萬俊峰

(中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009)

在軟弱破碎圍巖、洞口及淺埋段以及有嚴格控制結構變形要求的隧道施工中，CRD工法是優(yōu)先采取的施工工法，又名“中隔壁法”。是將大斷面的隧道結構劃分成多個相對獨立的小斷面洞室，每個小斷面洞室單獨依次開挖支護，并獨立封閉成環(huán)，最后通過主體支護結構鉸接而形成整個大斷面隧道的支護結構體系。該方法以地層預加固(處理)為前提，以錨、網(wǎng)、噴和型鋼拱架支護為基礎，充分發(fā)揮加固后的地層與初期支護體系共同受力，承受外部荷載，以監(jiān)控量測手段指導施工，控制初支結構的拱頂沉降和收斂變形，確保開挖洞室的安全。此方法具有開挖斷面小，封閉及時，能夠有效控制圍巖變形，利于圍巖穩(wěn)定，相對比較安全的優(yōu)點。

但CRD工法各部施工相互干擾很大，在工期要求較緊的情況下，很難取得滿意的施工進度；由于斷面小，短距離施工可以使用部分小型機具，但機械工作效率較低；長距離施工則完全依賴人工作業(yè)，工序轉換復雜，施工進度緩慢。

1 工程概況

1.1 隧道工程地質和水文地質特征

武廣鐵路客運專線XXTJⅣ標段天鵝嶺隧道洞口DK1850+320～DK1850+445段隧道埋深2～15 m，屬于淺埋、超淺埋隧道，碳質頁巖地質，開挖后圍巖幾無自穩(wěn)能力，極易剝落、坍塌、片幫，支護不及時則易發(fā)展成為較大規(guī)模的冒頂塌方事故；由于在雨季施工，該地段受大氣降雨補給，洞內地下水較為豐富，對混凝土有弱侵蝕性；碳質頁巖遇水迅速軟化，呈流塑狀，對隧道施工地質條件產(chǎn)生嚴重的破壞作用。

1.2 隧道設計情況

(1)斷面形式

為單心圓弧形隧道，圍巖類別判定為Ⅴ級，其開挖半徑為7.68 m(含施工誤差5 cm，預留沉降量暫定為20 cm)，隧道全寬為15.36 m，開挖高度為12.99 m，隧道最大開挖斷面為166.5 m2；建成后隧道凈寬13.4 m，凈高9.13 m。

(2)結構形式

超前支護：洞口設一組φ108大管棚，覆蓋拱頂140°范圍，環(huán)向間距40 cm，外插角1°～3°，布設50根，管棚長40 m，絲扣連接，管內安設鋼筋籠；洞身設φ42小導管配合鋼架使用，覆蓋拱頂140°范圍，長3.5～4.2 m，環(huán)向間距40 cm，盡量控制外插角度，不大于10°，每環(huán)打設48根，縱向搭接長度不小于1 m；超前管棚及小導管均壓注1∶1水泥漿。

初期支護：為錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼拱架和噴混凝土聯(lián)合支護體系。拱部采用φ25中空注漿錨桿，邊墻部位采用φ22砂漿錨桿，長4.0 m，間距0.8 m×1.0 m(環(huán)向×縱向)；拱墻均鋪設φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm；拱墻和仰拱全環(huán)架立Ⅰ20a型鋼拱架，間距0.6 m，鋼架單元間鋼板夾橡膠墊板螺栓連接，拱架間φ22鋼筋縱向交叉連接，間距1.0 m。噴摻改性聚酯纖維C25混凝土，厚28 cm。

二次襯砌：邊墻、拱部和仰拱澆筑C35防水鋼筋混凝土，防水等級P8～P12；C25混凝土仰拱填充。

2 施工方法

2.1 開挖施工方法和步驟

隧道上層1、3部開挖主要采用人工手持風鎬進行，人力手推車運碴，自1、3部臨時仰拱開孔處向2、4部棄碴；中下層(2、4、5、6部)主要采用人工配合小型挖掘機進行開挖，小型翻斗車出碴。開挖及支護主要施工步驟如下。

(1)1部開挖前，在拱頂設計范圍內打設超前小導管(中隔墻范圍亦需布設)并注漿，完成后人工手持風鎬開挖，人力手推車運碴，斷面開挖成型后及時進行Ⅶ部初期支護施工：初噴、布設系統(tǒng)錨桿并注漿、掛網(wǎng)、架立鋼架(含臨時仰拱和中隔墻支護)，并向中隔墻(3部未開挖巖體)打設臨時錨桿；同時在兩側拱腳處布設鎖腳錨桿，噴混凝土至設計厚度，循環(huán)進尺0.6 m。

