盧 偉

(中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009)

隨著我國鐵路隧道里程的增加，不可避免的會遇到各種復雜地質條件，其中由地質順層巖體等引起的隧道地質偏壓問題目前還未進行過較為深入的研究。工程實踐表明:當隧道穿越具有地質順層結構的巖體時，因巖體傾斜且?guī)r體之間節(jié)理、層理面等軟弱結構面的存在，在隧道開挖后使圍巖受到擾動而沿弱面可能發(fā)生滑移，從而引起地質順層偏壓隧道施工過程中發(fā)生坍方、初期支護開裂、隧道大變形、二襯開裂等影響隧道施工安全和結構安全的事件。

目前設計主要依據隧道埋深和地形地質條件確定隧道設計和施工參數，然而通過渝利鐵路南白洞隧道穿越D8K171+494～D8K172+122地質順層偏壓地段的監(jiān)控量測發(fā)現，在地質順層偏壓的設計時尚應結合現場監(jiān)控量測及時對設計和施工參數進行調整。為確保隧道施工及結構安全，本文對地質偏壓隧道在監(jiān)控量測基礎上對設計參數進行了調整，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

渝利鐵路南白洞隧道為客貨共線(開行雙層集裝箱)雙線隧道，設計行車速度為200 km/h。隧道穿越地層屬低山地貌，地勢較緩，局部陡峻。隧址構造簡單，地層單斜，D8K171+494～D8K172+122段巖性為中厚層泥巖夾中～薄層狀砂巖(J2s)，埋深大于250 m，巖層產狀:N30°～35°E/22°～30°SE，走向與線路夾角為2°～11°，巖層視傾角21°～30°，巖層傾向線路左側，隧道左側順層偏壓。砂巖中節(jié)理較發(fā)育，裂隙水從砂、泥巖接觸帶附近呈線狀滲出，泥巖為隔水層，裂隙水在泥巖接觸面形成相對富水帶，巖體結構整體穩(wěn)定性較差。

隧道初期支護為:拱部180°四肢格柵鋼架，間距1.5 m，φ22鎖腳錨桿長3 m，每處2根;拱墻φ22砂漿錨桿長3 m，間距1.2 m×1.5 m(環(huán) ×縱);φ6鋼筋網25 cm ×25 cm;180°拱部噴射 C25混凝土厚23 cm，邊墻噴射C25混凝土厚10 cm。二次襯砌設計為:Ⅲ級加強復合式襯砌，襯砌加寬值0.1 m，采用C30素混凝土，拱墻40 cm厚，仰拱45 cm厚。施工采用長臺階法，臺階長度30 m，仰拱一次開挖長度為12 m，二次襯砌要求為施工期間結合現場實際量測數據對支護及圍巖的穩(wěn)定性進行判定，二次襯砌應在圍巖及初期支護的變形基本穩(wěn)定后施作，初支開裂前二襯距離掌子面的距離一般在150 m左右。仰拱開挖澆筑距離掌子面長度一般為100 m左右。

2 監(jiān)控量測斷面布置及控制指標

2.1 斷面布置

結合隧道實際情況，本次監(jiān)測主要包括型鋼應力、圍巖壓力、初期支護與二次襯砌的接觸壓力、二次襯砌混凝土應變、圍巖內部位移5個內容，具體見表1。

表1 監(jiān)測斷面及監(jiān)測內容

2.2 監(jiān)測控制指標

本次監(jiān)測的控制指標主要有:圍巖與初期支護之間的壓力;初期支護的工字鋼或鋼筋的抗拉強度;混凝土壓應力以及圍巖內部位移。為安全考慮，各控制指標分別為:圍巖與初期支護之間壓力不大于1.0 MPa;18號工字鋼為抗拉強度規(guī)定值(370 MPa～500 MPa)的下限370 MPa;初期支護鋼筋的主筋為Ⅱ級熱軋螺紋鋼筋HRB335，其抗拉、壓強度設計值均為300 MPa;混凝土壓應力達到其軸心抗壓強度設計值時，取2 000 με作為混凝土壓應變控制指標;跨度7 m＜B≤12 m隧道初期支護極限相對位移在Ⅳ級圍巖時為0.20%～0.80%。本隧道開挖跨度最大達13.6 m，其極限相對位移值為108 mm。按隧道相對位移左右對稱考慮，取54 mm作為圍巖內部位移控制指標。

