卢 伟
(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)
随着我国铁路隧道里程的增加，不可避免的会遇到各种复杂地质条件，其中由地质顺层岩体等引起的隧道地质偏压问题目前还未进行过较为深入的研究。工程实践表明:当隧道穿越具有地质顺层结构的岩体时，因岩体倾斜且岩体之间节理、层理面等软弱结构面的存在，在隧道开挖后使围岩受到扰动而沿弱面可能发生滑移，从而引起地质顺层偏压隧道施工过程中发生坍方、初期支护开裂、隧道大变形、二衬开裂等影响隧道施工安全和结构安全的事件。
目前设计主要依据隧道埋深和地形地质条件确定隧道设计和施工参数，然而通过渝利铁路南白洞隧道穿越D8K171+494～D8K172+122地质顺层偏压地段的监控量测发现，在地质顺层偏压的设计时尚应结合现场监控量测及时对设计和施工参数进行调整。为确保隧道施工及结构安全，本文对地质偏压隧道在监控量测基础上对设计参数进行了调整，可为类似工程提供参考。
1 工程概况
渝利铁路南白洞隧道为客货共线(开行双层集装箱)双线隧道，设计行车速度为200 km/h。隧道穿越地层属低山地貌，地势较缓，局部陡峻。隧址构造简单，地层单斜，D8K171+494～D8K172+122段岩性为中厚层泥岩夹中～薄层状砂岩(J2s)，埋深大于250 m，岩层产状:N30°～35°E/22°～30°SE，走向与线路夹角为2°～11°，岩层视倾角21°～30°，岩层倾向线路左侧，隧道左侧顺层偏压。砂岩中节理较发育，裂隙水从砂、泥岩接触带附近呈线状渗出，泥岩为隔水层，裂隙水在泥岩接触面形成相对富水带，岩体结构整体稳定性较差。
隧道初期支护为:拱部180°四肢格栅钢架，间距1.5 m，φ22锁脚锚杆长3 m，每处2根;拱墙φ22砂浆锚杆长3 m，间距1.2 m×1.5 m(环 ×纵);φ6钢筋网25 cm ×25 cm;180°拱部喷射 C25混凝土厚23 cm，边墙喷射C25混凝土厚10 cm。二次衬砌设计为:Ⅲ级加强复合式衬砌，衬砌加宽值0.1 m，采用C30素混凝土，拱墙40 cm厚，仰拱45 cm厚。施工采用长台阶法，台阶长度30 m，仰拱一次开挖长度为12 m，二次衬砌要求为施工期间结合现场实际量测数据对支护及围岩的稳定性进行判定，二次衬砌应在围岩及初期支护的变形基本稳定后施作，初支开裂前二衬距离掌子面的距离一般在150 m左右。仰拱开挖浇筑距离掌子面长度一般为100 m左右。
2 监控量测断面布置及控制指标
2.1 断面布置
结合隧道实际情况，本次监测主要包括型钢应力、围岩压力、初期支护与二次衬砌的接触压力、二次衬砌混凝土应变、围岩内部位移5个内容，具体见表1。
表1 监测断面及监测内容
2.2 监测控制指标
本次监测的控制指标主要有:围岩与初期支护之间的压力;初期支护的工字钢或钢筋的抗拉强度;混凝土压应力以及围岩内部位移。为安全考虑，各控制指标分别为:围岩与初期支护之间压力不大于1.0 MPa;18号工字钢为抗拉强度规定值(370 MPa～500 MPa)的下限370 MPa;初期支护钢筋的主筋为Ⅱ级热轧螺纹钢筋HRB335，其抗拉、压强度设计值均为300 MPa;混凝土压应力达到其轴心抗压强度设计值时，取2 000 με作为混凝土压应变控制指标;跨度7 m＜B≤12 m隧道初期支护极限相对位移在Ⅳ级围岩时为0.20%～0.80%。本隧道开挖跨度最大达13.6 m，其极限相对位移值为108 mm。按隧道相对位移左右对称考虑，取54 mm作为围岩内部位移控制指标。
3 监测数据分析
3.1 初支型钢拱架应力
