淺埋偏壓鐵路隧道信息化施工技術(shù)

盧松柏

摘 要：結(jié)合晉祠隧道在淺埋偏壓的復(fù)雜地形情況下所采取的信息化施工監(jiān)測施工技術(shù)，詳細(xì)分析了在施工過程中圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)及地表的變形規(guī)律，隧道開挖施工不同階段各監(jiān)測項(xiàng)目的具體數(shù)據(jù)，并針對這些信息及時(shí)調(diào)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(jīng)濟(jì)，對今后類似工程施工具有參考應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)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(shù)

1.1 各監(jiān)測點(diǎn)布置和控制標(biāo)準(zhǔn)

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙文件，結(jié)合信息化施工方案將監(jiān)測信息分為高邊坡監(jiān)測和偏壓段監(jiān)測兩部份。根據(jù)各部分施工特點(diǎn)確定監(jiān)測內(nèi)容和項(xiàng)目見表1所示。

（2）各測點(diǎn)布設(shè)。

根據(jù)地形特征和線路之間的相互關(guān)系，進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)。高邊坡測點(diǎn)平面布置見圖1所示；偏壓隧道和邊坡監(jiān)測點(diǎn)布置剖面見圖2所示；偏壓隧道應(yīng)力監(jiān)測斷面布置見圖3所示。

（3）對于不同的監(jiān)測對象和內(nèi)容有不同的監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)，采用的標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。黃色預(yù)警時(shí)：監(jiān)測過程中加強(qiáng)對測試結(jié)構(gòu)的觀察；可正常施工。橙色預(yù)警時(shí)：增加監(jiān)測頻率；施工中應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，完善針對該項(xiàng)目的預(yù)警方案。紅色報(bào)警時(shí)：增加監(jiān)測頻率，必要時(shí)增加測點(diǎn)；施工應(yīng)采用特殊措施，必要時(shí)停止開挖，進(jìn)行施工處理。

1.2 高邊坡偏壓隧道圍巖變形規(guī)律

（1）隧道拱頂沉降規(guī)律

現(xiàn)場拱頂沉降按5m間距布置量測斷面，開始進(jìn)洞日期為2011年3月3日，因高邊坡水平位移大，出現(xiàn)裂縫，在4月17日停工，6月2日重新開工，正常施工。根據(jù)量測結(jié)果為：當(dāng)變形速率小于10mm/d時(shí)，隧道施工處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)變形速率大于10mm/d時(shí)，應(yīng)采取有效措施控制變形的發(fā)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(dá)到35.5mm/d，同時(shí)高邊坡出現(xiàn)明顯裂縫，因此隧道停工進(jìn)行加固處理。

拱頂累計(jì)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(wěn)定值較小，最終沉降在150mm左右，以后斷面的穩(wěn)定沉降值大部分穩(wěn)定在250mm，僅DK15+010接近350mm，這個(gè)斷面也是對應(yīng)高邊坡失穩(wěn)處的里程。前面DK14+995、DK15+000斷面拱頂沉降穩(wěn)定值較小的原因是隧道進(jìn)洞時(shí)，在洞口施做了30m長的大管棚，從監(jiān)測結(jié)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(jié)果與分析

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

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

②同一斷面上下收斂測線的收斂值隨時(shí)間變化規(guī)律：第一排測線在下臺階時(shí)出現(xiàn)迅速的變化，而二排測線在仰拱開挖時(shí)同時(shí)出現(xiàn)迅速變化。從隧道周邊收斂測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，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(guī)律

為了監(jiān)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(cè)拱腳設(shè)置觀測點(diǎn)，測量其水平位移。偏壓隧道在水平方向的位移監(jiān)測結(jié)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(cè)膨脹，負(fù)值代表拱腳向內(nèi)移動(dòng)或隧道收斂。分析上述量測結(jié)果可知：左側(cè)拱腳向外膨出，右側(cè)拱腳向內(nèi)收斂，而且右側(cè)拱腳的水平位移值大于左側(cè)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(cè)移動(dòng)，這與對偏壓隧道的力學(xué)分析結(jié)果一致，內(nèi)側(cè)土體向外產(chǎn)生膨脹作用。監(jiān)測結(jié)果表面，外移趨勢很快趨于穩(wěn)定，且總體量值不大，約25mm左右。

雖然隧道拱部整體向外移動(dòng)，但是從收斂觀測數(shù)據(jù)來看，隧道仍是以受壓收縮為主，并未出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象。這是由于這兩個(gè)監(jiān)測斷面仍在超前支護(hù)的大管棚影響范圍內(nèi)，超前管棚支護(hù)隧道時(shí)，隧道的偏壓狀態(tài)得到較好的改善，保證了隧道的穩(wěn)定。

從隧道拱腳與拱頂降比值隨掘進(jìn)的變化測試結(jié)果（見圖7）可知，前期左右拱腳與拱頂沉降比值變化規(guī)律不明顯，隨后則有線性增大趨勢，但是有個(gè)規(guī)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(dòng)，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(nèi)側(cè)大于外側(cè)，并且隨著掌子面掘進(jìn)，內(nèi)側(cè)承擔(dān)的壓力逐漸增大，外側(cè)逐漸減小?？傮w來說隨著掌子面向前推進(jìn)，在圍巖壓力作用下拱部整體下沉，左側(cè)拱腳沉降最小，右側(cè)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(tài)。

2 結(jié) 論

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

（2）偏壓隧道變形大，發(fā)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(fā)生向外偏移現(xiàn)象，地表易產(chǎn)生裂縫；采用超前支護(hù)和注漿加固有效地控制了拱頂?shù)某两担f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(wěn)定性。

（3）偏壓隧道的變形及荷載發(fā)展情況較一般淺埋隧道復(fù)雜，隧道開挖后，偏壓載荷向隧道外側(cè)的拱角方向作用，以左拱腳處為最大，拱頂次之，即隧道外側(cè)拱腳底、內(nèi)側(cè)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(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖應(yīng)力的主要影響帶，可為優(yōu)化偏壓段隧道支護(hù)設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

（4）通過科學(xué)合理的進(jìn)行監(jiān)控量測信息化施工技術(shù)，結(jié)合合理的施工技術(shù)，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(huán)境造成破壞，有效地保護(hù)了晉祠景區(qū)的環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，供今后類似條件的隧道施工借鑒。

參考文獻(xiàn)

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