1、 水文地質(zhì)環(huán)境的變化來源

　　裂拱段在施工過程中未發(fā)現(xiàn)地下水，但由于地表出露節(jié)理發(fā)育、風化嚴重的砂巖，雨季大氣降水便沿著節(jié)理裂隙滲入地下，達到拱部粘土巖。因而，隨著雨季的來臨，地表大氣降水的滲入改變了施工時所描述的“較干燥，無地下水”的水文地質(zhì)環(huán)境。

　　2、 粘土巖的膨脹機理

　　蒙脫石晶格構(gòu)造如圖1所示。它是由兩個硅片中間夾一鋁片構(gòu)成。其特點是晶包之間由O-2聯(lián)結(jié)，所以聯(lián)結(jié)力很弱，晶體格架具有異常大的活動性。水分子可無限地進入晶格之間而產(chǎn)生膨脹。伊利石與蒙脫石一樣，具有三層結(jié)構(gòu)，見圖2，只是它在晶包之間是由K+或Na+粒子所聯(lián)結(jié)。因此，伊利石晶格之間的聯(lián)結(jié)作用比蒙脫石強，比高嶺石弱，遇水膨脹，失水收縮等作用不及蒙脫石顯著。高嶺石晶格構(gòu)造如圖3所示，它是由一個硅片和一個鋁片上下重疊而成，并以此無限延伸。其最大特點是晶包之間通過O-2與OH-1相互聯(lián)結(jié)，其聯(lián)結(jié)力很強，致使晶格不能自由活動，不允許水分子進入晶包之間，是遇水較為穩(wěn)定的粘土礦物。蒙脫石的比表面積是伊利石的10倍，是高嶺石的80倍，因而蒙脫石具有很強的吸水膨脹作用[3、4].

　　由于泥巖中的粘土礦物（蒙脫石、伊利石）遇水膨脹，而泥巖所處位置又在襯砌拱部兩側(cè)，所以粘土巖吸水后產(chǎn)生的膨脹力直接作用在拱部兩側(cè)，致使在兩側(cè)拱腰受到正彎矩的作用，拱腰截面洞內(nèi)側(cè)受拉而產(chǎn)生拉裂縫。由于此段圍巖基本上是水平成層，所以兩側(cè)拱腰處的拉裂縫能夠沿隧道縱軸方向延伸較長距離。

　　3、 隧道裂拱力學行為分析考試論壇

　　該段裂拱隧道都屬于深埋，隧道穿越部位的構(gòu)造應(yīng)力十分微弱，故隧道襯砌所受圍巖壓力主要是襯砌自重、圍巖松弛荷載q和圍巖產(chǎn)生的彈性抗力。

　　在正常情況下，三類圍巖單線電化隧道襯砌兩側(cè)拱腰承受都是負彎矩的小偏心受壓，所以能夠充分發(fā)揮混凝土抗壓強度高而抗拉強度很低的性能。而實際受力情況與圍巖干燥時相比產(chǎn)生了巨大變化，使兩側(cè)拱腰截面洞內(nèi)側(cè)產(chǎn)生了較大的切向拉力。整個隧道襯砌的彈性抗力區(qū)也發(fā)生了很大變化。

　　如前所述，隧道拱頂為砂巖，其彈性抗力系數(shù)依據(jù)Ⅳ類圍巖的彈性抗力系數(shù)取值。其它各處的彈性抗力系數(shù)依據(jù)Ⅲ類圍巖取值，可根據(jù)所處的圍巖情況適當增減。彈性抗力的方向假定沿徑向。圍巖容重γ=20.0kN/m3，對于Ⅲ類圍巖深埋隧道，得到松動壓力q=81.4kN/㎡ [5].根據(jù)表2中測得的膨脹壓力Pp=0.34MPa，相當于拱部的側(cè)向壓力系數(shù)提高到λ1=Pp/q=4.2.而Ⅲ類圍巖隧道側(cè)壓力系數(shù)一般為0.15～0.30[5].邊墻處圍巖為碳質(zhì)泥巖與煤巖互層，可取λ2=0.30.以斷面1為例，對襯砌進行力學分析，經(jīng)計算[6，7]，兩側(cè)拱腰承受正彎距（大偏心受壓），計算圖式及其N、M圖見圖4所示。拱腰處截面e=M/N=204/584=0.35m，相對偏心距e/h=0.68.此截面處產(chǎn)生的拉應(yīng)力бl=3.53MPa，是襯砌混凝土抗拉強度的約2倍，因而該處截面首先被拉壞。由于作用于襯砌上荷載及襯砌結(jié)構(gòu)的對稱性，導致了拱腰處裂縫走向基本上與隧道軸線平行。