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(biāo)梅林隧道位于深圳龍崗區(qū)境內(nèi)，全長(zhǎng)8 607 m，聯(lián)絡(luò)線隧道長(zhǎng)957 m，是廈深鐵路控制性工程。隧道行車速度設(shè)計(jì)為200 km/h及以上，客貨共運(yùn)雙線隧道設(shè)計(jì)，洞內(nèi)采用雙塊式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)，總工期 22個(gè)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(wǎng)規(guī)劃中為5號(hào)高速公路，原稱深平快速干道，設(shè)計(jì)為雙向六車道，寬31 m，車流量為8萬(wàn)輛/d，最高設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km。隧道下穿清平高速公路段，圍巖地質(zhì)主要是燕山三期花崗巖，強(qiáng)～弱風(fēng)化層(W3～W2)，基本承載力500 kPa～1 000 kPa，飽和抗壓強(qiáng)度75 MPa，肉紅色、粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，由長(zhǎng)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(shè)計(jì)按照Ⅴ級(jí)圍巖支護(hù)參數(shù)(廈深汕深隧參05(W)-14圖)進(jìn)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(shí)必須做到“謹(jǐn)慎施工、密切監(jiān)控、預(yù)案充分、超強(qiáng)支護(hù)”原則，實(shí)現(xiàn)零沉降目標(biāo)。經(jīng)過(guò)充分論證和研討，結(jié)合我們實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)和能力，初步擬定采取以下5個(gè)方面措施控制路面沉降，確保梅林隧道安全、優(yōu)質(zhì)下穿該段:1)采取強(qiáng)有力的超前預(yù)支護(hù)措施，為后續(xù)開(kāi)挖掘進(jìn)提供保護(hù)，同時(shí)控制地表下沉;2)采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖快速封閉成環(huán)的施工方法，做到隧道開(kāi)挖進(jìn)尺穩(wěn)定、仰拱閉合成環(huán)快、縮短了開(kāi)挖面暴露時(shí)間，有效的抑制了隧道和地表下沉變形。初期支護(hù)成環(huán)后，二襯可以在很短時(shí)間內(nèi)施作，為快速、永久性的消除地表下沉隱患提供了時(shí)間和空間上的保證;3)采用微震爆破施工，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，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(dòng)波疊加;4)采取加密布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)、24 h不間斷觀測(cè)，信息化指導(dǎo)隧道施工，做到心中有數(shù)，萬(wàn)無(wú)一失;5)提前制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，如出現(xiàn)險(xiǎn)情應(yīng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，將損失控制到最低程度和最小范圍之內(nèi)，做到可防、可控。

3 具體施工方法及步驟

3.1 超前預(yù)支護(hù)施工

從DK499+470里程開(kāi)始(由大里程向小里程方向施工)，開(kāi)挖前在隧道拱部120°范圍內(nèi)施作φ 89超前大管棚，注水泥漿加固。大管棚長(zhǎng)度為10 m/環(huán)～15 m/環(huán)，共施作14環(huán)，兩環(huán)之間搭接長(zhǎng)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(jié)構(gòu)下沉，又為下部開(kāi)挖提供了安全保障。鋼管采用φ 89 mm×5 mm的無(wú)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(shí)根據(jù)巖層吃漿量情況做適當(dāng)調(diào)整，鉆機(jī)采用HTG-100水平定向跟管鉆機(jī)，注漿采用KBY-30/120注漿機(jī)。

