CRD工法在隧道施工中的優(yōu)化

楊恩 蘇海龍

摘 要：CRD工法已經(jīng)應(yīng)用于玉蒙鐵路黑龍?zhí)端淼朗┕ぶ?。針?duì)淺埋、軟弱、偏壓、膨脹巖等地質(zhì)條件，本文對(duì)原設(shè)計(jì)CRD工法進(jìn)行改進(jìn)，采取有效的施工措施，完成大斷面隧道的施工任務(wù)。

關(guān)鍵詞：CRD工法;隧道施工;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）20-0125-03

Abstract： The CRD method has been applied to the construction of the Heilongtan tunnel of the Yumeng Railway. Aiming at geological conditions such as shallow burial， weak， biased pressure， and expansive rock， this paper improved the original design CRD construction method and adopted effective construction measures to complete the construction of large-section tunnels.

Keywords： CRD construction method;tunnel construction;optimization

黑龍?zhí)端淼罏樾陆p線鐵路隧道，全長(zhǎng)為386 m，隧道頂覆蓋層厚度最厚達(dá)到22 m，最薄處僅為3.5 m，全隧圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，開挖跨度13.6 m，平均開挖斷面為145 m2，設(shè)計(jì)要求按CRD工法開挖。全隧處于淺埋、偏壓地段，部分段落為人工堆積土，剝蝕丘陵地貌，下部為全風(fēng)化帶（W4）和強(qiáng)風(fēng)化帶（W3），粉砂巖夾粉質(zhì)黏土，砂巖夾頁(yè)巖成互層狀交替，巖層含水量較大，節(jié)理、裂隙中含有活性礦物成分的黏土充填物，圍巖具有膨脹性，不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)并存，表層覆蓋紅黏土垂直裂隙發(fā)育，地表水易沿裂隙下滲，軟化下伏巖層，風(fēng)化砂易流失，一旦隧道開挖形成臨空空間，抗變形強(qiáng)度很低。

施工過程中發(fā)現(xiàn)圍巖自穩(wěn)能力差，隧道斷面中上部范圍變形較大，發(fā)生圍巖開裂和膨脹等變形破壞現(xiàn)象，而且圍巖向內(nèi)產(chǎn)生擠壓變形性導(dǎo)致初支砼開裂、臨時(shí)橫撐發(fā)生彎曲或扭曲變形。針對(duì)出現(xiàn)的實(shí)際情況，施工中對(duì)設(shè)計(jì)的CRD工法采取多方面的優(yōu)化措施。

1 設(shè)計(jì)CRD法施工工序

設(shè)計(jì)CRD法施工工序，其示意圖如圖1、圖2所示。

施作隧道超前支護(hù)。弱爆破①部，及時(shí)砼封閉掌子面。施作①部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，之后復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

弱爆破開挖②部。在滯后①部一段距離后，弱爆破或不爆破開挖②部，噴射砼封閉掌子面，按設(shè)計(jì)要求布設(shè)超前支護(hù)。導(dǎo)坑周邊部分初噴砼，施工錨桿、鋼筋網(wǎng);然后接長(zhǎng)I20b型鋼鋼架和I18臨時(shí)鋼架，并設(shè)鎖腳錨桿，根據(jù)實(shí)際情況，安設(shè)I18橫撐，最后復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

開挖③部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟和工序同①部。開挖④部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟和工序同①部。

在滯后于②部一段距離后，弱爆破開挖⑤部。導(dǎo)坑周邊及隧道底周邊部分初噴4 cm厚砼;接長(zhǎng)I20鋼架及I18臨時(shí)鋼架，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

在滯后于④部一段距離后，弱爆破開挖⑥部。導(dǎo)坑周邊及隧道底周邊部分初噴4 cm厚砼;接長(zhǎng)I20鋼架及I18臨時(shí)鋼架，復(fù)噴砼至設(shè)計(jì)厚度。

