淺埋偏壓鐵路隧道信息化施工技術

盧松柏

摘 要：結合晉祠隧道在淺埋偏壓的復雜地形情況下所采取的信息化施工監測施工技術，詳細分析了在施工過程中圍巖、支護結構及地表的變形規律，隧道開挖施工不同階段各監測項目的具體數據，并針對這些信息及時調整施工速度和方案，確保了在淺埋偏壓等不利地形條件下隧道施工安全高效經濟，對今后類似工程施工具有參考應用價值。

關鍵詞：鐵路隧道；信息化；施工

1 偏壓段隧道和高邊坡信息化施工技術

1.1 各監測點布置和控制標準

（1）根據設計圖紙文件，結合信息化施工方案將監測信息分為高邊坡監測和偏壓段監測兩部份。根據各部分施工特點確定監測內容和項目見表1所示。

（2）各測點布設。

根據地形特征和線路之間的相互關系，進行監測點的布設。高邊坡測點平面布置見圖1所示；偏壓隧道和邊坡監測點布置剖面見圖2所示；偏壓隧道應力監測斷面布置見圖3所示。

（3）對于不同的監測對象和內容有不同的監測控制標準，采用的標準見表2所示。黃色預警時：監測過程中加強對測試結構的觀察；可正常施工。橙色預警時：增加監測頻率；施工中應加強支護，完善針對該項目的預警方案。紅色報警時：增加監測頻率，必要時增加測點；施工應采用特殊措施，必要時停止開挖，進行施工處理。

1.2 高邊坡偏壓隧道圍巖變形規律

（1）隧道拱頂沉降規律

現場拱頂沉降按5m間距布置量測斷面，開始進洞日期為2011年3月3日，因高邊坡水平位移大，出現裂縫，在4月17日停工，6月2日重新開工，正常施工。根據量測結果為：當變形速率小于10mm/d時，隧道施工處于穩定狀態。當變形速率大于10mm/d時，應采取有效措施控制變形的發展。在4月14日、6月25日、7月23日沉降速率明顯增大，特別是4月14日沉降值達到35.5mm/d，同時高邊坡出現明顯裂縫，因此隧道停工進行加固處理。

拱頂累計沉降曲線見圖4，分析該曲線可以看出，DK14+995、DK15+000斷面拱頂沉降的穩定值較小，最終沉降在150mm左右，以后斷面的穩定沉降值大部分穩定在250mm，僅DK15+010接近350mm，這個斷面也是對應高邊坡失穩處的里程。前面DK14+995、DK15+000斷面拱頂沉降穩定值較小的原因是隧道進洞時，在洞口施做了30m長的大管棚，從監測結果可以看出，管棚起到了較好控制拱頂沉降的作用。

（2）隧道周邊收斂測試結果與分析

隧道周邊收斂按5m間距布置，與拱頂沉降監測位于同一斷面。隧道周邊收斂量測結果分析：

①不同斷面收斂隨時間變化規律：即使隧道處于偏壓狀態，但整體上隧道在橫向處于收縮狀態；不管是第一排測線，還是第二排測線，隨著里程增大，穩定收斂值增大。

②同一斷面上下收斂測線的收斂值隨時間變化規律：第一排測線在下臺階時出現迅速的變化，而二排測線在仰拱開挖時同時出現迅速變化。從隧道周邊收斂測試結果可以發現，施工過程中的周邊收斂量并不大，而且相對均勻，說明采用邊坡加固、煤堆部分反壓平衡偏壓起到了良好的效果，而采用的三臺階七步施工法也是通過偏壓隧道的有效施工方法。

（3）隧道拱腳的水平位移規律

為了監測在偏壓荷載下隧道在水平方向上的變化，在DK14+985斷面隧道仰拱中線及兩側拱腳設置觀測點，測量其水平位移。偏壓隧道在水平方向的位移監測結果如圖5、圖6所示。圖中正值代表拱腳向外擠出或隧道向外側膨脹，負值代表拱腳向內移動或隧道收斂。分析上述量測結果可知：左側拱腳向外膨出，右側拱腳向內收斂，而且右側拱腳的水平位移值大于左側拱腳，也就是說隨著掌子面向前開挖，隧道拱部總體向邊坡外側移動，這與對偏壓隧道的力學分析結果一致，內側土體向外產生膨脹作用。監測結果表面，外移趨勢很快趨于穩定，且總體量值不大，約25mm左右。

雖然隧道拱部整體向外移動，但是從收斂觀測數據來看，隧道仍是以受壓收縮為主，并未出現膨脹的現象。這是由于這兩個監測斷面仍在超前支護的大管棚影響范圍內，超前管棚支護隧道時，隧道的偏壓狀態得到較好的改善，保證了隧道的穩定。

從隧道拱腳與拱頂降比值隨掘進的變化測試結果（見圖7）可知，前期左右拱腳與拱頂沉降比值變化規律不明顯，隨后則有線性增大趨勢，但是有個規律比較明顯，就是左右拱腳與拱頂比值之和在2.0左右波動，近似反映出圍巖壓力總和一定，分布壓力可以看作線性分布，內側大于外側，并且隨著掌子面掘進，內側承擔的壓力逐漸增大，外側逐漸減小。總體來說隨著掌子面向前推進，在圍巖壓力作用下拱部整體下沉，左側拱腳沉降最小，右側拱腳沉降最大，拱頂沉降居中，間接反映出作用在拱部的圍巖壓力處于偏壓的狀態。

2 結 論

（1）針對晉祠隧道的高邊坡淺埋偏壓隧道，必須采用嚴密的信息化施工技術，其中監控量測是關鍵。監測結果表明：隧道開挖對邊坡影響顯著，兩個監測斷面測點的最大水平位移都達到90mm以上，但很快趨于穩定。說明通過采用錨索錨桿加固邊坡、超前大管棚加強隧道支護的作用明顯，可以有效控制拱頂沉降、保證了邊坡的穩定性。

（2）偏壓隧道變形大，發展速度快，荷載明顯不對稱，此類隧道圍巖在變形過程中有向邊坡方向外擠趨勢，襯砌也可能發生向外偏移現象，地表易產生裂縫；采用超前支護和注漿加固有效地控制了拱頂的沉降，說明對偏壓的處理和邊坡的加固是成功和有效的，保證隧道的穩定性。

（3）偏壓隧道的變形及荷載發展情況較一般淺埋隧道復雜，隧道開挖后，偏壓載荷向隧道外側的拱角方向作用，以左拱腳處為最大，拱頂次之，即隧道外側拱腳底、內側的拱腰到邊坡中心形成了一條壓力增高線，是偏壓對隧道支護結構和圍巖應力的主要影響帶，可為優化偏壓段隧道支護設計和施工提供依據。

（4）通過科學合理的進行監控量測信息化施工技術，結合合理的施工技術，安全高效地完成了淺埋偏壓段的施工，不僅保證了工期，而且沒有對邊坡和上部環境造成破壞，有效地保護了晉祠景區的環境，取得了良好的經濟和社會效益，供今后類似條件的隧道施工借鑒。

參考文獻

[1]傅新軍，楊春.大斷面隧道施工監控量測[J].鐵道建筑技術，2007年增刊：108～110.

[2]中鐵二院工程集團有限責任公司.TB10121-2007鐵路隧道監控量測技術規程[S].北京：中國鐵道出版社，2009：12～13.