高速鐵路膨脹土隧道CRD法施工技術(shù)

涂平安

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司 涿州 072750）

高速鐵路膨脹土隧道CRD法施工技術(shù)

涂平安

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司 涿州 072750）

以新建鐵路云桂線云南段YGZQ-6標(biāo)新發(fā)一號(hào)隧道為例，結(jié)合該隧道淺埋、偏壓、膨脹土施工難度大等特點(diǎn)，詳細(xì)介紹CRD法在膨脹土隧道中的主要施工工藝、控制要點(diǎn)和安全保證措施，為膨脹土隧道提供技術(shù)參考和借鑒。

CRD法 膨脹土隧道 施工

1 工程概況

新發(fā)一號(hào)隧道位于云桂鐵路彌勒～石林板橋區(qū)間，為雙線隧道，全長(zhǎng)582m。全隧為Ⅴ級(jí)強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，屬膨脹土，埋深較淺，地層為第四系全新統(tǒng)坡洪積（Q4dl+pl）粉質(zhì)黏土、松軟土；坡殘積（Q4dl+pl)）黏土（弱膨脹土）；上第三系河頭組（N1-2h）黏土（中等膨脹土）。下伏基巖為二疊系上統(tǒng)峨眉山組（P2β）玄武巖，地質(zhì)斷面詳見圖1。進(jìn)口段112米為明挖段，出口段27米為明挖段。隧道最大埋深約30m，施工風(fēng)險(xiǎn)大，暗洞施工采用CRD方法。

圖1 隧道地質(zhì)斷面圖

2 施工方案選擇

根據(jù)隧道地質(zhì)為Ⅴ級(jí)強(qiáng)風(fēng)化玄武巖，屬膨脹土，由于膨脹土本身遇水后土體膨脹、強(qiáng)度降低，因此在經(jīng)綜合考慮，確定采用強(qiáng)支護(hù)CRD法施工，快速成環(huán)，減少圍巖開挖后在空氣中爆露的時(shí)間。

支護(hù)措施：拱部采用Φ25中空錨桿，邊墻采用Φ22砂漿錨桿，按照1×1.2m布置，鋼筋網(wǎng)采用φ 8鋼筋，網(wǎng)格間距20×20cm,全環(huán)采用I20b型鋼鋼架，間距0.6m/榀，臨時(shí)橫撐和臨時(shí)豎撐采用I18型鋼鋼架，上下臺(tái)階基礎(chǔ)采用φ42鎖腳錨管，每處2根，2.5m/根。洞口超前支護(hù)采用φ108大管棚，39根，每根長(zhǎng)35m，洞身超前支護(hù)采用φ60中管棚，每環(huán)39根，6m/環(huán)，8m/根。二次襯砌采用復(fù)合式襯砌，拱墻為60cm厚鋼筋混凝土，仰拱為70cm厚鋼筋混凝土。

3 施工工藝

CRD法主要為分部開挖、支護(hù)，分部閉合成小環(huán)，全斷面閉合成大環(huán)，三個(gè)工序，每開挖一部均及時(shí)施作初期支護(hù)、中隔壁及臨時(shí)仰拱。待初支變形穩(wěn)定后，拆除臨時(shí)豎撐下半部分，澆筑仰拱及仰拱填充，而后根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，確定二襯施作時(shí)機(jī)，拆除臨時(shí)鋼架及橫撐，鋪設(shè)環(huán)+縱向透水盲溝、防水板+土工布，利用襯砌臺(tái)車一次性灌筑拱墻襯砌，最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2 CRD法施工工藝流程圖。

圖2 CRD法施工工藝流程圖

3.2 施工示意圖

CRD法施工示意圖詳見圖3，圖4為現(xiàn)場(chǎng)施工照片。

圖3 CRD法施工示意圖

3.3 施工要點(diǎn)

3.3.1 超前支護(hù)