按設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求布設(shè)監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)[1，2]，記錄地表沉降、周邊收斂及拱頂下沉數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。根據(jù)分析結(jié)果，待初期支護(hù)收斂后，拆除I18臨時(shí)鋼架及上部臨時(shí)橫撐，然后灌筑邊墻基礎(chǔ)及仰拱。灌筑邊墻基礎(chǔ)、仰拱及隧底填充砼。鋪設(shè)防水層，利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌筑拱墻襯砌。

2 CRD工法的優(yōu)化方案

針對(duì)施工中存在的問題，對(duì)原設(shè)計(jì)CRD工法進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)方案如圖3、圖4所示。

2.1 ①部、③部開挖方法優(yōu)化

施工過程中，掌子面開挖后圍巖軟弱，巖體含水量較飽和，自穩(wěn)性極差，巖體產(chǎn)生滑坍和掉塊，安全隱患大，架立鋼架時(shí)因掌子面巖體坍塌而砸傷作業(yè)人員，經(jīng)參建幾方會(huì)商，①部、③部開挖改用環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，人工配合小型機(jī)具開挖，每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.6 m即安裝一品鋼架位置，核心土面積不小于50%，核心土長(zhǎng)度始終保留為2～3 m，以確保掌子面的穩(wěn)定。

2.2 臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中隔壁和橫撐原設(shè)計(jì)成弧形，由于圍巖壓力較大，施工前期中隔壁彎曲度增加，橫撐扭曲變形。為抵制圍巖變形，在后來(lái)的施工過程中，將臨時(shí)支撐鋼架全部改為直線線形，以增加支撐剛度和抗變形的能力，提高鋼架豎向和水平方向承載力。

2.3 臨時(shí)橫撐連接方式優(yōu)化

左右橫撐理論上應(yīng)對(duì)稱安裝，但同一斷面的兩邊鋼架安裝存在較大時(shí)間差，受圍巖變形的影響更明顯，加上鋼架的安裝誤差，實(shí)際施工時(shí)各部鋼架的橫撐連接位置在平面和高程上都有一定的變化，完全對(duì)稱安裝是做不到的。如果橫撐按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)置，在各鋼架預(yù)留的接頭連接板上，螺栓連接有很大的困難，橫撐長(zhǎng)度要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量取的實(shí)際需要下料，與鋼架連接采用直接焊接，在焊接接頭下端再焊接L10 cm×14 cm×10 cm角鋼加強(qiáng)支撐，這樣確保了橫撐與鋼架有效連接，提高了整個(gè)臨時(shí)支護(hù)抗變形的能力。①部、③部橫撐上預(yù)留棄渣孔，棄在②部、④部。

2.4 部分開挖空間優(yōu)化

原設(shè)計(jì)部分空間施工相互干擾大，下部不利于機(jī)械出渣，施工進(jìn)度慢。為加快施工進(jìn)度，②部、④部、⑤部和⑥部盡量利用機(jī)械開挖、出渣，適當(dāng)提高原設(shè)計(jì)的第一道水平橫撐高程，取消第二道橫撐。因上斷面圍巖變形較大，在①部、③部橫撐安裝完畢后，增設(shè)[Φ]200 mm鋼管斜撐，增加抵制圍巖變形的能力。②部、④部人工配合小型挖掘機(jī)開挖出渣。由于空間增大，⑤部、⑥部開挖時(shí)采用小型裝載機(jī)配合挖掘機(jī)開挖出渣。①部、③部采用人工配合手推車出渣。

2.5 合理調(diào)整各部之間距離及臺(tái)階長(zhǎng)度

由于隧道圍巖整體軟弱自穩(wěn)性差，在有作業(yè)空間的前提下盡量縮短各部之間距離，①、③部預(yù)留核心土臺(tái)階長(zhǎng)度控制在6 m左右，②、④部預(yù)留核心土臺(tái)階長(zhǎng)度控制在10 m左右。設(shè)計(jì)沒有說明③部與②部的距離關(guān)系，實(shí)際施工中，采用③部滯后②部5 m左右開挖，加上二襯端頭與未拆除臨時(shí)支護(hù)始終保留5 m左右的空間長(zhǎng)度，二襯到上部掌子面最遠(yuǎn)距離就控制在40 m左右。當(dāng)然，開挖時(shí)，視圍巖地質(zhì)情況，不同隧道要合理調(diào)整每部開挖長(zhǎng)度。

