梅林隧道出口初期支护变形处理方案分析

唐 兵

(中铁十二局集团 第二工程有限公司，山西 太原030000)

0 前言

厦深铁路重点控制工程梅林隧道位于广东省深圳市龙岗区境内，该隧道穿过多个山间坳地，坳地多堆积填土，以松散状为主，多由粉质黏土及花岗岩块石、风化土搬运堆填而成，厚度较大，局部地段隧道洞身位于填土层中，施工中易发生坍塌、冒顶。隧道出口段穿越深圳市警犬基地、深圳市第二劳教所和地方碎石场，该处属拆迁工程，该段地面以下9m范围内为人工填土，隧道拱顶埋深约9m，即隧道顶部均为人工填土，隧道围岩分级为VI级，对隧道施工安全影响比较大。在拆迁警犬基地办公楼时，将建筑垃圾隧道上方，且挖机、炮机在隧道上方地表来回游走、炮击震荡，造成隧道局部承载力较大，从而对隧道出口的初期支护变形产生较大的影响，相应地该段的初期支护变形处理方案[2-3]的选择和施工显得尤为重要[1]。

1 总体方案确定

1）挂网喷砼封闭各暴露面，包括掌子面、拱部、边墙、核心土及变形开裂处；

2）洞内回填土石方，使隧道变形稳定；在中台阶回填形成宽约3m作业平台，距拱顶高为5～6m；

3）立即施做衬砌；

4）在上导、中导作业平台及已施工仰拱段搭架支撑，加固已施工初期支护；

5）施做注浆孔，按开挖加固圈进行有效注浆；

6）注浆完成后，从开裂里程处向掌子面逐榀换拱。

2 具体实施方案及施工步骤

具体实施方案有两种，方案一为台阶法换拱，首先从拱部换起；方案二为从下导向上换拱，加固下导基础后，再换拱部。

2.1 方案一

第一步：挂网喷砼封闭各暴露面，包括掌子面、拱部、边墙、核心土及变形开裂处；要求喷砼厚度不小于10cm。

第二步：洞内回填土石方，使隧道稳定；在中导附近回填形成宽约3m作业平台，距拱顶5～6m；挂网喷砼防护中导作业平台，喷砼厚度不小于20cm。

第三步：衬砌钢筋绑扎完毕后，整体拆解简易台车，施做DK507+166.1～DK507+155.7段衬砌。

第四步：搭架支撑、加固已施工初期支护。

图1 上导作业平台处加固支撑横断面图

1）上导作业平台加固：将16mm厚钢板切割成1m×1m，平铺在核心土上，利用废旧材料做支撑，所有支撑用100mm以上无缝钢管连接起来，支撑横断面图见图1。上导部位分三段支撑，每段支撑间距为1～1.5m，支撑纵断面图见图2。

图2 出口洞内加固支撑纵断面图

2）中导作业平台加固：（1）首先在中导作业平台上横铺一块长8m×宽2m×厚16mm钢板，用四根12m长I25工字钢，每两根一组合并焊接在一起后分段做横撑，形成横向卡口梁，每条卡口梁间距为2～2.5m。考虑到中导作业平台位置支距为13.1m，因此焊接工字钢时，要求错开焊缝。（2）利用I20工字钢做竖撑、纵向支撑及斜撑；竖撑与横向卡口梁，竖撑与纵向支撑，竖撑与斜撑均要求焊接起来，且焊接饱满密实，纵向横撑长为7m，支撑图见图3。

图3 中导作业平台处加固支撑横断面图

第五步：支撑完毕后，施做注浆管。从DK507+151.2里程处，开始打设Φ42径向注浆小导管，单根长度3m，小导管孔壁钻Φ10泄浆孔，泄浆孔间距15cm螺旋形布置，端部加工成锥形。孔口管采用Φ50mm，壁厚3.5mm的无缝钢管，长0.5m，要求有良好的止浆措施。注浆孔沿隧道梅花型布置，孔口环向间距1.8m，纵向间距2m，注1:1水泥浆液，注浆管口安装注浆阀门。要求每个拱脚都布置注浆孔。注浆孔布置图见图4。注浆管构造图见图5。

图4 注浆孔布置图

图5 注浆管构造示意图

第六步：按照开挖加固圈3m进行有效注浆，如单管吃浆量较大，必须勤于换管，不允许对个别吃浆量较大的注浆管长时间注浆，造成浪费，现场应根据注浆压力、吃浆量等进行及时有效注浆。

