論軟弱圍巖環(huán)境下隧道CRD開挖工法

趙富幸

云南省公路局芒市公路管理總段，云南 潞西 678400

所謂“CRD”法，就是指在隧道等地下工程掘進施工過程中，通過設(shè)置中隔壁和臨時仰拱（兩者交叉）將開挖斷面分成4個部分，然后再根據(jù)圍巖情況進行細分部進行開挖，此法是以新奧法的基本原理為依據(jù)，在開挖過程中盡量減少對圍巖的擾動，通過超前導管、錨噴網(wǎng)、格柵洞壁支護系統(tǒng)和中隔壁、臨時仰拱聯(lián)結(jié)，使斷面支護及早閉合，控制圍巖的變形，并使之趨于穩(wěn)定。同時，建立圍巖支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測系統(tǒng)，隨時掌握施工過程中的動態(tài)變化，合理安排，調(diào)整施工工藝和修改設(shè)計參數(shù)，確保施工安全。CRD工法特點是可以充分利用中隔壁和臨時仰拱的支撐作用，并輔以超前注漿小導管超前支護、掛網(wǎng)和格柵噴混凝土等支護手段，加之開挖對圍巖擾動小，故大大提高了施工的安全性，有效控制了圍巖變形和地表下沉。支護系統(tǒng)能很好的適應(yīng)圍巖的變化，與圍巖形成一個整體，能充分發(fā)揮圍巖的自承能力。結(jié)合應(yīng)用監(jiān)控量測等信息化管理方法指導施工，使整個施工過程處于受控狀態(tài)。另一方面，采用分部開挖，其超前導坑可以起到超前預報的作用。

1 工程概況

戶撒隧道為單洞雙向行駛雙車道隧道。分界段里程為K120+008～K121+595，分界段全長1587m，隧道設(shè)計凈跨為10.60m，凈高為6.85m，采用半徑為5.3m的單心圓襯砌斷面，最大埋深199.0m。隧道地處大盈江與南碗河水系分水嶺，為構(gòu)造剝蝕中山中切割長垣壟狀山地地形地貌，山地植被很發(fā)育，植被茂密，地形縱坡起伏較大，自然坡度一般多在35～50°之間，局部大于65°，路線經(jīng)過最大高程為1783.04m，為該二級公路穿赿區(qū)的最大高程點，坡面溝谷很發(fā)育，呈樹枝狀，切割較深，多呈“V”字型， 隧道圍巖進出口段劃分為Ⅴ級、中部為Ⅴ～Ⅳ級。進口段上覆第四系殘坡積褐黃、褐紅、灰黃色砂質(zhì)粉土，松散-稍密狀，厚度1.5～3.0m，洞口段巖體風化極強，全風化巖層大于35.0m，坡體穩(wěn)定性差，施工過程中易引起規(guī)模較大的坍塌；出口段上覆第四系殘坡積褐黃、褐紅、灰黃色砂質(zhì)粉土，松散-稍密狀，厚度1.5～3.5m，處為山麓谷坡，受地形、巖石風化、基巖裂隙水的影響，坡體穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生偏壓，全風化巖層大于35m，巖體呈角（礫）碎（石）狀松散結(jié)構(gòu)，圍巖易坍塌，施工過程中易引起規(guī)模較大的坍塌，隧道中部圍巖為多中風化，呈碎塊、塊石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。巖石飽和抗壓強度36.0～90.7MPa，平均軟化系數(shù)0.73。深埋處圍巖穩(wěn)定性較好，級別較高，淺埋處受地表水與基巖裂隙水、巖石風化的影響，穩(wěn)定性較差，級別較低。局部地段受巖體差異風化性的影響，沿節(jié)理裂隙密集帶，受地下水的影響，風化較為強烈，多呈強風化碎石狀，局部呈全風化砂土狀，對隧