3 監(jiān)測數據分析

3.1 初支型鋼拱架應力

D8K171+853和D8K171+807斷面型鋼拱架應力圖分別為圖1所示。

圖1 拱架應力變化曲線

由圖1可知:初期支護鋼拱架的應力并非對稱分布，最大值均位于左側拱腰上，這和巖層的傾向一致，量值大小約為控制指標(370 MPa)的60%左右;鋼拱架應力急劇變化的位置分別是左側拱腰上和拱頂，甚至出現了個別測點超出壓應力范圍的現象。

3.2 圍巖壓力

D8K171+853和D8K171+807斷面的圍巖壓力分布見圖2。最大值為0.952 MPa(測點位于拱頂)，達到允許應力1.0 MPa的95.2%，但大部分數值仍分布在 0.1 MPa ～0.3 MPa。

圖2 圍巖壓力變化曲線

由圖2可知:D8K171+853斷面拱頂處圍巖壓力變化不平穩(wěn)，第三天突然增大，10 d后基本趨于穩(wěn)定，并逐漸減小。右側拱腰下壓力緩慢增大;左右邊墻圍巖壓力很小，均小于0.1 MPa;而D8K171+807斷面左側拱腰圍巖壓力變化不平穩(wěn)，儀器埋設后第二天突然增大，之后連續(xù)3 d均呈增長趨勢，5 d后壓力急劇減小，測值在0附近漂移。

3.3 初支與二襯接觸壓力

D8K171+987和D8K171+958斷面初期支護與二次襯砌間的壓力變化曲線如圖3所示。

圖3 初支與二襯間接觸壓力變化曲線

由圖3可知:初期支護與二次襯砌之間的壓力不穩(wěn)定，尤其是右側拱腰上、左側拱腰上、右邊墻等位置。而且兩端面初支與二襯接觸壓力變化歷時曲線均表明:由于地質順層偏壓的原因，右側壓力明顯大于左側。

3.4 二襯混凝土應變

D8K171+987斷面縱向和橫向混凝土應變曲線見圖4。

圖4 D8K171+987斷面二襯混凝土應變

(縱向，即沿隧道方向)拉應變的最大值為242.48 με(測點在左邊墻)，為允許應變2 000 με的12.12%，壓應變的最大值為31.02 με(測點在右側拱腰上)，遠遠小于允許應變。

由圖4可知:該斷面縱向混凝土應變比較平穩(wěn)，環(huán)向在拱頂、左側拱腰下、右側拱腰下先是受拉，大約15 d即轉變?yōu)槭軌?，但變化均比較平緩。

從上圖可見，該斷面混凝土大多處于受拉狀態(tài)，應變(縱向)比較平穩(wěn)，未出現大的波動，而且應變值也未出現超過允許應變的情況，說明二襯混凝土在這種受力情況下狀態(tài)良好。

3.5 圍巖內部位移

D8K171+852斷面進洞右側和左側圍巖內部位移見圖5。

圖5 D8K171+852斷面巖內部位移

最大值為33.96 mm，為允許位移54 mm的62.90%。

由圖5可知:下臺階開挖對圍巖內部位移影響很大。以右側為例，在下臺階開挖之前，圍巖內部位移很小，基本在5 mm以內。當下臺階開挖至監(jiān)測斷面時，圍巖內部位移急劇發(fā)展，2 d內變化約20 mm。主要原因在于:下臺階一次進尺過長，未能盡快立邊墻拱架、噴錨，使得初期支護未能及時封閉成環(huán)，給圍巖位移提供了條件。左側圍巖位移也存在同樣的規(guī)律。

4 結語

通過以上監(jiān)測數據的分析，可得到以下結論:

1)由于地質順層偏壓的存在使得初期支護和二次襯砌的應力出現不對稱的狀態(tài);2)地質順層偏壓除對初期支護的應力產生影響，同時影響到圍巖內部的位移;3)采用臺階法施工地質順層偏壓隧道時，應注意及時對初支封閉成環(huán);4)施工中應結合圍巖情況，根據施工監(jiān)測數據及時調整參數，從而保證隧道結構的施工安全。

［1］ 李光揚，蔣再文.地質偏壓隧道圍巖破壞規(guī)律研究［J］.公路，2012(3):227-231.

［2］ 周曉軍，高 楊.地質順層偏壓隧道圍巖壓力及其分布特點的試驗研究［J］.現代隧道技術，2006(1):12-21.

［3］ 于躍勛.地質順層偏壓隧道施工力學研究［D］.成都:西南交通大學，2004.

［4］ TB 10121-2007，鐵路隧道監(jiān)控量測技術規(guī)程［S］.

［5］ GB 50010-2010，混凝土結構設計規(guī)范［S］.