淺埋偏壓隧道洞口施工穩定性探討

翟春林 李智強

本文以昌贛鐵路線上的雷家隧道與成昆鐵路線上的吉爾吉斯南北越嶺隧道工程為例，介紹了工程基本信息，分析了隧道隧洞施工過程中洞口施工的穩定性及其影響因素，對淺埋偏壓隧道洞口施工提供了一定的參考意見。

隧道開挖是隧道工程施工重要部分之一，在山丘的河谷地段中表現較為明顯，由于偏壓作用的影響，在隧道施工過程中容易出現不對稱變形現象，即淺埋偏壓隧道。要求在工程施工過程中對此加以注意。

一、工程實例

1.工程概況

以雷家隧道為例進行研究，雷家隧道位于江西省新干縣境內，隧道進出口位于金川鎮橋頭村。本隧道為新建南昌至贛州客運專線單洞雙線鐵路曲線隧道，曲線半徑為6997.500m，設計時速為350km/h，出口里程為DK134+981，出口里程為DK136+037，隧道全長1056m。隧道進出口段均為淺埋偏壓結構。隧道最大埋深65m。隧道穿越區地質較復雜，發育有一條斷裂帶、1處花崗巖侵入帶、突泥突水段。

2.計算圍巖壓力

以P i 表示土條的不平衡推力，在施工過程中從-125.29kN變化為了1679.68kN，此時隧道所在土條狀態則從穩定逐漸演變為不穩定狀態，隧道整體向河側移動這一觀測結果印證了這一觀測數據。見下圖。

不平衡推力計算簡圖

不平衡推力計算表

運用規范計算方法具有更高的安全性，與改進法相比優勢明顯。運用改進法右拱腳處降低20%的安全系數，右墻腳處降低11%，拱頂處降低 45%，右邊墻處降低54%。而在規范法計算過程，沒有將邊坡穩定性改變而出現的地層推力作用考慮進去，因此施工過程中一旦遇到暴雨或者人為施工等因素，可能顯著增加隧道二襯所承受的荷載，此時得到的襯砌安全系數較不安全，規范設計的襯砌也將處于不安全的狀態。在大雨過后，雨水滲入了雷家隧道邊坡體內，降低了巖土隧道體的力學參數，影響了其穩定性，使得隧道襯砌開裂變形，拱部掉塊。

二、偏壓隧道洞口施工穩定性探討

1.對比圍巖壓力

地層推力、規范計算出的圍巖壓力共同構成了圍巖壓力，對比兩者之間的圍巖壓力數值可知，規范計算得到的圍巖壓力數值較小，結合地層壓力之后，與實際數值計算之間較為接近。因此在圍巖壓力的計算過程中可以采用改進法方式進行計算。

2.對比支護結構安全性

與改進法得出的安全系數相比，運用數值模擬能夠得出更高的安全系數，左拱腰處安全系數提升14%，拱頂處安全系數提升 19%，左拱腳處安全系數提升 38%，左邊墻處安全系數提升 21%，工程施工中的其他部位則具有基本一致的安全系數。由于該隧道施工過程中土條左側具有不平衡推力，導致支護結構左側位置的安全系數出現了較大的變化。

3.位移分析

在隧洞完成開挖作業之后，釋放了其應力，導洞出現了與水平地面一致的變形現象，圍巖從破裂面方向上出現塌陷現象。應當看到主洞具有與導洞不一致的變形現象，圍巖變形具有顯著的規律，主要表現為拱部主要是水平位移，底板主要是豎向位移，與豎向位移相比，拱頂水平位移稍稍偏大。由于偏壓現象的存在，與左側拱部與邊墻相比，邊墻位移量值與右側拱部位移量值較大。可見隨著隧道開挖工程的進行，隧道變形表現為上方土體整體向坡腳剪出的特征，而不是僅僅只出現眼破裂面塌陷現象。

4.淺埋偏壓隧道洞口施工工程邊坡穩定性分析

在工程未進行之前，從屬邊坡具有一定的潛在滑動面，潛在滑動面之上即為主洞，潛在滑動面下方為導洞，邊坡具有1.44安全系數。隨著導洞開挖，滑動面出現了一定的變化，邊坡具有1.31安全系數。主洞開挖完成對滑動面造成了較大的影響作用，貫通了坡腳剪出段，安全系數降低至 1.16。邊坡的安全性受到極大威脅。要求在施工過程中加強隧道初期支護，并及時監測周邊收斂與拱頂下沉現象，以做好及時的應對之策。

5.對淺埋偏壓隧道洞口施工工程邊坡穩定性分析的應對之策

在圍巖計計算過程中要求考慮邊坡穩定性改變而出現的地層推力作用，考慮降雨以及不利的施工工況對工程可能造成的影響，降低了邊坡的穩定性。在支護設計時要求增加設計荷載，以此提升支護設計的安全性，以此來抵御不良施工工況的影響。吉爾吉斯斯坦越嶺隧道淺埋偏壓段，出現了大雪融化滲入邊坡水體的現象，影響了巖土體的力學參數，對工程施工造成了一定的擾動現象，降低了邊坡穩定性，因此要求隧道初支所受荷載應當大于設計荷載數值。

三、結語

本文分析了昌贛鐵路線上的雷家隧道與成昆鐵路線上的吉爾吉斯南北越嶺隧道工程情況，分析了其邊坡穩定性以及與外界因素的影響關系，并對促進工程邊坡穩定性提供了一定的施工意見，保證了隧洞的穩定性與安全性。