隧道軟弱破碎帶圍巖中CRD法施工技術(shù)應(yīng)用的探討

柴永幸

【摘要】：軟弱破碎帶圍巖這一部分是隧道施工的特殊環(huán)節(jié)。因此在隧道開挖之前，要求科學(xué)運用全面的綜合施工技術(shù)對隧道的軟弱破碎帶圍巖進行特殊處理。本文結(jié)合廣西壯族自治區(qū)資興高速公路第六標(biāo)段八坊分離式隧道（左線K57+438～K59+820、右線K57+504～K59+860），進出口端仰坡巖土體均由第四系坡積物、全、強風(fēng)化花崗巖組成，結(jié)構(gòu)松散且富水。使得隧道洞口斜坡巖土體的穩(wěn)定性極差的特點，提出了相關(guān)的施工處理措施，并詳盡分析了CRD施工技術(shù)的具體應(yīng)用，從而以論證CRD施工技術(shù)保證隧道穩(wěn)的有效性。

【關(guān)鍵詞】：隧道；軟弱破碎帶；圍巖；CRD法施工技術(shù)；措施

中圖分類號：U45 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

引言

隨著我國社會主義經(jīng)濟的發(fā)展，建筑業(yè)作為民生建設(shè)的核心產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步和人民生活水平的提高有著深遠的影響。其中，隧道工程作為貫穿交通路線的重要設(shè)施建設(shè)，也被要求將建造技術(shù)提升到一個新的高度。然而，軟弱破碎帶圍巖的開挖環(huán)節(jié)是隧道工程施工的一個主要難題，其中運用到的CRD施工技術(shù)主要包括超前預(yù)報、超前支護、分步開挖和實時監(jiān)測這四個方面。只有將這四個環(huán)節(jié)按部就班地嚴格執(zhí)行，才能保證隧道的施工安全和完工質(zhì)量。 本文結(jié)合資興高速公路第六標(biāo)段八坊分離式隧道（左線K57+438～K59+820、右線K57+504～K59+860），進出口端仰坡巖土體均由第四系坡積物、全、強風(fēng)化花崗巖組成，結(jié)構(gòu)松散且富水。使得隧道洞口斜坡巖土體的穩(wěn)定性極差的特點，提出了采用CRD法相關(guān)的施工處理措施，并詳盡分析了CRD施工技術(shù)的具體應(yīng)用，從而以論證CRD施工技術(shù)保證隧道穩(wěn)定的有效性，確保隧道施工質(zhì)量和安全得到有效控制。以期為今后類似地質(zhì)問題的隧道施工提供參考。

1.CRD法施工技術(shù)簡介

1.1 CRD施工技術(shù)的特點

CRD施工技術(shù)的前提是對地層進行預(yù)加固的處理，其基礎(chǔ)是對錨和網(wǎng)噴進行支護，從而形成一個由加固完工的地層與初期階段的支護兩者共同組建的整體結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮出承受外部負荷的重要作用。另一方面，還要通過實時監(jiān)測以跟蹤監(jiān)控各項作業(yè)指標(biāo)，達到精確數(shù)據(jù)、指導(dǎo)施工的目的；并通過對初期支護結(jié)構(gòu)拱頂沉降和收斂程度的嚴格控制，達到確保施工質(zhì)量與安全的目的。CRD施工技術(shù)的主要優(yōu)點在于可將一個大隧道從整體出發(fā)，切割劃分成多個小洞室，再科學(xué)安排好隧道開挖的步驟與程序，保證各個施工部門在開挖時做到沿著支護結(jié)構(gòu)從上往下地有序進行。在合理完善支護體系的同時，及時將各個部門的施工路段封閉成環(huán)，有利于提高防止支護結(jié)構(gòu)及洞內(nèi)外圍巖變形的有效性，提高支護體系承受壓力的負荷量，從而能夠有效控制地面沉降和土體水平位移等不良現(xiàn)象的發(fā)生。另外，CRD施工技術(shù)的缺點在于，對中隔壁的拆除過程中面臨著較大的風(fēng)險，且施工步驟與程序較為繁多復(fù)雜，這就拖慢了整體的施工進度。

1.2 CRD施工工藝流程

CRD施工技術(shù)是一種大跨度的、對隧道軟弱破碎帶圍巖進行分部開挖、鋼架支護、仰拱先行的施工方法。CRD法施工工藝流程如圖1所示。CRD施工技術(shù)在一般情況下縱向分為上、中、下3層、橫向分為左右兩側(cè)6部，進行分步施工。首先，對隧道軟弱破碎帶其中一側(cè)的上、中2層進行開挖和支護工作，架設(shè)好橫豎中隔壁；其次，當(dāng)噴射的混凝土達到設(shè)計強度等級的70%時，再對隧道軟弱破碎帶另一側(cè)的上、中2層進行開挖和支護工作，架設(shè)好橫中隔壁；最后，對隧道左右兩側(cè)的下層進行開挖和支護，由此完成初期支護和中隔壁的施工，從而形成由1層豎向中隔壁和2層橫向中隔壁共同組建而成的的網(wǎng)格狀支護框架。