根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況，首先應(yīng)進行由臺階法向CRD工法轉(zhuǎn)換的過渡施工。轉(zhuǎn)換段為掌子面至其后12m，轉(zhuǎn)換段按既定CRD法施作中隔壁和臨時仰拱支撐，按V級加強斷面支護參數(shù)進行初期支護，形成支護成環(huán)封閉，掌子面前方按CRD工法施工。具體為：將開挖分1、3、5、7四部分進行；由于每部開挖斷面較大，每部中分兩臺階開挖，以防止側(cè)壁因開挖過高而出現(xiàn)坍塌；每分部施作中上下臺階步距2～3m，每部開挖步距3～5m。CRD法施工中1、3部開挖采用人工配合小型機械進行；5、7部采用人工配合小型機械施作，大型機械輔助。道圍巖的穩(wěn)定不利。尤其 K120+220～+240、K120+380～+400、K120+480～+500、K120+570～+580、K120+690～+720、K121+410～+440段坡面溝谷發(fā)育，地下水匯集，富水性較強，風化差異性較大，拱部無支護可產(chǎn)生較大坍塌，側(cè)壁有時失去穩(wěn)定，隧道施工過程中可能產(chǎn)生較大水量的涌水，建議做好地下水監(jiān)測及預報工作，同時加強地下水疏導排措施，加強坡面防護并對隧道洞身進行及時砌護；隧道處于變質(zhì)巖區(qū)，地下水化學類型以HCO3-Ca·Mg型為主，局部為HCO3—Ca及HCO3—Na型，礦化度一般小于0.3g/l，pH值5.8～7.6，對混凝土無腐蝕性，是較好的生活生產(chǎn)用水。根據(jù)該段隧道以上特點，初期支護按V級支護施作，“三臺階七步”開挖法進行施工掘進。隧道在初次支護后即出現(xiàn)持續(xù)變形，最大斷面變形量超過70cm，致使初期支護大段侵限。根據(jù)TSP203和地質(zhì)雷達超前預報分析，隧道該類圍巖在可預報范圍內(nèi)無明顯好轉(zhuǎn)跡象，為確保隧道施工安全，確保隧道二次襯砌質(zhì)量，隧道該類圍巖地段按CRD法施工。

2 CRD施工設(shè)計

圖1 CRD工法施工分區(qū)圖

戶撒隧道CRD法施工段隧道開挖超前支護采用注漿小導管，注漿漿液為雙液漿。隧道初期支護采用格柵鋼架、噴C25混凝土、掛鋼筋網(wǎng)；支護中錨桿采用中空注漿錨桿，中隔壁及臨時仰拱采用I18工字鋼、掛鋼筋網(wǎng)噴C25號混凝土支護。CRD開挖施工工藝流程見圖2。

2.1 超前注漿小導管施工

施工方法：在1部和5部開挖之前對拱部按設(shè)計施作超前小導管，并注水泥－水玻璃雙液漿。首先用鑿巖機鉆孔后放入小導管，雙液注漿機注漿。

施工參數(shù)：

1）選Φ42鋼插管，管長5.0m，在管段中部設(shè)梅花形Φ8出漿孔，孔距0.2m；雙液注漿一定要保證注漿效果。小導管按圖3示意制作。

2）鋼管沿開挖輪廓線布置，外插角5O～10O，間距0.4m。

3）注漿壓力控制在0.5～1.0 Mpa。注漿時先采用較小壓力，當壓力升高至1.0 Mpa時，停止注漿，等待幾分鐘后（不得長于漿液凝膠時間），當壓力降低后重新注漿。這樣反復幾次，直到壓力不再下降為止，以達到最佳注漿效果。當進漿量很大，壓力長時間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短漿液凝膠時間。

4）雙液注漿：注1:1水泥－水玻璃雙液漿，注漿壓力控制在0.5～1.0 Mpa。注漿時先采用較小壓力，當壓力升高至1.0 Mpa時，停止注漿，等待幾分鐘后（不得長于漿液凝膠時間），當壓力降低后重新注漿。這樣反復幾次，直到壓力不再下降為止，以達到最佳注漿效果。

5）小導管端部應(yīng)與鋼架聯(lián)接，和鋼架與注漿小導管配合使用，以形成棚架支護體系，在拱部根據(jù)設(shè)計要求布置。

圖2 CRD工法施工工藝流程

圖3 CRD工法小導管加工圖

2.2 開挖及支護

1）開挖順序：1部先開挖，隨即依次開挖3部－5部－7部；1部、3部采用人工配合小型機具開挖，架子車運土至下臺；5部、7部采用人工開挖兩側(cè)邊墻，中間采用裝載機（挖掘機）開挖，自卸車出渣。開挖分部見圖4所示。開挖循環(huán)進尺與設(shè)計鋼架間距相同（0.5m/榀），即每次開挖進尺為0.5m。

