梅林隧道出口初期支護變形處理方案分析

唐 兵

(中鐵十二局集團 第二工程有限公司，山西 太原030000)

0 前言

廈深鐵路重點控制工程梅林隧道位于廣東省深圳市龍崗區境內，該隧道穿過多個山間坳地，坳地多堆積填土，以松散狀為主，多由粉質黏土及花崗巖塊石、風化土搬運堆填而成，厚度較大，局部地段隧道洞身位于填土層中，施工中易發生坍塌、冒頂。隧道出口段穿越深圳市警犬基地、深圳市第二勞教所和地方碎石場，該處屬拆遷工程，該段地面以下9m范圍內為人工填土，隧道拱頂埋深約9m，即隧道頂部均為人工填土，隧道圍巖分級為VI級，對隧道施工安全影響比較大。在拆遷警犬基地辦公樓時，將建筑垃圾隧道上方，且挖機、炮機在隧道上方地表來回游走、炮擊震蕩，造成隧道局部承載力較大，從而對隧道出口的初期支護變形產生較大的影響，相應地該段的初期支護變形處理方案[2-3]的選擇和施工顯得尤為重要[1]。

1 總體方案確定

1）掛網噴砼封閉各暴露面，包括掌子面、拱部、邊墻、核心土及變形開裂處；

2）洞內回填土石方，使隧道變形穩定；在中臺階回填形成寬約3m作業平臺，距拱頂高為5～6m；

3）立即施做襯砌；

4）在上導、中導作業平臺及已施工仰拱段搭架支撐，加固已施工初期支護；

5）施做注漿孔，按開挖加固圈進行有效注漿；

6）注漿完成后，從開裂里程處向掌子面逐榀換拱。

2 具體實施方案及施工步驟

具體實施方案有兩種，方案一為臺階法換拱，首先從拱部換起；方案二為從下導向上換拱，加固下導基礎后，再換拱部。

2.1 方案一

第一步：掛網噴砼封閉各暴露面，包括掌子面、拱部、邊墻、核心土及變形開裂處；要求噴砼厚度不小于10cm。

第二步：洞內回填土石方，使隧道穩定；在中導附近回填形成寬約3m作業平臺，距拱頂5～6m；掛網噴砼防護中導作業平臺，噴砼厚度不小于20cm。

第三步：襯砌鋼筋綁扎完畢后，整體拆解簡易臺車，施做DK507+166.1～DK507+155.7段襯砌。

第四步：搭架支撐、加固已施工初期支護。

圖1 上導作業平臺處加固支撐橫斷面圖

1）上導作業平臺加固：將16mm厚鋼板切割成1m×1m，平鋪在核心土上，利用廢舊材料做支撐，所有支撐用100mm以上無縫鋼管連接起來，支撐橫斷面圖見圖1。上導部位分三段支撐，每段支撐間距為1～1.5m，支撐縱斷面圖見圖2。

圖2 出口洞內加固支撐縱斷面圖

2）中導作業平臺加固：（1）首先在中導作業平臺上橫鋪一塊長8m×寬2m×厚16mm鋼板，用四根12m長I25工字鋼，每兩根一組合并焊接在一起后分段做橫撐，形成橫向卡口梁，每條卡口梁間距為2～2.5m。考慮到中導作業平臺位置支距為13.1m，因此焊接工字鋼時，要求錯開焊縫。（2）利用I20工字鋼做豎撐、縱向支撐及斜撐；豎撐與橫向卡口梁，豎撐與縱向支撐，豎撐與斜撐均要求焊接起來，且焊接飽滿密實，縱向橫撐長為7m，支撐圖見圖3。

圖3 中導作業平臺處加固支撐橫斷面圖

第五步：支撐完畢后，施做注漿管。從DK507+151.2里程處，開始打設Φ42徑向注漿小導管，單根長度3m，小導管孔壁鉆Φ10泄漿孔，泄漿孔間距15cm螺旋形布置，端部加工成錐形。孔口管采用Φ50mm，壁厚3.5mm的無縫鋼管，長0.5m，要求有良好的止漿措施。注漿孔沿隧道梅花型布置，孔口環向間距1.8m，縱向間距2m，注1:1水泥漿液，注漿管口安裝注漿閥門。要求每個拱腳都布置注漿孔。注漿孔布置圖見圖4。注漿管構造圖見圖5。

