Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法技術(shù)研究

摘"要：文章皆在研究隧道Ⅴ級(jí)圍巖條件下雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法轉(zhuǎn)CD法工法施工的可行性、技術(shù)條件要求、體系轉(zhuǎn)換原則、導(dǎo)洞掌子面的安全保證措施、監(jiān)控量測(cè)的安全保證措施以及各導(dǎo)洞工序的管理等技術(shù)難點(diǎn)。通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化調(diào)整措施方法，為同類型隧道施工中Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑轉(zhuǎn)CD法轉(zhuǎn)換方法、支護(hù)參數(shù)及安全控制提供參考。

關(guān)鍵詞：Ⅴ級(jí)圍巖；雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法；監(jiān)控量測(cè)

中圖分類號(hào)：U455.4A451543

0 引言

隨著環(huán)境保護(hù)要求逐步加大，地質(zhì)勘察手段和設(shè)計(jì)施工技術(shù)不斷優(yōu)化與完善，施工工法與支護(hù)參數(shù)與圍巖等級(jí)的匹配也更加多樣化，遵循了動(dòng)態(tài)施工的原則。因此同一大跨度隧道由于圍巖等級(jí)劃分更加詳細(xì)而采用了多種施工方法，工法之間的轉(zhuǎn)換需要綜合考慮圍巖細(xì)微變化導(dǎo)致工法、支護(hù)參數(shù)調(diào)整以及安全、經(jīng)濟(jì)、高效等問題，而CD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法及其他工法間轉(zhuǎn)換還涉及臨時(shí)支護(hù)調(diào)整引起的受力工況改變、監(jiān)控措施難度加大及安全風(fēng)險(xiǎn)增加等問題。本文以Ⅴ級(jí)圍巖條件下雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法施工進(jìn)行研究，從工法轉(zhuǎn)換過程導(dǎo)洞掌子面掘進(jìn)控制、臨時(shí)支護(hù)調(diào)整方法進(jìn)行研究，綜合考慮機(jī)械設(shè)備施工影響以及安全、效率問題，分析可行性及最優(yōu)效果，并結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、掌子面揭露圍巖素描、監(jiān)控量測(cè)等實(shí)際資料，進(jìn)一步對(duì)支護(hù)參數(shù)、安全步距進(jìn)行優(yōu)化。通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化調(diào)整措施方法，為同類型隧道施工中Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁導(dǎo)坑轉(zhuǎn)CD法轉(zhuǎn)換方法、支護(hù)參數(shù)及安全控制提供參考。

1 依托工程情況

本文以某項(xiàng)目工程為依托，項(xiàng)目全長(zhǎng)3 700.21 m，道路等級(jí)為城市主干路，雙向四車道。道路起點(diǎn)橫穿現(xiàn)狀山地，地勢(shì)高差＞120 m，設(shè)置雙洞隧道穿越山體。西線隧道長(zhǎng)712 m，東線隧道長(zhǎng)751 m，隧道圍巖等級(jí)全部為Ⅴ級(jí)。由于圍巖等級(jí)細(xì)化，施工采用3種施工方法，分別為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（Ⅴ級(jí)SS5a-1）、CD法（Ⅴ級(jí)SS5b）、CRD法（Ⅴ級(jí)SS5a-2），圍巖變化時(shí)各工法間需要轉(zhuǎn)換過渡。因雙側(cè)壁導(dǎo)坑法轉(zhuǎn)CD法施工難度較大，本文主要通過研究雙側(cè)壁導(dǎo)坑轉(zhuǎn)CD法施工技術(shù)的合理運(yùn)用，使轉(zhuǎn)換技術(shù)方便、快捷，施工安全、質(zhì)量可控，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，降低了施工成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法工法對(duì)比研究

方案一（圖1）：雙側(cè)壁各導(dǎo)洞閉合到同一斷面，再進(jìn)行CD法開挖。

方案二（圖2）：不暫停掌子面，通過調(diào)整導(dǎo)洞作業(yè)空間逐步由雙側(cè)壁過渡到CD法，通過左右導(dǎo)坑不斷向中壓縮，逐榀減少中導(dǎo)坑橫向尺寸，直至消除中導(dǎo)坑，實(shí)現(xiàn)CD法的轉(zhuǎn)換。

