梅林隧道下穿清平高速公路施工方案

劉勇斌

1 工程概況

XSGZQ-10標梅林隧道位于深圳龍崗區(qū)境內，全長8 607 m，聯絡線隧道長957 m，是廈深鐵路控制性工程。隧道行車速度設計為200 km/h及以上，客貨共運雙線隧道設計，洞內采用雙塊式無碴軌道結構，總工期 22個月。梅林隧道在 DK499+312～DK499+470段下穿清平高速公路，線路平面夾角133°，清平高速公路在深圳市交通網規(guī)劃中為5號高速公路，原稱深平快速干道，設計為雙向六車道，寬31 m，車流量為8萬輛/d，最高設計時速為100 km。隧道下穿清平高速公路段，圍巖地質主要是燕山三期花崗巖，強～弱風化層(W3～W2)，基本承載力500 kPa～1 000 kPa，飽和抗壓強度75 MPa，肉紅色、粗粒花崗結構、塊狀構造，由長石、石英、云母組成，巖體完整。地下水類型主要為少量的基巖裂隙水，水量貧乏。設計按照Ⅴ級圍巖支護參數(廈深汕深隧參05(W)-14圖)進行施工，梅林隧道DK499+312～DK499+470段下穿清平高速公路埋深15 m～23 m。

2 下穿施工總體方案及思路

清平高速公路每天車流量較大，不能受到任何的行車影響，故梅林隧道下穿施工時必須做到“謹慎施工、密切監(jiān)控、預案充分、超強支護”原則，實現零沉降目標。經過充分論證和研討，結合我們實際施工經驗和能力，初步擬定采取以下5個方面措施控制路面沉降，確保梅林隧道安全、優(yōu)質下穿該段:1)采取強有力的超前預支護措施，為后續(xù)開挖掘進提供保護，同時控制地表下沉;2)采用三臺階七步開挖快速封閉成環(huán)的施工方法，做到隧道開挖進尺穩(wěn)定、仰拱閉合成環(huán)快、縮短了開挖面暴露時間，有效的抑制了隧道和地表下沉變形。初期支護成環(huán)后，二襯可以在很短時間內施作，為快速、永久性的消除地表下沉隱患提供了時間和空間上的保證;3)采用微震爆破施工，減少對圍巖的擾動，控制地表沉降變形。微震爆破主要控制:減弱爆破震速傳遞、控制最大一段爆破用藥量、減少爆破震動波疊加;4)采取加密布設監(jiān)控點、24 h不間斷觀測，信息化指導隧道施工，做到心中有數，萬無一失;5)提前制定詳細的應急預案，如出現險情應立即啟動應急預案，將損失控制到最低程度和最小范圍之內，做到可防、可控。

3 具體施工方法及步驟

3.1 超前預支護施工

從DK499+470里程開始(由大里程向小里程方向施工)，開挖前在隧道拱部120°范圍內施作φ 89超前大管棚，注水泥漿加固。大管棚長度為10 m/環(huán)～15 m/環(huán)，共施作14環(huán)，兩環(huán)之間搭接長度為3 m，管棚環(huán)向間距中至中為40 cm，外插角4°～7°，最終要形成厚約1.5 m的拱形承重環(huán)，既減小了地表結構下沉，又為下部開挖提供了安全保障。鋼管采用φ 89 mm×5 mm的無縫鋼管，絲扣連接，水泥漿液水灰比為 1∶1(重量比)、注漿壓力一般為0.5 MPa～2.0 MPa，施工時根據巖層吃漿量情況做適當調整，鉆機采用HTG-100水平定向跟管鉆機，注漿采用KBY-30/120注漿機。

3.2 三臺階七步開挖法快速封閉成環(huán)施工

三臺階七步開挖法以弧形導坑開挖預留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護沿隧道縱向錯開、平行推進，適用于開挖斷面為100 m2～180 m2的Ⅳ，Ⅴ級圍巖，在DK499+312～DK499+470段采用此方法是適用的，具有如下技術特點:1)施工空間大，方便機械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，實現仰拱快速閉合成環(huán)，有效抑制下沉;2)在地質條件發(fā)生變化時，便于靈活、及時地轉換施工工序，調整施工方法，安全性高。