(2)1部開挖3 m后，方可進行中層2部開挖及Ⅷ部初期支護作業(yè)(含臨時仰拱和中隔墻支護)，施工方法同1部。

(3)2部施工超前3～5 m后，方可進行另一側3部開挖及Ⅸ部初期支護作業(yè)，施工方法同1部；需拆除1部打設的臨時錨桿。

(4)3部開挖3 m后，方可進行中層4部開挖及Ⅹ部初期支護作業(yè)，施工方法同2部；需拆除2部打設的臨時錨桿。

(5)4部施工超前3～5 m后，方可進行下層5部落底開挖及Ⅺ部仰拱初期支護作業(yè)，施工方法同上；此部位系統(tǒng)錨桿為砂漿錨桿。

(6)5部施工超前3 m后，方可進行另一側6部落底開挖及Ⅻ部仰拱初期支護封閉作業(yè)，施工方法同5部。

開挖支護施工順序見圖1、圖2。

2.2 后步工序

隧道全斷面開挖成型后，應及時分段進行仰拱和填充層混凝土施工，而后可逐步拆除臨時仰拱和隔墻，再進行拱墻模筑混凝土澆筑。澆筑仰拱時若不能拆除臨時支撐，可逐段鑿除隔墻底部混凝土，便于仰拱鋼筋穿過，并在填充層上預留中心水溝位置。

圖1 CRD工法工序橫斷面示意

圖2 CRD工法工序縱斷面示意

3 資源合理化配置及進度分析

合理的施工資源配置能提高隧道開挖支護的功效，加快工程進度，快速穿越軟弱破碎圍巖段，為緊張的施工工期提供必要的保障條件。同時節(jié)省相關的人力、機具、材料消耗，縮短施工期降低直接工程成本和管理費用，取得良好的經(jīng)濟效益。

3.1 勞動力資源配置

CRD工法各部位施工人員配備情況見表1。

3.2 機械機具配置

根據(jù)作業(yè)面大小，選擇適用的施工機械，合理搭配，盡可能發(fā)揮施工機械的效率優(yōu)勢，減少作業(yè)工人勞動強度，為快速施工創(chuàng)造條件，隧道開挖支護配備的施工機械資源見表2。

表1 勞動力資源配備

注：不含構件加工人員。

表2 開挖支護主要設備一覽表

注：供風與通風設備為隧道施工正常配置，洞外運輸設備同隧道主體。

3.3 施工進度

(1)分部循環(huán)時間統(tǒng)計

施工中各分部作業(yè)內容和工程量大致相同，循環(huán)時間亦相差不大，每循環(huán)時間基本可以控制在12 h以內，其各工序消耗時間分布情況見圖3。

圖3 各工序消耗時間分布情況

(2)工程進度

對于人工作業(yè)的隧道，出碴不單獨占用循環(huán)時間，隨開挖隨出碴，此工序消耗的時間最長，是影響施工進度的關鍵因素。由于地質條件和施工方法的限制，無法發(fā)揮機械作業(yè)的優(yōu)勢，在正常的情況下，每個作業(yè)面日進尺在1.2 m左右，月進度多于30 m，在下層(5、6部)無法及時開展施工時，每月開挖支護折合全隧只有24 m延長米的施工進度，這對于獨頭掘進的長大隧道的施工工期影響是嚴重的。對于圍巖相對較為穩(wěn)定，人工開挖難度較大時，可嘗試局部淺孔微差松動爆破，以縮短開挖出碴時間，謀取較快的施工速度。

4 幾點體會

4.1 開挖斷面尺寸選擇

作為先期開挖的上層1、3部，封閉成環(huán)的結構起到了超前探測、穩(wěn)定圍巖、安全防護的作用，其開挖斷面選擇為：高度為4.1 m，寬度約為6 m，高跨比約為0.67；中層2、4部高度4.0 m，余下為下層5、6部開挖高度；確定斷面尺寸應遵循的原則是：

①選擇合適的高跨比和矢跨比，使隧道趨于圓弧狀，受力狀態(tài)合理，減少因受力復雜或受力不合理引起的變形、坍塌等事故。

②選擇合適的作業(yè)面大小，以便于加快施工進度，縮短循環(huán)時間，減少圍巖暴露時間，盡快形成封閉的支護結構。

③盡量提供滿足機械作業(yè)的基本空間要求，發(fā)揮機械施工的效率，降低勞動強度，為快速施工創(chuàng)造條件。

④合理均衡分配各分部結構斷面尺寸，減小后續(xù)部位施工難度，同時便于工序轉換。

4.2 施工中注意的細節(jié)