2.6 中隔壁底部鋼架施工方法優(yōu)化

一是原設(shè)計(jì)仰拱施工時(shí)，中隔壁長(zhǎng)時(shí)間懸空影響臨時(shí)支撐整體穩(wěn)定，為減少圍巖變形，開挖仰拱時(shí)先開挖中隔壁底部位置，及時(shí)接長(zhǎng)中隔壁下部鋼支撐至隧底，在仰拱施工過程中不拆除，將中隔壁鋼支撐澆筑在仰拱砼中[3]。二是原設(shè)計(jì)中隔壁在仰拱填充面以下的節(jié)段位于中心水溝外，難以支模澆筑仰拱填充砼，中隔壁調(diào)整成直線后，下部節(jié)段全部位于中心水溝內(nèi)，不影響支模，在拆除臨時(shí)支撐時(shí)只需要在中心水溝內(nèi)切割臨時(shí)鋼架即可。

3 采取有效的施工措施

根據(jù)CRD工法在黑龍?zhí)端淼啦涣己吞厥獾刭|(zhì)條件下施工遇到的圍巖變形、膨脹、初支開裂、臨時(shí)支撐變形等不利情況，采取有效的施工措施。

3.1 加大預(yù)留變形量

施工開始后，筆者通過監(jiān)控量測(cè)發(fā)現(xiàn)，最大變形量達(dá)30 cm左右，原設(shè)計(jì)預(yù)留變形量15 cm根本無(wú)法抵消實(shí)際變形量，采取加大預(yù)留變形量至40 cm的措施。

3.2 施工防排水

膨脹巖具有干燥巖質(zhì)較硬易脆裂、有明顯的垂直和水平的張開裂隙，被水浸濕后裂隙回縮變窄或閉合強(qiáng)度迅速降低的特性，施工過程中要防止水的浸濕，淺埋段地表低洼處必須填平，溝槽采用漿砌片石封閉，防止地表水下滲，嚴(yán)禁在巖體上直接挖溝排水，嚴(yán)禁施工用水滲流到開挖工作面，達(dá)到減少膨脹量的目的。

3.3 及時(shí)封閉圍巖

隧道開挖后，圍巖很快發(fā)生軟化、開裂和膨脹，向內(nèi)擠壓變形。開挖后應(yīng)立即初噴4 cm砼封閉圍巖，盡量減少圍巖暴露時(shí)間。實(shí)際施工中，安裝鋼架后先噴15 cm砼（設(shè)計(jì)初支砼厚度28 cm），下一循環(huán)時(shí)再補(bǔ)做系統(tǒng)錨桿、補(bǔ)噴砼至設(shè)計(jì)厚度，這種方法實(shí)際應(yīng)用效果較好，能及早使初支與圍巖共同工作形成承載體系，有效地阻止圍巖的快速變形。

3.4 控制臨時(shí)支護(hù)的施工質(zhì)量與時(shí)機(jī)

開挖后，臨時(shí)支護(hù)能有效地控制洞周變形和地表沉降，其間應(yīng)加強(qiáng)施工管控。一是在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制中隔壁鋼架的垂直度，底部槽鋼墊實(shí)，加密鋼架的縱向連接筋，提高鋼架間整體受力水平。二是在①部每開挖2.4 m后及時(shí)施做隧道中線側(cè)[Φ]25 mm超前水平錨桿，①部、②部開挖后及時(shí)沿中隔壁施作[Φ]22 mm砂漿錨桿，每1.8 m一個(gè)循環(huán)，①部、③部開挖后緊隨核心土尾部，及時(shí)安裝橫撐，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴砼形成臨時(shí)仰拱。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐵道部.客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南：TZ 214—2005[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[2]鐵道部.鐵路隧道施工規(guī)范：TB 10204—2002[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2002.