2）初期支護為：C25噴射混凝土厚30cm（II～VIII組成）；格柵鋼架0.5m/榀；φ6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距15cm×15cm；拱墻布設(shè)系統(tǒng)錨桿，采用φ25中空注漿錨桿；每兩榀拱架之間設(shè)縱向φ22連接筋，環(huán)向間距0.8m。

3）施作工序

（1）先開挖1部上臺階，開挖單循環(huán)0.5m；開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)拱部及中隔壁鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（2）1部上臺階施工2～3m后，開挖1部下臺階，每循環(huán)進尺0.5m；開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)上邊墻、中隔壁、及臨時仰拱鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（3）1部下臺階施工2～3m后，開挖3部上臺階，每循環(huán)進尺0.5m，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)下邊墻、中隔壁鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（4）3部上臺階施工2～3m后，開挖3部下臺階，每循環(huán)進尺0.5m，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)下邊墻、中隔壁及仰拱鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（5）3部下臺階施工后，開挖5部上臺階，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)拱部及中隔壁鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（6）5部上臺階施工2～3m后，開挖5部下臺階，每循環(huán)進尺0.5m，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)上邊墻、中隔壁、及臨時仰拱鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（7）5部下臺階施工2～3m后，開挖7部上臺階，每循環(huán)進尺0.5m，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)下邊墻、中隔壁鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。

（8）7部上臺階施工2～3m后，開挖7部下臺階，每循環(huán)進尺0.5m，開挖后初噴3～5cm混凝土，掛鋼筋網(wǎng)，架設(shè)下邊墻、中隔壁、仰拱鋼架，施工系統(tǒng)及鎖腳錨桿，最后復噴至設(shè)計厚度。仰拱鋼架每3m封閉一次。

圖4 CRD工法施工工序示意圖

4）施工注意事項：

（1）施工1、3、5、7部上斷面時，要做好鋼架鎖腳導管，并注漿加固，初期支護及中隔壁鋼架底部墊設(shè)混凝土預制塊，防止出現(xiàn)過大收斂和沉降變形。

（2）7部下臺階仰拱初期支護，每3m封閉一次，以便中心排水管施工。

2.3 拆除中隔墻，仰拱及填充施工

當7部下臺階仰拱初期支護封閉完成，超前設(shè)計仰拱6～8m后，僅靠設(shè)計仰拱端拆除底部中隔墻噴射混凝土及工字鋼架，拆除長度5m，實際拆除時根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果調(diào)整拆除長度，然后施工仰拱及填充。

2.4 二次襯砌施工

在施作二次襯砌前，拆除中隔墻及臨時仰拱，然后鋪設(shè)防水層；二次襯砌為模筑鋼筋混凝土，采用整體定型鋼模臺車，配備混凝土輸送泵灌注混凝土。仰拱及填充超前5m后，二次襯砌施作一環(huán)，襯砌灌注10～20h后進行養(yǎng)護。混凝土強度達到規(guī)范要求強度后拆模，施作下一循環(huán)。根據(jù)監(jiān)控量測反饋的信息，確定二襯施作長度并及時施作。

2.5 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測的項目及方法：

1） 地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察。對開挖掌子面進行觀察、地質(zhì)素描，對圍巖及初期支護表面進行觀察；

2） 拱頂下沉量測，在中隔壁的兩側(cè)即1部、5部的開挖拱頂，各設(shè)一個測點，采用水平儀測其下沉量；

3） 周邊收斂量測，根據(jù)需要，在洞內(nèi)拱腳、最大跨度線、邊墻角等處布設(shè)水平基線，采用收斂儀量測；

4） 拆除中隔墻及臨時仰拱過程拱頂下沉及周邊收斂量測監(jiān)控。量測拱頂下沉、收斂全部測點均埋設(shè)在同一斷面；

5） 根據(jù)規(guī)范和設(shè)計要求，制定監(jiān)控量測斷面間距及量測頻率等量測方案；

6） 施工測量組和監(jiān)控量測組負責量測、數(shù)據(jù)整理、繪制回歸曲線并及時反饋至隧道專業(yè)工程師，以采取相應(yīng)的技術(shù)措施；

