍；（2）水平收敛在仰拱封闭距离超过 30m 后也呈现规律性增大， 35m 处是 30m 处的 1.06 倍，45m 处达到 30m 处的 1.36 倍。
4.黄土隧道施工预留变形量分析
4.1分析结果
黄土隧道施工过程中的围岩变形是不可避免的，隧道开挖过程中拱顶下沉和周边收敛变形较大，仰拱封闭后变 形速度减小，变形趋于稳定。隧道预留变形量的数值应该 根据黄土隧道受含水量以及埋深影响发生变形的规律来确 定，要尽量确保预留的变形量能够满足施工过程中隧道变 形的需求，帮助隧道施工过程中的支护设置更加安全可靠。根据调查统计分析结果，拱部预留变形量根据含水量情况 应适当加大，边墙部位可适当减小。
4.2预留变形量取值建议
综合数据分析，结合旬凤高速公路黄土隧道现场实测数据及施工控制结果，对高速公路黄土隧道预留变形量根据隧道不同部位和土体含水量变化，得出以下预留变形量建议值：
（1）隧道边墙预留变形量建议取10-15cm。（2）隧道拱部预留变形量：土体含水量<17%时建议取20-25cm；17%≤土体含水量<25%时建议取30-35cm；土体含水量≥25%时建议取40-45cm。
2结束语
黄土隧道施工过程中的变形是存在一定的规律，需要在施工之前对该规律的变化及其影响因素进行分析，并据此来确定施工预留变形量，并对预留变形量进行验证试验，确保黄土隧道施工的安全与质量。