方案一雙側(cè)壁各導(dǎo)洞施工到同一掌子面再進(jìn)行CD法施工，先導(dǎo)洞掌子面①暫停掘進(jìn)時(shí)間約10 d；而方案二不暫停掌子面，通過調(diào)整導(dǎo)洞空間逐步由雙側(cè)壁過渡到CD法需要約15 m距離。由于導(dǎo)洞掘進(jìn)空間逐步增加，需要微調(diào)爆破控制及拱架等加工參數(shù)（每榀拱架需根據(jù)漸變段開挖面進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量控制加工），機(jī)械設(shè)備因?yàn)樽鳂I(yè)空間及角度等原因粗修整不到位后需要加大人工修整難度，每循環(huán)增加作業(yè)時(shí)間約1.5 h，同時(shí)漸變段中各導(dǎo)洞拱架需要待開挖后才能通過實(shí)測(cè)實(shí)量確定由于左右導(dǎo)洞沉降變形后的準(zhǔn)確尺寸參數(shù)，每一循環(huán)增加約2.5 h，初期支護(hù)型鋼拱架為0.6 m/循環(huán)，則長(zhǎng)15 m距離需要增加時(shí)間約為15/0.6*（1.5+2.5+2.5）/24=6.8 d。理論上，方案二相對(duì)于方案一完成工法轉(zhuǎn)換時(shí)間減少約3 d，但是增加了作業(yè)難度，延長(zhǎng)了掌子面開挖到支護(hù)完成的時(shí)間，由于施工段圍巖屬于Ⅳ～Ⅴ級(jí)泥質(zhì)粉砂巖，整體穩(wěn)定性差，巖體承載力低、變形量大，有明顯的崩解性、流變性、易擾動(dòng)性等問題［1］，遇風(fēng)遇水極易軟化崩解，極大增加了圍巖變形甚至掌子面崩塌的風(fēng)險(xiǎn)，且在方案二的Ⅱ階段漸變段末尾位置，雙側(cè)壁臨時(shí)拱架都向中線彎曲會(huì)發(fā)生碰撞而無法安裝，只能直接轉(zhuǎn)換為CD法進(jìn)行施工。這會(huì)導(dǎo)致施工過程中出現(xiàn)較大的臨空面，此段最難施工，爆破難以控制，大型機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)行開挖，人工使用小型設(shè)備的開挖時(shí)間不可控，無法及時(shí)支護(hù)控制變形，對(duì)安全極為不利。

軟弱圍巖大跨度隧道施工時(shí)首先要保證安全性，再考慮成本和進(jìn)度［2］，Ⅴ級(jí)圍巖條件下工法轉(zhuǎn)換過程中導(dǎo)洞掌子面穩(wěn)定控制、臨時(shí)支護(hù)拆除初期支護(hù)受力變化控制及安全步距調(diào)整整體施工安全控制相對(duì)困難，為降低施工技術(shù)難度，確保施工精度、質(zhì)量安全可控，Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法按方案一，采用雙側(cè)壁工法各導(dǎo)洞閉合到同一斷面，再進(jìn)行CD法工法掘進(jìn)支護(hù)。

Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法技術(shù)研究/

龍兆敏，吳明學(xué)，梁屹澄

3 雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法工法原理及技術(shù)要求

根據(jù)地勘資料、設(shè)計(jì)圖紙要求的轉(zhuǎn)換樁號(hào)，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、掌子面地質(zhì)描述、監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，安全、合理優(yōu)化工法、轉(zhuǎn)換樁號(hào)；雙側(cè)壁導(dǎo)坑法各導(dǎo)坑初期支護(hù)依次閉合成環(huán)到同一斷面形成整體受力（過程根據(jù)要求逐步拆除臨時(shí)支護(hù)），對(duì)閉合到預(yù)定轉(zhuǎn)換樁號(hào)的各掌子面進(jìn)行錨噴支護(hù)（如有必要采用錨桿、掛網(wǎng)、型鋼加固組合等措施）；雙側(cè)壁各導(dǎo)坑施工到同一斷面后按照CD法開挖工序進(jìn)行施工：CD法工法施工前安全步距必須符合相關(guān)要求，仰拱到掌子面安全步距需控制≤30 m，設(shè)計(jì)為≤40 m；二襯與掌子面安全步距≤60 m，設(shè)計(jì)為≤70 m；監(jiān)控量測(cè)符合要求且無異常，連續(xù)3 d沉降變形≤1 mm；CD法施工嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、勤測(cè)量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，直到完全轉(zhuǎn)換到CD法施工。

工法工藝流程如圖3～5所示。

4 施工組織及技術(shù)控制

（1）右線雙側(cè)壁各導(dǎo)洞依次閉合到同一斷面，對(duì)掌子面采用8 mm、20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片加10 cm厚C25噴射混凝土支護(hù)，各導(dǎo)洞閉合成環(huán)形成整體閉合，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果逐步拆除臨時(shí)支護(hù)，利用洞渣回填至CD法上導(dǎo)洞高度，作為CD法導(dǎo)坑上部開挖施工便道及平臺(tái)。

（2）CD法施工準(zhǔn)備：雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工到同一斷面后需要進(jìn)行CD法施工的相關(guān)準(zhǔn)備工作，拱架加工、監(jiān)控量測(cè)工作（監(jiān)控量測(cè)趨于穩(wěn)定或達(dá)到穩(wěn)定）、仰拱（仰拱盡量緊跟掌子面，安全步距≤30 m及二襯安全步距≤60 m）滿足要求，做好安全技術(shù)交底及相關(guān)安全保障措施。

（3）CD法導(dǎo)坑施工：監(jiān)控量測(cè)顯示初支穩(wěn)定后可進(jìn)行CD法放樣掘進(jìn)施工，工法轉(zhuǎn)換施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、勤測(cè)量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，并做好臨時(shí)橫撐、堆土反壓等相關(guān)安全控制措施。