3.2 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法快速封閉成環(huán)施工

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法以弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖預(yù)留核心土為基本模式，分上、中、下三個(gè)臺(tái)階七個(gè)開(kāi)挖面，各部位的開(kāi)挖與支護(hù)沿隧道縱向錯(cuò)開(kāi)、平行推進(jìn)，適用于開(kāi)挖斷面為100 m2～180 m2的Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖，在DK499+312～DK499+470段采用此方法是適用的，具有如下技術(shù)特點(diǎn):1)施工空間大，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，實(shí)現(xiàn)仰拱快速閉合成環(huán)，有效抑制下沉;2)在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)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(shè)計(jì)開(kāi)挖，分兩個(gè)階段實(shí)施:1)試驗(yàn)階段，在隧道進(jìn)入此段前30 m進(jìn)行爆破試驗(yàn)，總結(jié)鉆爆參數(shù)，優(yōu)化鉆爆設(shè)計(jì);2)爆破施工階段，將合理的爆破方案在DK499+312～DK499+470段進(jìn)行全面實(shí)施，主要控制三個(gè)方面:a.減弱爆破 z震速傳遞。在上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，在拱部120°范圍開(kāi)挖輪廓線上方5 cm設(shè)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(dòng)波傳遞的效果。b.確定最大一段爆破用藥量。根據(jù)鉆爆設(shè)計(jì)，最大一段爆破用藥量為上臺(tái)階，依據(jù)公式計(jì)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(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，cm/s;K為地質(zhì)地形影響系數(shù);a為衰減系數(shù)。試驗(yàn)階段按照下列取值進(jìn)行，并不斷更正:Vkp=10 cm/s，K=324.87，a=2.4。c.減少爆破震動(dòng)波疊加。采用孔內(nèi)控制微差起爆網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，施作中增大爆破起爆段別，增加起爆間隔時(shí)間，增大爆破間隔時(shí)間，避免振動(dòng)波的疊加，有效的控制爆破震動(dòng)效應(yīng)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(shí)，用泥堵塞炮眼口，以達(dá)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(shù)一般控制在1.2(D=52.45)范圍內(nèi)。

3.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保隧道施工安全

1)加強(qiáng)高速公路路面沉降觀測(cè)。在地面 DK499+312～DK499+470段范圍內(nèi)加密布設(shè)監(jiān)測(cè)樁，沿線路縱向每隔5.0 m布置一個(gè)觀測(cè)斷面，斷面橫向每隔2.0 m布設(shè)一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，確定初始坐標(biāo)值，并對(duì)清平高速公路路面、邊坡進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，作好記錄。洞內(nèi)施工時(shí)地表2 h觀測(cè)一次，24 h不間斷進(jìn)行。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整隧道支護(hù)參數(shù)和施工方法，確保有效控制路面沉降。

2)加強(qiáng)隧道圍巖監(jiān)控量測(cè)。監(jiān)控量測(cè)必須緊跟開(kāi)挖、支護(hù)作業(yè)進(jìn)行布點(diǎn)和監(jiān)測(cè)，量測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析反饋，以保證施工安全，各臺(tái)階開(kāi)挖施作初期支護(hù)后的拱頂沉降和圍巖凈空量測(cè)在3 h～6 h內(nèi)取得初讀數(shù)，其他量測(cè)項(xiàng)目在12 h內(nèi)取得初讀數(shù)，及時(shí)繪制時(shí)間—位移變化曲線，有效指導(dǎo)施工。

3.5 制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，做到可防可控

1)總體方案部署:成立高速公路協(xié)調(diào)小組，在施工期間過(guò)往車輛限速行駛，并在路面設(shè)置減速標(biāo)志;成立專門的監(jiān)控量測(cè)小組，負(fù)責(zé)地表沉降觀測(cè)和圍巖監(jiān)控量測(cè);成立隧道質(zhì)量監(jiān)控小組，負(fù)責(zé)隧道開(kāi)挖、支護(hù)的施工質(zhì)量;成立應(yīng)急小組，由指揮長(zhǎng)負(fù)責(zé)，主要負(fù)責(zé)與高速公路部門聯(lián)動(dòng)采取應(yīng)急措施。2)應(yīng)急處理措施:DK499+312～DK499+470段158 m范圍內(nèi)隨時(shí)觀察路面和洞內(nèi)圍巖的情況，做好路面和洞內(nèi)圍巖監(jiān)控量測(cè)工作，分析數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工，防止變形、坍塌事故的發(fā)生。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)備足鋼材、方木等應(yīng)急材料;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人24 h不間斷職守，如出現(xiàn)險(xiǎn)情，立即上報(bào)指揮部和高速公路管理單位，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)立即對(duì)道路采取管制措施，洞內(nèi)首先撤離施工人員，其次是機(jī)械設(shè)備，盡量將損失降到最低。3)變形超限應(yīng)急措施:當(dāng)隧道內(nèi)圍巖變形無(wú)收斂趨勢(shì)或路面沉降接近變形允許值時(shí)，立即停止施工，封閉掌子面并在第一時(shí)間報(bào)告應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)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(shí)與設(shè)計(jì)院、業(yè)主和監(jiān)理部門聯(lián)系，提高支護(hù)參數(shù)，加強(qiáng)支護(hù)措施。