進(jìn)口DK635+800～DK635+830和出口DK636+233～DK636+203拱部設(shè)置大管棚，大管棚采用φ 108mm×6mm熱軋無縫鋼管，每環(huán)39根，35m/根。大管棚外插角1°～3°，注M10水泥漿，注漿壓力為1～2MPa。

洞身范圍內(nèi)設(shè)置φ60中管棚，每環(huán)39根，環(huán)向間距0.4m，6m/環(huán)，8m/根。中管棚采用φ60mm ×5mm熱軋無縫鋼管，外插角5°～10°，注M10水泥漿，注漿壓力0.5～1MPa。

3.3.2 洞身開挖

洞身開挖應(yīng)堅(jiān)持“先預(yù)報(bào)、管超前、短進(jìn)尺、弱擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則，分部開挖，快速封閉。

（1）開挖前施作超前支護(hù)，洞身開挖采用機(jī)械配合人工的方法，施工順序?yàn)椋鹤髠?cè)上部（①部）開挖初期支護(hù)成環(huán)，左側(cè)下部（②部）開挖初期支護(hù)成環(huán)，右側(cè)上部（③部）開挖初期支護(hù)成環(huán)，右側(cè)下部（④部）開挖初期支護(hù)成環(huán)，見CRD法施工示意圖。

（2）本隧道設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為 15cm，在施工過程中，根據(jù)隧道淺埋以及膨脹土特性，為滿足隧道凈空要求，可適當(dāng)加大預(yù)留變形量。

（3）上臺(tái)階開挖進(jìn)尺不大于1榀鋼架間距，即0.6m，下臺(tái)階開挖進(jìn)尺不超過2榀鋼架間距。各分部開挖面相距3～5m。

（4）由于本隧道淺埋且圍巖極具膨脹性，應(yīng)嚴(yán)格按CRD法工藝要求施工，上臺(tái)階鋼架基礎(chǔ)采用外擴(kuò)大拱腳，并墊鋼板，增加上臺(tái)階鋼架基礎(chǔ)的受載面積。上臺(tái)階開挖每循環(huán)（約0.8m）采用噴8cm厚C20砼封閉掌子面一次；下導(dǎo)坑采用多臺(tái)階或放坡開挖，坡度不陡于1:1。

3.3.3 初期支護(hù)

初期支護(hù)采用錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土結(jié)構(gòu)，及時(shí)封閉成環(huán)，封閉成環(huán)的位置距掌子面不得大于35m，保證施工安全。

（1）系統(tǒng)錨桿

隧道拱部系統(tǒng)錨桿采用φ25中空注漿錨桿，邊墻系統(tǒng)錨桿采用Φ22砂漿錨桿，按梅花形布置，環(huán)向×縱向間距為1.2×1.0m。

（2）鋼筋網(wǎng)

鋼架緊貼圍巖一側(cè)設(shè)置φ8鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距20×20cm,允許偏差±10mm，鋼筋網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度應(yīng)為1～2個(gè)網(wǎng)格，允許偏差為±50mm。

（3）鋼拱架

隧道全環(huán)采用I20b型鋼鋼架支護(hù)，鋼拱架間距為0.6m/榀，允許偏差±10cm，垂直度允許偏差±2°。鋼架間設(shè)置Φ22縱向連接筋，環(huán)向間距0.8m；上下臺(tái)階鋼架基礎(chǔ)下墊【28槽鋼，加強(qiáng)鋼架之間的連接并防止鋼架下沉；為保證鋼架基礎(chǔ)的穩(wěn)定，上、下臺(tái)階鋼架基礎(chǔ)采用φ42鎖腳錨管，每處2根，每根長(zhǎng)4.5m，采用U型鋼筋與鋼筋滿焊連接。

在施工工程中部分地段由于初支變形較大，鋼架改為I22b型鋼鋼架，鎖腳錨管改用φ75注漿鋼花管，每處4根，每根長(zhǎng)6m，在上臺(tái)階拱腰鋼架接頭處采用G32自進(jìn)式錨桿，每處鋼架接頭2根，每根長(zhǎng)6m。