（4）CD法各導(dǎo)坑循序推進(jìn)，完成工法轉(zhuǎn)換：加強(qiáng)掌子面地質(zhì)情況素描、監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)施工、遵循“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、勤測(cè)量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，按照設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范、方案要求做好CD法各導(dǎo)洞掘進(jìn)施工，嚴(yán)控安全步距，完成CD法各導(dǎo)洞掘進(jìn)，安全完成雙側(cè)壁到CD法工法轉(zhuǎn)換。

5 施工質(zhì)量控制

小導(dǎo)坑先后按既定樁號(hào)進(jìn)行閉合，對(duì)掌子面進(jìn)行有效支護(hù)，并做好監(jiān)控。

嚴(yán)格控制仰拱、二襯安全步距（仰拱≤20 m、二襯≤40 m），有效防止工法轉(zhuǎn)換過程不利因數(shù)導(dǎo)致沉降過快。監(jiān)控連續(xù)3 d無異常且≤1 mm/d，雙側(cè)壁臨時(shí)支護(hù)拆除每循環(huán)2～3榀并做好拆除前、中、后觀察及監(jiān)控。

閉合到同一斷面后進(jìn)行CD法導(dǎo)坑推進(jìn)支護(hù)施工。CD法推進(jìn)過程嚴(yán)格按照該段圍巖進(jìn)行安全步距控制，仰拱≤20 m，二襯≤40 m。

施工臺(tái)階時(shí)如有必要及時(shí)施作臨時(shí)支護(hù)，確保受力明確，材料加工簡(jiǎn)單，初支拱架成環(huán)后進(jìn)行工法轉(zhuǎn)換。對(duì)掌子面采用50 mm、3.5～5.0 m長(zhǎng)、1.0 m×1.0 m梅花型小導(dǎo)管超前注漿支護(hù)加固，圍巖面采用8 mm、20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)焊接加固，噴10 cm厚C25混凝土封閉，如有滲水，需做好相關(guān)引排措施。

6 工法轉(zhuǎn)換意見及建議

在隧道施工中各工法轉(zhuǎn)換施工無法避免，由于隧道施工過程復(fù)雜、圍巖受力狀態(tài)多變，其轉(zhuǎn)換方法成為工程中的難題［3］，因此需要加強(qiáng)圍巖的判定，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工，做好安全保障措施。

在實(shí)際施工過程中：（1）需加強(qiáng)利用長(zhǎng)短超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)合方式有效提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，有條件進(jìn)行超前鉆探增加預(yù)報(bào)可觀性，提高工法轉(zhuǎn)換安全性；（2）合理優(yōu)化支護(hù)參數(shù)，通過提高型鋼拱架型號(hào)（設(shè)計(jì)型號(hào)為Ⅰ20b，調(diào)整為Ⅰ22b）、加密型鋼拱架間距（設(shè)計(jì)要求間距為60 cm，調(diào)整為50 cm）、加長(zhǎng)超前支護(hù)（設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)度為3 m、搭接長(zhǎng)度為1.5 m，調(diào)整為長(zhǎng)度4 m、搭接長(zhǎng)度為2.5 m）等形式增加安全保障措施；（3）仰拱及二襯安全步距緊跟，在有限條件下，仰拱、二襯安全步距按照極限進(jìn)行施工，有效提高安全保障，避免由于工法轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不利影響；（4）加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織管理，提高工序銜接合理性，遵循隧道施工安全原則，提高工法轉(zhuǎn)換安全質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

隧道施工過程中，采取合適的工法轉(zhuǎn)換方案，盡可能地減少圍巖擾動(dòng)和應(yīng)力集中，確保在規(guī)定工期內(nèi)順利完工。因三車道及以上隧道具有跨度大、工法復(fù)雜及轉(zhuǎn)換頻繁等特點(diǎn)，文章以某項(xiàng)目隧道工程為例，通過加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及掌子面圍巖描述，優(yōu)化導(dǎo)洞安全步距及支護(hù)參數(shù)，有效提高了掌子面圍巖穩(wěn)定及初支的穩(wěn)定，采用合理施工工法轉(zhuǎn)換，有效提高施工安全及施工進(jìn)度，通過該隧道工法轉(zhuǎn)換安全有效實(shí)施，驗(yàn)證了Ⅴ級(jí)圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法施工技術(shù)的可行性。參考文獻(xiàn)：

參考文獻(xiàn)：

［1］葉亦文.軟弱圍巖淺埋隧道施工方法研究［J］.工程技術(shù)研究，2023，8（21）：38-40.

［2］彎曉林.侵入巖蝕變帶軟巖隧道大變形規(guī)律與穩(wěn)定性研究［J］.國(guó)防 交通工程與技術(shù)，2023，21（2）：36-39.

［3］李鵬程.CD法轉(zhuǎn)雙側(cè)壁法對(duì)大斷面隧道圍巖變形的影響［J］.中文科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)（全文版）工程技術(shù)，2021（10）：91-94.20240412