圖4 注漿孔布置圖

圖5 注漿管構造示意圖

第六步：按照開挖加固圈3m進行有效注漿，如單管吃漿量較大，必須勤于換管，不允許對個別吃漿量較大的注漿管長時間注漿，造成浪費，現場應根據注漿壓力、吃漿量等進行及時有效注漿。

第七步：注漿完成后進行換拱。首先回填洞碴形成作業平臺，作業平臺距拱頂5～6m，然后從DK507+151.2里程處逐榀置換上導拱架，中下導及時跟進置換，要求錯開置換，置換完3～5榀拱架后，及時施做仰拱，閉合成環。當置換到縱向支撐梁時，切割跟進即可。換拱后支護參數同該里程段初期支護交底，此處略。換拱段采用火雷管起爆局部逐段拆除，炮孔深度控制在15～20cm，豐鎬配合鑿除。

2.2 方案二

第一步、第二步、第三步同方案一。

第四步：搭架支撐、加固初期支護。

1）上導作業平臺處加固同方案一；

2）中導作業平臺處加固：（1）首先在中導作業平臺上橫鋪一塊長8m×寬2m×厚16mm鋼板，用四根12m長I25工字鋼，每兩根一組合并焊接在一起后分段做橫撐，形成橫向卡口梁，每條卡口梁間距為2～2.5m。考慮到中導作業平臺位置支距為13.1m，因此焊接工字鋼時，要求錯開焊縫。（2）利用I20工字鋼做豎撐、縱向支撐及斜撐；豎撐與橫向卡口梁，豎撐與縱向支撐，豎撐與斜撐均要求焊接起來，且焊接飽滿密實。縱向支撐長為12m，與已施工仰拱段支撐相連接，見圖6。

圖6 出口洞內加固支撐縱斷面圖

3）已施做仰拱段作業平臺處加固：（1）在已施工仰拱填充面上，用2根12m長I25工字鋼，合并焊接在一起后做橫撐，形成橫向卡口梁。（2）利用I20工字鋼做豎撐、縱向支撐及斜撐；豎撐與橫向卡口梁，豎撐與縱向支撐，豎撐與斜撐均要求焊接起來，且焊接飽滿密實。縱向支撐長為12m，與中導處支撐相連接，支撐圖見圖7。

第五步、第六步同方案一。

第七步：注漿完成后進行換拱。首先置換下導拱架，加固形成穩定基礎后再逐榀置換上導拱架，置換完3～5榀拱架后，及時施做仰拱，閉合成環。換拱段采用火雷管起爆局部逐段拆除，炮孔深度控制在15～20cm，豐鎬配合鑿除。

3 方案對比選擇

因梅林隧道出口段洞身及仰拱底巖性為人工填土、粉質黏土，均為軟基，若按方案一風險較大；方案二在已施工仰拱段搭架支撐，施工限制較大，但支護結構和襯砌的整體受力分布更加的合理，能有效的抑制隧洞襯砌的變形，綜合考慮建議選用方案二[4]。

4 施工要點及注意事項

1）施工中安排專職人員24小時值班，發現險情及時撤離作業人員及設備，確保施工安全。

2）加強圍巖變形觀測，及時掌握隧道支護結構產生的位移、變形信息，在確保隧道安全的同時，為及時調整隧道支護參數提供依據。

3）新施做的初期支護必須嚴格按照交底技術尺寸進行施工，嚴禁擅自更改技術尺寸，以免造成二次侵限。

4）拱架連接板必須密貼，要求螺栓全部安裝到位。

5）架連接板必須密貼，要求螺栓全部安裝到位。

6）注意地下水、施工用水及地表積水的引排，以免造成浸泡，危及隧道安全。

5 施工效果

根據鐵道部鐵建設（2010）120號文要求：當拱頂下沉,水平收斂速度達到5mm/天或位移累計達到100mm時，必須暫停掘進，分析原因，采取措施。經常現場監測，經過支護加固注漿處理之后，梅林隧道出口隧道洞頂下沉變形和水平變形均在設計允許范圍內，滿足設計要求和行業要求，表明第二套支護方案可行。

［1］中鐵第四勘察設計院集團有限公司.廈深惠深補（隧）50[R].2008，10.

［2］王建宇.地下工程噴錨支護原理和設計[M].北京：中國鐵道出版社，1980.

［3］谷兆祺，彭守拙，李仲奎.地下洞室[M].北京：清華大學出版社，1994.

［4］陳芬芬，鄭海澤.隧道變形的分析[J].科技信息，2008（16）：305-306.

［5］張國輝.南山口黃土隧道施工技術研究[D].中國地質大學（北京），2010.