圖1. CRD法施工工藝流程圖

1.3 CRD施工技術(shù)原理

從整體出發(fā)，把整個隧道的大斷面劃分為上、下、左、右四個小斷面，分別進行局部施工作業(yè)。要做到單獨挖掘推進劃分好的每一個小斷面，從而以形成一個較為完整的大隧道；另一方面，在進行挖掘土地的過程中，還要充分利用到土層的短時自我穩(wěn)固功能，科學(xué)采取網(wǎng)狀噴錨（中間為“十”字形、周邊為雞蛋形）的支護形式，能用中隔壁及中隔板承擔(dān)部分壓力，從而有利于發(fā)揮隧道周邊的圍巖或土層表面的密貼型薄壁的支護作用。具體的CRD施工技術(shù)操作原理如下圖2所示。

步驟一 步驟二 步驟三

1） 用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前小導(dǎo)管超前支護；

2） 弱爆破開挖①部；

3） 噴10 cm厚混凝土封閉掌子面；

4） 鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。

1） 滯后①部15 m后，開挖② 部；

2） 隧底周邊部分初噴4 cm厚混凝土；

3） 接側(cè)墻仰拱鋼架和臨時鋼架；

4） 鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。 1） 利用上一循環(huán)架立的鋼架做隧道超

2） 前支護，開挖③部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟同①

步驟四 步驟五 步驟六

1） 在滯后于③部15 m后，開挖④部并施作導(dǎo)

2） 坑周邊的初期支護和臨時支護，步驟同② 。 1） 以洞室穩(wěn)定為前提，逐段拆除靠近已

2） 完成仰拱6.--8 m范圍內(nèi)中隔壁底部臨時鋼

3） 架，澆筑該段仰拱，然后澆筑該段隧底填充。 1） 中隔壁底部臨時鋼架接長，支撐在隧底填充混凝土上。

圖2. CRD施工技術(shù)原理

2.隧道軟弱破碎帶圍巖的CRD施工方法

2.1超前預(yù)報

在對隧道軟弱破碎帶圍巖進行施工之前，要使用地質(zhì)雷達對開挖的隧道地段做出超前預(yù)報，深入了解并充分掌握精準(zhǔn)的地質(zhì)狀況，以避免在開挖過程中遇到一些由軟弱破碎帶圍巖斷層導(dǎo)致的突發(fā)性事故。

2.2超前支護

由于隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的自身承載力較差，為了避免其因沉降量過大而導(dǎo)致巖體坍塌，必須通過一定程度上的外界支護以借力達到穩(wěn)固的狀態(tài)。在正常情況下，這種對隧道軟弱破碎帶圍巖的超前支護是以注漿或錨桿等較為柔軟的材質(zhì)作為支護的主要結(jié)構(gòu)，通過把柔性結(jié)構(gòu)深埋的方式來制成隧道內(nèi)的超前支護架。然而當(dāng)隧道內(nèi)的施工進度過渡到了初期支護階段，隧道初期支護及二次襯砌背后都要回填注漿，并預(yù)先埋下注漿管，合理控制注漿壓力，使其保持穩(wěn)定。

2.3分步開挖

隧道軟弱破碎帶圍巖的CRD施工方法分成4個步驟進行開挖支護。首先要做到對拱腳處理的加強，每側(cè)拱腳都要設(shè)置2根鎖腳錨桿，采用長度達4.5米的φ42鋼管。同時，要做到對臨時支撐每次拆除長度的嚴格控制與管理，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的實際情況對每次拆除長度進行合理調(diào)整；其次，在施工過程中要嚴格控制好隧道開挖的尺寸，避免冒然開挖而導(dǎo)致的施工誤差。在此需要用到激光指向儀，通過多臺指向儀的共同工作，嚴格控制隧道開挖的中線及水平程度，確保開挖斷面的平順圓滑。在施工誤差方面也要事先將開挖輪廓線這一部分納入考慮范圍，將預(yù)留變形和開挖過度等因素對工程質(zhì)量的影響降到最低。最后，在開挖過程中要加大監(jiān)控量測的力度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)施工對象，如拱頂、拱腳、邊墻的位移速率值，超出了預(yù)算好的合理數(shù)值范圍之外時，必須及時采取相應(yīng)的措施，調(diào)整施工方法，修改支護參數(shù)，以解決面臨的突發(fā)狀況。