3.3 微震爆破控制施工

采用微震爆破設計開挖，分兩個階段實施:1)試驗階段，在隧道進入此段前30 m進行爆破試驗，總結鉆爆參數，優(yōu)化鉆爆設計;2)爆破施工階段，將合理的爆破方案在DK499+312～DK499+470段進行全面實施，主要控制三個方面:a.減弱爆破 z震速傳遞。在上臺階開挖時，在拱部120°范圍開挖輪廓線上方5 cm設減震孔眼，孔眼深1.5 m，間距15 cm，以便較好的起到減弱爆破震動波傳遞的效果。b.確定最大一段爆破用藥量。根據鉆爆設計，最大一段爆破用藥量為上臺階，依據公式計算微震爆破作業(yè)段最大一段允許裝藥量:Qmax=R3×(Vkp/K)3/a。其中，Qmax為最大一段爆破用藥量，kg;R為爆破安全距離，m;Vkp為質點振動安全允許速度，cm/s;K為地質地形影響系數;a為衰減系數。試驗階段按照下列取值進行，并不斷更正:Vkp=10 cm/s，K=324.87，a=2.4。c.減少爆破震動波疊加。采用孔內控制微差起爆網絡技術，施作中增大爆破起爆段別，增加起爆間隔時間，增大爆破間隔時間，避免振動波的疊加，有效的控制爆破震動效應和發(fā)揮微差爆破作用效果。

采用水壓爆破，炮眼中未裝藥部分用塑料袋裝水填塞密實，用泥堵塞炮眼口，以達到在同等爆破效果條件下減少炸藥用量。

周邊眼用φ 25×200小藥卷，不耦合裝藥，其余炮眼用φ 40×200藥卷，不耦合裝藥系數一般控制在1.2(D=52.45)范圍內。

3.4 加強監(jiān)控量測，確保隧道施工安全

1)加強高速公路路面沉降觀測。在地面 DK499+312～DK499+470段范圍內加密布設監(jiān)測樁，沿線路縱向每隔5.0 m布置一個觀測斷面，斷面橫向每隔2.0 m布設一個觀測點，確定初始坐標值，并對清平高速公路路面、邊坡進行現狀調查，作好記錄。洞內施工時地表2 h觀測一次，24 h不間斷進行。根據觀測結果及時調整隧道支護參數和施工方法，確保有效控制路面沉降。

2)加強隧道圍巖監(jiān)控量測。監(jiān)控量測必須緊跟開挖、支護作業(yè)進行布點和監(jiān)測，量測數據及時分析反饋，以保證施工安全，各臺階開挖施作初期支護后的拱頂沉降和圍巖凈空量測在3 h～6 h內取得初讀數，其他量測項目在12 h內取得初讀數，及時繪制時間—位移變化曲線，有效指導施工。

3.5 制定詳細的應急預案，做到可防可控

1)總體方案部署:成立高速公路協(xié)調小組，在施工期間過往車輛限速行駛，并在路面設置減速標志;成立專門的監(jiān)控量測小組，負責地表沉降觀測和圍巖監(jiān)控量測;成立隧道質量監(jiān)控小組，負責隧道開挖、支護的施工質量;成立應急小組，由指揮長負責，主要負責與高速公路部門聯動采取應急措施。2)應急處理措施:DK499+312～DK499+470段158 m范圍內隨時觀察路面和洞內圍巖的情況，做好路面和洞內圍巖監(jiān)控量測工作，分析數據指導施工，防止變形、坍塌事故的發(fā)生。同時現場備足鋼材、方木等應急材料;現場設專人24 h不間斷職守，如出現險情，立即上報指揮部和高速公路管理單位，同時現場立即對道路采取管制措施，洞內首先撤離施工人員，其次是機械設備，盡量將損失降到最低。3)變形超限應急措施:當隧道內圍巖變形無收斂趨勢或路面沉降接近變形允許值時，立即停止施工，封閉掌子面并在第一時間報告應急領導小組，采取限制重型車輛通行(須提前取得公路管理部門同意)，同時與設計院、業(yè)主和監(jiān)理部門聯系，提高支護參數，加強支護措施。