(1)分部施工中各分部主體支護結構間鉸接質量是隧道初期支護結構質量的保障。

(2)臨時仰拱和中隔墻支護在分部施工過程中起到了初期支護的作用，其施工質量必須得到保證。

(3)左右分部臨時仰拱和上下層中隔墻鋼拱架腳板連接時，其弧形拱架軸心對應保持一致，以增強結構整體受力效果。

(4)有施工機械作業(yè)的部位，在臨時仰拱噴射混凝土完成后，要及時采用鋼板等材料鋪設覆蓋，避免機械碾壓破壞，或統(tǒng)一澆筑混凝土層加以保護。

(5)隧底開挖施工要控制超挖，及早封閉，杜絕地下水浸泡基底圍巖；如有浸泡擾動，則必須加以清除，并回填混凝土。

(6)注重鎖腳錨管的作用，施工時可在管內插入鋼筋，壓漿飽滿。

(7)保證鋼架連接鋼筋焊接質量，增強初支結構整體受力效果。

(8)盡可能采用較長的超前支護和必要的工作面穩(wěn)定措施，以降低開挖后縱向破裂面對洞室穩(wěn)定的影響。

4.3 地下水防治

由于碳質頁巖遇水流塑軟化的特性，地下水的防治效果直接關系結構穩(wěn)定，可以從以下幾個方面加以整治：

①超前支護注漿盡可能壓注水泥-水玻璃雙液漿，加大漿液擴散半徑，控制漿液凝固時間，減少對碳質頁巖水化影響；

②對于開挖過后洞身有滲漏水地段，須進行徑向圍巖注漿堵水；對于滲漏下來的水，防止任意流淌而浸泡圍巖，要采取措施及時引導排出洞外；

③對于隧道底部出水或底板軟弱地段，需按軟弱基底進行治理：淺層部分以清除后換填為主，深層部位則須采取注漿、粉噴樁或其他基底加固措施加以治理。

4.4 臨時支撐拆除

(1)拆除臨時支撐的條件

①隧道全斷面開挖支護施工完成，并確認利用臨時支護結構作為支撐條件進行圍巖加固、注漿等施工的其他工作內容亦完成。

②完成需要拆除臨時支撐范圍內的仰拱和填充混凝土澆筑，并達到設計強度。

③階段時間內由監(jiān)控量測結果判定：結構穩(wěn)定、基本無變形或無變形發(fā)展趨勢。

④二次襯砌的需要。

(2)臨時支撐拆除順序

①拆除作業(yè)便于安全控制。

②拆除時隨時進行監(jiān)控量測，出現(xiàn)明顯變形必須恢復支撐時，便于臨時支撐的恢復。鑒于此，本段隧道臨時支撐拆除順序為：首先自上而下按①～②的順序拆除上中層中隔墻支撐，而后由上而下按③～④～⑤～⑥的順序拆除臨時仰拱，最后拆除下層中隔墻⑦。拆除①、②段中隔墻時，切割點可選擇在臨時仰拱上緣，鑿除噴射混凝土后，跳段拆除。具體步驟見圖4。

圖4 臨時支撐拆除步驟

4.5 施工期監(jiān)控量測

(1)隧道在分部施工過程中，針對每一個獨立的工作面均需進行單獨的監(jiān)控量測和數(shù)據(jù)分析。

(2)臨時支撐拆除過程中和拆除后短期內需加大頻率對隧道洞身斷面進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)結構變化，及時分析反饋，出現(xiàn)異常情況及時采取措施，確保結構安全，其監(jiān)控斷面設置。

(3)在軟弱圍巖中分部開挖施工，通過監(jiān)控量測調整支護參數(shù)，以增強結構的強度和剛度，避免拆除臨時支護時產(chǎn)生過大的變形。

5 結束語

CRD工法是把整個斷面劃分成多個相對獨立、封閉成環(huán)的小斷面進行分部開挖的施工方法，借助臨時支護把主體支護結構通過鉸接而形成穩(wěn)定的整個大斷面隧道支護結構受力體系。在整個施工過程中，通過大量的量測數(shù)據(jù)分析及時反饋指導施工，針對地下水的防治、臨時支護的拆除等技術，成功地解決了大跨軟弱圍巖地質進行隧道建設的難題，在確保安全的前提下，使各工序變得有序可控，安全通過了軟弱破碎圍巖、洞口淺埋偏壓段。

[1] TZ214—2005 客運專線鐵路隧道工程施工技術指南[S]

[2] 王建宇.隧道工程的技術進步[M].北京:中國鐵道出版社，2004

[3] 鐵道部工程設計鑒定中心.高速鐵路隧道[M].北京:中國鐵道出版社，2006

[4] 鐵建設[2005]160號 客運專線鐵路隧道工程施工質量驗收暫行標準[S]

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