7）噴混凝土、二次襯砌、鋼架支立，仰拱填充等施工工藝與臺階法施工相同。

2.6 CRD法施工關(guān)鍵及作業(yè)要點

1） 保持各分部開挖斷面和各部的縱向間距，分部開挖要嚴格按預定尺寸放線，開挖遵循“寧欠勿超”的原則（局部欠挖采用風稿修正），斷面開挖力求圓順，以減少出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；

2） 每塊小斷面開挖長度3～5m，及時設(shè)置臨時仰拱封閉、步步成環(huán)，盡量縮短成環(huán)時間，必要時進行掌子面噴射混凝土臨時支護；

3）中隔壁設(shè)置為弧形臨時支護，隧道左右開挖小斷面底部臨時仰拱保持在同一斷面上，各節(jié)點的連接一定要對齊，螺栓連接牢固，并及時施作鎖腳錨管；

4）必須保證中隔壁和臨時仰拱鋼架的規(guī)格數(shù)量和噴射混凝土的厚度，鋼架之間縱向連接鋼筋及時施作并連接牢固；

5） 為減小支護結(jié)構(gòu)對地基的壓力，提高地基的承載能力，對型鋼拱架的底部設(shè)置40×40×20cm的預制墊塊；

6） 初期支護穩(wěn)定后分段拆除中隔壁臨時支護，拆除長度應(yīng)根據(jù)變形監(jiān)控量測信息和仰拱澆筑長度確定（一般為4～6m）。但一次拆除長度不宜超過15m，并加強拆除過程監(jiān)控量測；

7）中隔壁混凝土拆除時，要防止對初期支護系統(tǒng)形成大的振動和擾動。可采用風鎬由上至下逐榀拆除鋼支撐之間的噴射混凝土，以及臨時支護與初期支護連接部位附著在鋼架上的噴射混凝土，臨時鋼構(gòu)件采用氣焊燒斷；

8） 臨時支護拆除后及時施作隧道仰拱和二次襯砌；

9）加強對圍巖的量測監(jiān)控。

3 施工質(zhì)量與安全控制要點：

1）嚴格按設(shè)計及規(guī)范要求施工，做到規(guī)范操作；切實做好技術(shù)交底，加強現(xiàn)場指導和過程控制，認真執(zhí)行測量復核制；

2） 加強質(zhì)量教育，提高全員質(zhì)量意識。加強和完善質(zhì)量控制體系；加強工序質(zhì)量控制，尤其是超前支護和初期支護施作質(zhì)量；

3）強化安全教育，做好崗前培訓，提高全體操作人員安全意識；實行動態(tài)安全管理，專職安全員巡視工地；

4）嚴格執(zhí)行交接班制度，確保各工序密切配合，順利施工；

5） 加強上下層封閉，專人防護，統(tǒng)一指揮；

6） 利用1部地質(zhì)條件分析、預報前方地質(zhì)情況；

7）拆除中隔壁和臨時仰拱時，腳手架一定要牢固，要按先上后下、先中隔壁后臨時仰拱的順序施工，施工人員通過拆除點時要注意安全；

8）經(jīng)常檢查聯(lián)結(jié)點的變化情況，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。

4 結(jié)論

1）“CRD”法開挖施工通過設(shè)置中隔壁和臨時仰拱（兩者交叉）將開挖斷面分成若干分部，視圍巖情況進行細分部進行開挖，通過超前導管、錨噴網(wǎng)、格柵洞壁支護系統(tǒng)和中隔壁、臨時仰拱聯(lián)結(jié)，使斷面支護及早閉合，與圍巖形成一個整體，能充分發(fā)揮圍巖的自承能力；

2）建立圍巖支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測系統(tǒng)，隨時掌握施工過程中的動態(tài)變化，合理安排，調(diào)整施工工藝和修改設(shè)計參數(shù)，確保施工安全；

3）強化管理控制與施工組織，重視安全交底。