圖3. CRD施工技術(shù)分步開挖圖

如上圖3所示，首先，設(shè)置好I級臺階的支護結(jié)構(gòu)，再使左、右分別進行施工步驟，與此同時要在中間的位置架設(shè)中隔拱壁；其次，設(shè)置好II級臺階的支護框架，再使左、右同時進行施工操作；最后，重復(fù)設(shè)置好III級臺階建設(shè)，并重復(fù)左、右的施工步驟。

2.4實時監(jiān)測

對于已經(jīng)竣工的隧道工程，仍然需要進行跟蹤監(jiān)測以徹底杜絕工程的質(zhì)量隱患。在正常情況下，要使用“鋼弦式應(yīng)力計”來測量并記錄好隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的變形數(shù)值動態(tài)。

3.施工要點

3.1臨時支護的拆除

3.1.1布置測點

布置測點的目的是為了確定拆除臨時支護的最佳時間點。要在確保支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下才能拆除臨時支護，這種前提一般情況下是當(dāng)支護結(jié)構(gòu)的變形數(shù)值小于0.2毫米/天時。

3.1.2鑿除噴射混凝土

將風(fēng)鎬和弱控制這兩種爆破方式有機結(jié)合在一起，且保證分部進行弱爆破操作，同時，還要將弱爆破的范圍嚴格控制在2米之內(nèi)。

3.1.3注意拆除順序

按照從上到下的順序分段進行拆除。

3.2精確施工步長

3.2.1精確臺階步長

先根據(jù)臺階的開挖高度，再將圍巖穩(wěn)定滑移面的角度確定下來，從而最終確認好3到5米的臺階步長。

3.2.2精確各個開挖路面步長

在一般情況下是將該步長控制在8到10米的范圍之內(nèi)，但也要根據(jù)施工的實際情況進行靈活調(diào)整。

4.施工注意事項

4.1注重保護圍巖

各個施工部門進行開挖時應(yīng)注重對隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的保護工作，在最大程度上減少對圍巖的擾動。因此，在施工過程中應(yīng)以使用機械開挖為主要施工方式，再以人工作業(yè)為輔，盡量減少爆破的使用頻率。

4.2保證支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

對隧道圍巖的下部進行開挖時，應(yīng)注意軟弱破碎帶上部支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在開挖邊墻時必須采用兩側(cè)交錯挖馬口施做，防止位于上部支護結(jié)構(gòu)斷面兩側(cè)的拱腳部分出現(xiàn)同時懸空的現(xiàn)象；另一方面，對于質(zhì)地較為松軟的圍巖，最好采用臨時仰拱及時封閉斷面成環(huán)的做法，以保證支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.3各施工路段應(yīng)保持合理的安全距離

兩個相鄰的掌子面之間要將距離控制在8到10米，以保證導(dǎo)坑在開挖過程中的施工安全；同時，每個導(dǎo)坑的上下臺階之間要將距離控制在3到5米。

5.我公司工地現(xiàn)場實際案例

以我公司前段時間負責(zé)的一項映汶高速公路映秀隧道工程為例，該隧道為大斷面高速公路雙線軟弱圍巖隧道，開挖斷面面積達120平方米，全長5260米，最大埋深近170米。全隧道洞身設(shè)計縱斷面為2‰及3‰的上坡。隧道圍巖主要為Ⅳ級，分布有全風(fēng)化泥巖、砂巖、強風(fēng)化長石石英砂巖，巖體破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越了軟弱圍巖、淺埋段等不良地層。本隧道工程施工的關(guān)鍵正是在于應(yīng)用了上述的CRD技術(shù)。實踐表明，CRD施工技術(shù)有效地促成了該隧道的順利建成。目前，該隧道已經(jīng)實現(xiàn)了全面通車，且運行狀況良好。長久的監(jiān)測顯示，該隧道的圍巖變形一直保持在可控范圍以內(nèi)。由此可以看出，CRD施工技術(shù)可有效維持隧道軟弱破碎帶圍巖的穩(wěn)定性，從而保證安全且高效的工地施工秩序。

結(jié)語：

綜上所述，對隧道軟弱破碎帶圍巖運用CRD施工技術(shù)進行作業(yè)時，需要在隧道開挖施工過程中充分做好工程的超前預(yù)報與支護，分步開挖和實時監(jiān)測等一系列工作。只有完善CRD施工技術(shù)在隧道軟弱破碎帶圍巖中的應(yīng)用措施，才能進一步保障隧道的質(zhì)量安全。

【參考文獻】：

【1】梅成煥 隧道軟弱破碎帶圍巖施工技術(shù)探討 【J】 山西路橋建設(shè) 2014.7

【2】徐偉杰 CRD法在大跨淺埋軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用 【J】 世界交通 2014.8

【3】劉習(xí)彬 CRD施工技術(shù)在隧道軟弱破碎帶圍巖中的應(yīng)用 【J】 建養(yǎng)與機械 2014.9