（4）噴射混凝土

隧道噴射混凝土采用濕噴工藝，拱墻采用C25纖維混凝土，仰拱采用C25素混凝土。開挖完后現(xiàn)出噴4cm，鋼拱架安裝完后在復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度28cm。

3.3.4 臨時(shí)支護(hù)

臨時(shí)豎撐采用I18型鋼鋼架，在各段腳處下墊【28a槽鋼，增強(qiáng)穩(wěn)定性，在①部施工時(shí)，施工超前小導(dǎo)管，每根長(zhǎng)4.5m，每榀鋼架12根，間距0.4m。側(cè)壁設(shè)置定位錨桿為Φ22砂漿錨桿，每榀鋼架3根，每根長(zhǎng)3m。側(cè)壁設(shè)置φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25×25cm，噴射20cm厚C20素混凝土。臨時(shí)橫撐亦采用I18型鋼鋼架，噴射10cm厚C20素混凝土。在圍巖較脆弱、初支變形較大地段，臨時(shí)支護(hù)采用I20b型鋼鋼架。待初支變形穩(wěn)定后，拆除臨時(shí)豎撐下半部分，澆筑仰拱及仰拱填充，而后根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，確定二襯施作時(shí)機(jī)，拆除臨時(shí)鋼架及橫撐，利用襯砌臺(tái)車一次性灌筑拱墻襯砌。臨時(shí)豎撐及臨時(shí)橫撐一次性拆除不宜大于4榀。

3.3.5 防排水施工

隧道防排水施工應(yīng)采取防、堵、截、排綜合治理措施，達(dá)到防水可靠，經(jīng)濟(jì)合理，不留后患的目的。隧道抗?jié)B等級(jí)為P10。

隧道初期支護(hù)與二次襯砌間拱墻部位鋪設(shè)防水板加無紡布，洞內(nèi)一般設(shè)置雙側(cè)排水溝加中心溝，襯砌背后設(shè)置環(huán)向、縱向盲管，將地下水引入洞內(nèi)側(cè)溝，再通過橫向排水管引入中心溝排出洞外。其中，環(huán)向盲管采用Φ50軟式透水管；縱向盲管采用Φ80雙壁打孔波紋管；橫向排水管采用Φ100PVC管，側(cè)溝與排水管采用異性彎頭連接。環(huán)、縱向盲管每10m彎入測(cè)溝，橫向排水管每10m設(shè)置一道，并設(shè)置2%的排水坡度。

隧道襯砌縱向施工縫采用中埋式鋼邊止水帶+遇水膨脹橡膠止水條進(jìn)行防水處理。

隧道襯砌拱墻環(huán)向施工縫采用中埋式橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶進(jìn)行防水處理，仰拱環(huán)向施工縫采用中埋式橡膠止水帶進(jìn)行防水處理。

3.3.6 襯砌施工

隧道襯砌采用復(fù)合式襯砌，襯砌結(jié)構(gòu)為C35鋼筋混凝土，抗?jié)B等級(jí)不小于P10，襯砌厚度為60cm（仰拱襯砌厚度為70cm），雙層鋼筋網(wǎng)間距為42cm，Φ25環(huán)向主筋間距20cm，Φ14縱向分布鋼筋間距25cm，鋼筋節(jié)點(diǎn)處設(shè)置φ10箍筋。襯砌采用襯砌臺(tái)車一次澆筑。仰拱澆筑使用仰拱背模與端模，一次澆注成型，仰拱與仰拱填充應(yīng)分開澆筑，仰拱混凝土終凝后，澆筑仰拱填充。襯砌及時(shí)施作，距掌子面的距離不得大于50m（仰拱襯砌距掌子面的距離不得大于35m）。

4 輔助施工措施

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)隧道地質(zhì)情況、風(fēng)險(xiǎn)源及其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取地質(zhì)調(diào)查法、物探法及超前鉆探法。

