浅埋偏压铁路隧道信息化施工技术

卢松柏

摘 要：结合晋祠隧道在浅埋偏压的复雜地形情况下所采取的信息化施工监测施工技术，详细分析了在施工过程中围岩、支护结构及地表的变形规律，隧道开挖施工不同阶段各监测项目的具体数据，并针对这些信息及时调整施工速度和方案，确保了在浅埋偏压等不利地形条件下隧道施工安全高效经济，对今后类似工程施工具有参考应用价值。

关键词：铁路隧道；信息化；施工

1 偏压段隧道和高边坡信息化施工技术

1.1 各监测点布置和控制标准

（1）根据设计图纸文件，结合信息化施工方案将监测信息分为高边坡监测和偏压段监测两部份。根据各部分施工特点确定监测内容和项目见表1所示。

（2）各测点布设。

根据地形特征和线路之间的相互关系，进行监测点的布设。高边坡测点平面布置见图1所示；偏压隧道和边坡监测点布置剖面见图2所示；偏压隧道应力监测断面布置见图3所示。

（3）对于不同的监测对象和内容有不同的监测控制标准，采用的标准见表2所示。黄色预警时：监测过程中加强对测试结构的观察；可正常施工。橙色预警时：增加监测频率；施工中应加强支护，完善针对该项目的预警方案。红色报警时：增加监测频率，必要时增加测点；施工应采用特殊措施，必要时停止开挖，进行施工处理。

1.2 高边坡偏压隧道围岩变形规律

（1）隧道拱顶沉降规律

现场拱顶沉降按5m间距布置量测断面，开始进洞日期为2011年3月3日，因高边坡水平位移大，出现裂缝，在4月17日停工，6月2日重新开工，正常施工。根据量测结果为：当变形速率小于10mm/d时，隧道施工处于稳定状态。当变形速率大于10mm/d时，应采取有效措施控制变形的发展。在4月14日、6月25日、7月23日沉降速率明显增大，特别是4月14日沉降值达到35.5mm/d，同时高边坡出现明显裂缝，因此隧道停工进行加固处理。

拱顶累计沉降曲线见图4，分析该曲线可以看出，DK14+995、DK15+000断面拱顶沉降的稳定值较小，最终沉降在150mm左右，以后断面的稳定沉降值大部分稳定在250mm，仅DK15+010接近350mm，这个断面也是对应高边坡失稳处的里程。前面DK14+995、DK15+000断面拱顶沉降稳定值较小的原因是隧道进洞时，在洞口施做了30m长的大管棚，从监测结果可以看出，管棚起到了较好控制拱顶沉降的作用。

（2）隧道周边收敛测试结果与分析

隧道周边收敛按5m间距布置，与拱顶沉降监测位于同一断面。隧道周边收敛量测结果分析：

①不同断面收敛随时间变化规律：即使隧道处于偏压状态，但整体上隧道在横向处于收缩状态；不管是第一排测线，还是第二排测线，随着里程增大，稳定收敛值增大。

②同一断面上下收敛测线的收敛值随时间变化规律：第一排测线在下台阶时出现迅速的变化，而二排测线在仰拱开挖时同时出现迅速变化。从隧道周边收敛测试结果可以发现，施工过程中的周边收敛量并不大，而且相对均匀，说明采用边坡加固、煤堆部分反压平衡偏压起到了良好的效果，而采用的三台阶七步施工法也是通过偏压隧道的有效施工方法。

（3）隧道拱脚的水平位移规律

为了监测在偏压荷载下隧道在水平方向上的变化，在DK14+985断面隧道仰拱中线及两侧拱脚设置观测点，测量其水平位移。偏压隧道在水平方向的位移监测结果如图5、图6所示。图中正值代表拱脚向外挤出或隧道向外侧膨胀，负值代表拱脚向内移动或隧道收敛。分析上述量测结果可知：左侧拱脚向外膨出，右侧拱脚向内收敛，而且右侧拱脚的水平位移值大于左侧拱脚，也就是说随着掌子面向前开挖，隧道拱部总体向边坡外侧移动，这与对偏压隧道的力学分析结果一致，内侧土体向外产生膨胀作用。监测结果表面，外移趋势很快趋于稳定，且总体量值不大，约25mm左右。

虽然隧道拱部整体向外移动，但是从收敛观测数据来看，隧道仍是以受压收缩为主，并未出现膨胀的现象。这是由于这两个监测断面仍在超前支护的大管棚影响范围内，超前管棚支护隧道时，隧道的偏压状态得到较好的改善，保证了隧道的稳定。

从隧道拱脚与拱顶降比值随掘进的变化测试结果（见图7）可知，前期左右拱脚与拱顶沉降比值变化规律不明显，随后则有线性增大趋势，但是有个规律比较明显，就是左右拱脚与拱顶比值之和在2.0左右波动，近似反映出围岩压力总和一定，分布压力可以看作线性分布，内侧大于外侧，并且随着掌子面掘进，内侧承担的压力逐渐增大，外侧逐渐减小。总体来说随着掌子面向前推进，在围岩压力作用下拱部整体下沉，左侧拱脚沉降最小，右侧拱脚沉降最大，拱顶沉降居中，间接反映出作用在拱部的围岩压力处于偏压的状态。

2 结 论

（1）针对晋祠隧道的高边坡浅埋偏压隧道，必须采用严密的信息化施工技术，其中监控量测是关键。监测结果表明：隧道开挖对边坡影响显著，两个监测断面测点的最大水平位移都达到90mm以上，但很快趋于稳定。说明通过采用锚索锚杆加固边坡、超前大管棚加强隧道支护的作用明显，可以有效控制拱顶沉降、保证了边坡的稳定性。

（2）偏压隧道变形大，发展速度快，荷载明显不对称，此类隧道围岩在变形过程中有向边坡方向外挤趋势，衬砌也可能发生向外偏移现象，地表易产生裂缝；采用超前支护和注浆加固有效地控制了拱顶的沉降，说明对偏压的处理和边坡的加固是成功和有效的，保证隧道的稳定性。

（3）偏压隧道的变形及荷载发展情况较一般浅埋隧道复杂，隧道开挖后，偏压载荷向隧道外侧的拱角方向作用，以左拱脚处为最大，拱顶次之，即隧道外侧拱脚底、内侧的拱腰到边坡中心形成了一条压力增高线，是偏压对隧道支护结构和围岩应力的主要影响带，可为优化偏压段隧道支护设计和施工提供依据。

（4）通过科学合理的进行监控量测信息化施工技术，结合合理的施工技术，安全高效地完成了浅埋偏压段的施工，不仅保证了工期，而且没有对边坡和上部环境造成破坏，有效地保护了晋祠景区的环境，取得了良好的经济和社会效益，供今后类似条件的隧道施工借鉴。

参考文献

[1]傅新军，杨春.大断面隧道施工监控量测[J].铁道建筑技术，2007年增刊：108～110.

[2]中铁二院工程集团有限责任公司.TB10121-2007铁路隧道监控量测技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2009：12～13.