D8K171+853和D8K171+807断面型钢拱架应力图分别为图1所示。
图1 拱架应力变化曲线
由图1可知:初期支护钢拱架的应力并非对称分布，最大值均位于左侧拱腰上，这和岩层的倾向一致，量值大小约为控制指标(370 MPa)的60%左右;钢拱架应力急剧变化的位置分别是左侧拱腰上和拱顶，甚至出现了个别测点超出压应力范围的现象。
3.2 围岩压力
D8K171+853和D8K171+807断面的围岩压力分布见图2。最大值为0.952 MPa(测点位于拱顶)，达到允许应力1.0 MPa的95.2%，但大部分数值仍分布在 0.1 MPa ～0.3 MPa。
图2 围岩压力变化曲线
由图2可知:D8K171+853断面拱顶处围岩压力变化不平稳，第三天突然增大，10 d后基本趋于稳定，并逐渐减小。右侧拱腰下压力缓慢增大;左右边墙围岩压力很小，均小于0.1 MPa;而D8K171+807断面左侧拱腰围岩压力变化不平稳，仪器埋设后第二天突然增大，之后连续3 d均呈增长趋势，5 d后压力急剧减小，测值在0附近漂移。
3.3 初支与二衬接触压力
D8K171+987和D8K171+958断面初期支护与二次衬砌间的压力变化曲线如图3所示。
图3 初支与二衬间接触压力变化曲线
由图3可知:初期支护与二次衬砌之间的压力不稳定，尤其是右侧拱腰上、左侧拱腰上、右边墙等位置。而且两端面初支与二衬接触压力变化历时曲线均表明:由于地质顺层偏压的原因，右侧压力明显大于左侧。
3.4 二衬混凝土应变
D8K171+987断面纵向和横向混凝土应变曲线见图4。
图4 D8K171+987断面二衬混凝土应变
(纵向，即沿隧道方向)拉应变的最大值为242.48 με(测点在左边墙)，为允许应变2 000 με的12.12%，压应变的最大值为31.02 με(测点在右侧拱腰上)，远远小于允许应变。
由图4可知:该断面纵向混凝土应变比较平稳，环向在拱顶、左侧拱腰下、右侧拱腰下先是受拉，大约15 d即转变为受压，但变化均比较平缓。
从上图可见，该断面混凝土大多处于受拉状态，应变(纵向)比较平稳，未出现大的波动，而且应变值也未出现超过允许应变的情况，说明二衬混凝土在这种受力情况下状态良好。
3.5 围岩内部位移
D8K171+852断面进洞右侧和左侧围岩内部位移见图5。
图5 D8K171+852断面岩内部位移
最大值为33.96 mm，为允许位移54 mm的62.90%。
由图5可知:下台阶开挖对围岩内部位移影响很大。以右侧为例，在下台阶开挖之前，围岩内部位移很小，基本在5 mm以内。当下台阶开挖至监测断面时，围岩内部位移急剧发展，2 d内变化约20 mm。主要原因在于:下台阶一次进尺过长，未能尽快立边墙拱架、喷锚，使得初期支护未能及时封闭成环，给围岩位移提供了条件。左侧围岩位移也存在同样的规律。
4 结语
通过以上监测数据的分析，可得到以下结论:
1)由于地质顺层偏压的存在使得初期支护和二次衬砌的应力出现不对称的状态;2)地质顺层偏压除对初期支护的应力产生影响，同时影响到围岩内部的位移;3)采用台阶法施工地质顺层偏压隧道时，应注意及时对初支封闭成环;4)施工中应结合围岩情况，根据施工监测数据及时调整参数，从而保证隧道结构的施工安全。
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［4］ TB 10121-2007，铁路隧道监控量测技术规程［S］.
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