地質(zhì)調(diào)查每開挖循環(huán)進(jìn)行一次。

隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)為高度，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)中度以上，采用物探手段 TSP203+紅外探測(cè)。每次預(yù)報(bào)距離100m，搭接長(zhǎng)度不小于10m。

超前鉆探主要采用超前鉆孔（2孔）+加深炮眼（5孔）。超前地質(zhì)鉆孔：采用單孔水平取巖芯鉆探法，超前探測(cè)20～30m，驗(yàn)證中近距離物探超前探測(cè)的異常地段。每25m一循環(huán)，每孔長(zhǎng)30m。加深炮眼，在每一循環(huán)布設(shè)5個(gè)鉆孔5m作為探測(cè)孔。

4.2 圍巖監(jiān)控量測(cè)

按照《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)不僅監(jiān)測(cè)各施工階段圍巖和支護(hù)動(dòng)態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，及時(shí)調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)、預(yù)留變形量、仰拱和二次襯砌施作時(shí)間。

隧道監(jiān)控量測(cè)主要進(jìn)行洞內(nèi)外觀察、凈空水平收斂量測(cè)、拱頂下沉量測(cè)、地表下沉量測(cè)等工作。當(dāng)拱頂下沉、水平收斂速率達(dá)5mm/d或位移累計(jì)達(dá)100mm時(shí)，停止掘進(jìn)，及時(shí)分析原因，采取處理措施。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）膨脹土本身的遇水膨脹,失水收縮的特性對(duì)膨脹土隧道施工極為不利,特別在地下水發(fā)育、地表降水滲透的條件下，隧道土體極易失穩(wěn),具體表現(xiàn)在收斂急劇擴(kuò)展、拱頂下沉加大,甚至坍塌等,所以對(duì)膨脹土隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)得尤為重要。

（2）膨脹土隧道地表，特別在淺埋段如出現(xiàn)地裂、地溝等地質(zhì)現(xiàn)象,在地表降水的影響下極易對(duì)隧道造成破壞，應(yīng)特別引起重視，主要處理措施有：

①回填地裂、地溝，防止地表水流下滲；

②加強(qiáng)隧道地表排水處理，將地表水引至隧道影響范圍外。

（3）隧道開挖采用人工配合機(jī)械開挖，及時(shí)支護(hù)，減少開挖面暴露時(shí)間，以及施工對(duì)土體的擾動(dòng)。

（4）施工工程中應(yīng)嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，上臺(tái)階不得大于1榀鋼架間距，下臺(tái)階不得大于2榀鋼架間距，嚴(yán)格遵循“先預(yù)報(bào)、管超前、短進(jìn)尺、弱擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則，分部開挖，快速封閉。

（5）施工過程中建立完善的地表變化及洞內(nèi)收斂變形監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng)化，并能作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。

（6）CRD施工過程中各部施工要錯(cuò)開一定間距（3～5m），確保仰拱至開挖面不大于35m，二次襯砌距開挖面不大于70m。

6 總結(jié)

CRD開挖法在云桂鐵路云南段新發(fā)一號(hào)隧道施工中成功應(yīng)用，隧道已經(jīng)順利貫通，無論在施工安全、質(zhì)量還是進(jìn)度方面均取得了良好的效果，為同地質(zhì)條件的隧道施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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Construction Technology of the CRD Method for Expansive Rocks around Tunnel of High Speed Railway

TU Ping-an

(No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co., Ltd Zhuozhou Hebei 072750 China)

Based on the construction of YGZQ-6 No. 1 tunnel of Yunnan-Guizhou Railway in Yunan province, this paper introduces the CRD method from its construction technic, control points and safety measures in the construction of shallow, bias and expansive rocks around tunnel. It can provide reference for other expansive rocks around tunnels.

CRD method expansive rocks around tunnel construction

A

1673-1816(2017)01-0001-06

2016-03-19

涂平安，男，工程師，研究方向土木工程。