第七步：注浆完成后进行换拱。首先回填洞碴形成作业平台，作业平台距拱顶5～6m，然后从DK507+151.2里程处逐榀置换上导拱架，中下导及时跟进置换，要求错开置换，置换完3～5榀拱架后，及时施做仰拱，闭合成环。当置换到纵向支撑梁时，切割跟进即可。换拱后支护参数同该里程段初期支护交底，此处略。换拱段采用火雷管起爆局部逐段拆除，炮孔深度控制在15～20cm，丰镐配合凿除。

2.2 方案二

第一步、第二步、第三步同方案一。

第四步：搭架支撑、加固初期支护。

1）上导作业平台处加固同方案一；

2）中导作业平台处加固：（1）首先在中导作业平台上横铺一块长8m×宽2m×厚16mm钢板，用四根12m长I25工字钢，每两根一组合并焊接在一起后分段做横撑，形成横向卡口梁，每条卡口梁间距为2～2.5m。考虑到中导作业平台位置支距为13.1m，因此焊接工字钢时，要求错开焊缝。（2）利用I20工字钢做竖撑、纵向支撑及斜撑；竖撑与横向卡口梁，竖撑与纵向支撑，竖撑与斜撑均要求焊接起来，且焊接饱满密实。纵向支撑长为12m，与已施工仰拱段支撑相连接，见图6。

图6 出口洞内加固支撑纵断面图

3）已施做仰拱段作业平台处加固：（1）在已施工仰拱填充面上，用2根12m长I25工字钢，合并焊接在一起后做横撑，形成横向卡口梁。（2）利用I20工字钢做竖撑、纵向支撑及斜撑；竖撑与横向卡口梁，竖撑与纵向支撑，竖撑与斜撑均要求焊接起来，且焊接饱满密实。纵向支撑长为12m，与中导处支撑相连接，支撑图见图7。

第五步、第六步同方案一。

第七步：注浆完成后进行换拱。首先置换下导拱架，加固形成稳定基础后再逐榀置换上导拱架，置换完3～5榀拱架后，及时施做仰拱，闭合成环。换拱段采用火雷管起爆局部逐段拆除，炮孔深度控制在15～20cm，丰镐配合凿除。

3 方案对比选择

因梅林隧道出口段洞身及仰拱底岩性为人工填土、粉质黏土，均为软基，若按方案一风险较大；方案二在已施工仰拱段搭架支撑，施工限制较大，但支护结构和衬砌的整体受力分布更加的合理，能有效的抑制隧洞衬砌的变形，综合考虑建议选用方案二[4]。

4 施工要点及注意事项

1）施工中安排专职人员24小时值班，发现险情及时撤离作业人员及设备，确保施工安全。

2）加强围岩变形观测，及时掌握隧道支护结构产生的位移、变形信息，在确保隧道安全的同时，为及时调整隧道支护参数提供依据。

3）新施做的初期支护必须严格按照交底技术尺寸进行施工，严禁擅自更改技术尺寸，以免造成二次侵限。

4）拱架连接板必须密贴，要求螺栓全部安装到位。

5）架连接板必须密贴，要求螺栓全部安装到位。

6）注意地下水、施工用水及地表积水的引排，以免造成浸泡，危及隧道安全。

5 施工效果

根据铁道部铁建设（2010）120号文要求：当拱顶下沉,水平收敛速度达到5mm/天或位移累计达到100mm时，必须暂停掘进，分析原因，采取措施。经常现场监测，经过支护加固注浆处理之后，梅林隧道出口隧道洞顶下沉变形和水平变形均在设计允许范围内，满足设计要求和行业要求，表明第二套支护方案可行。

［1］中铁第四勘察设计院集团有限公司.厦深惠深补（隧）50[R].2008，10.

［2］王建宇.地下工程喷锚支护原理和设计[M].北京：中国铁道出版社，1980.

［3］谷兆祺，彭守拙，李仲奎.地下洞室[M].北京：清华大学出版社，1994.

［4］陈芬芬，郑海泽.隧道变形的分析[J].科技信息，2008（16）：305-306.

［5］张国辉.南山口黄土隧道施工技术研究[D].中国地质大学（北京），2010.