萬俊峰

(中鐵隧道集團(tuán)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(yán)格控制結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)劃分成多個相對獨(dú)立的小斷面洞室，每個小斷面洞室單獨(dú)依次開挖支護(hù)，并獨(dú)立封閉成環(huán)，最后通過主體支護(hù)結(jié)構(gòu)鉸接而形成整個大斷面隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。該方法以地層預(yù)加固(處理)為前提，以錨、網(wǎng)、噴和型鋼拱架支護(hù)為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮加固后的地層與初期支護(hù)體系共同受力，承受外部荷載，以監(jiān)控量測手段指導(dǎo)施工，控制初支結(jié)構(gòu)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(diǎn)。

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(jìn)度；由于斷面小，短距離施工可以使用部分小型機(jī)具，但機(jī)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(zhuǎn)換復(fù)雜，施工進(jìn)度緩慢。

1 工程概況

1.1 隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征

武廣鐵路客運(yùn)專線XXTJⅣ標(biāo)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(zhì)頁巖地質(zhì)，開挖后圍巖幾無自穩(wěn)能力，極易剝落、坍塌、片幫，支護(hù)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(bǔ)給，洞內(nèi)地下水較為豐富，對混凝土有弱侵蝕性；碳質(zhì)頁巖遇水迅速軟化，呈流塑狀，對隧道施工地質(zhì)條件產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用。

1.2 隧道設(shè)計(jì)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(yù)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(jié)構(gòu)形式

超前支護(hù)：洞口設(shè)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(shè)50根，管棚長40 m，絲扣連接，管內(nèi)安設(shè)鋼筋籠；洞身設(shè)φ42小導(dǎo)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(shè)48根，縱向搭接長度不小于1 m；超前管棚及小導(dǎo)管均壓注1∶1水泥漿。

初期支護(hù)：為錨桿、鋼筋網(wǎng)、型鋼拱架和噴混凝土聯(lián)合支護(hù)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(shè)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(fēng)鎬進(jìn)行，人力手推車運(yùn)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(jī)進(jìn)行開挖，小型翻斗車出碴。開挖及支護(hù)主要施工步驟如下。

(1)1部開挖前，在拱頂設(shè)計(jì)范圍內(nèi)打設(shè)超前小導(dǎo)管(中隔墻范圍亦需布設(shè))并注漿，完成后人工手持風(fēng)鎬開挖，人力手推車運(yùn)碴，斷面開挖成型后及時進(jìn)行Ⅶ部初期支護(hù)施工：初噴、布設(shè)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(hù))，并向中隔墻(3部未開挖巖體)打設(shè)臨時錨桿；同時在兩側(cè)拱腳處布設(shè)鎖腳錨桿，噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，循環(huán)進(jìn)尺0.6 m。

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

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

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

(5)4部施工超前3～5 m后，方可進(jìn)行下層5部落底開挖及Ⅺ部仰拱初期支護(hù)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(jìn)行另一側(cè)6部落底開挖及Ⅻ部仰拱初期支護(hù)封閉作業(yè)，施工方法同5部。

開挖支護(hù)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(yīng)及時分段進(jìn)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(jìn)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(yù)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(jìn)度分析

合理的施工資源配置能提高隧道開挖支護(hù)的功效，加快工程進(jìn)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(guān)的人力、機(jī)具、材料消耗，縮短施工期降低直接工程成本和管理費(fèi)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)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(jī)械機(jī)具配置

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

表1 勞動力資源配備

注：不含構(gòu)件加工人員。

表2 開挖支護(hù)主要設(shè)備一覽表

注：供風(fēng)與通風(fēng)設(shè)備為隧道施工正常配置，洞外運(yùn)輸設(shè)備同隧道主體。

3.3 施工進(jìn)度

(1)分部循環(huán)時間統(tǒng)計(jì)

施工中各分部作業(yè)內(nèi)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(nèi)，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(jìn)度

對于人工作業(yè)的隧道，出碴不單獨(dú)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(jìn)度的關(guān)鍵因素。由于地質(zhì)條件和施工方法的限制，無法發(fā)揮機(jī)械作業(yè)的優(yōu)勢，在正常的情況下，每個作業(yè)面日進(jìn)尺在1.2 m左右，月進(jìn)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(hù)折合全隧只有24 m延長米的施工進(jìn)度，這對于獨(dú)頭掘進(jìn)的長大隧道的施工工期影響是嚴(yán)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(diǎn)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(jié)構(gòu)起到了超前探測、穩(wěn)定圍巖、安全防護(hù)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(yīng)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(fù)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(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)。

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

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

4.2 施工中注意的細(xì)節(jié)

(1)分部施工中各分部主體支護(hù)結(jié)構(gòu)間鉸接質(zhì)量是隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的保障。

(2)臨時仰拱和中隔墻支護(hù)在分部施工過程中起到了初期支護(hù)的作用，其施工質(zhì)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(yīng)保持一致，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體受力效果。

(4)有施工機(jī)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(shè)覆蓋，避免機(jī)械碾壓破壞，或統(tǒng)一澆筑混凝土層加以保護(hù)。

(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(nèi)插入鋼筋，壓漿飽滿。

(7)保證鋼架連接鋼筋焊接質(zhì)量，增強(qiáng)初支結(jié)構(gòu)整體受力效果。

(8)盡可能采用較長的超前支護(hù)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(zhì)頁巖遇水流塑軟化的特性，地下水的防治效果直接關(guān)系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以從以下幾個方面加以整治：

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

②對于開挖過后洞身有滲漏水地段，須進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(hù)施工完成，并確認(rèn)利用臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)作為支撐條件進(jìn)行圍巖加固、注漿等施工的其他工作內(nèi)容亦完成。

②完成需要拆除臨時支撐范圍內(nèi)的仰拱和填充混凝土澆筑，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

③階段時間內(nèi)由監(jiān)控量測結(jié)果判定：結(jié)構(gòu)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(jìn)行監(jiān)控量測，出現(xiàn)明顯變形必須恢復(fù)支撐時，便于臨時支撐的恢復(fù)。鑒于此，本段隧道臨時支撐拆除順序?yàn)椋菏紫茸陨隙掳储佟诘捻樞虿鸪现袑又懈魤χ?，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(diǎn)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(dú)立的工作面均需進(jìn)行單獨(dú)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(nèi)需加大頻率對隧道洞身斷面進(jìn)行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化，及時分析反饋，出現(xiàn)異常情況及時采取措施，確保結(jié)構(gòu)安全，其監(jiān)控?cái)嗝嬖O(shè)置。

(3)在軟弱圍巖中分部開挖施工，通過監(jiān)控量測調(diào)整支護(hù)參數(shù)，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，避免拆除臨時支護(hù)時產(chǎn)生過大的變形。

5 結(jié)束語

CRD工法是把整個斷面劃分成多個相對獨(dú)立、封閉成環(huán)的小斷面進(jìn)行分部開挖的施工方法，借助臨時支護(hù)把主體支護(hù)結(jié)構(gòu)通過鉸接而形成穩(wěn)定的整個大斷面隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)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(dǎo)施工，針對地下水的防治、臨時支護(hù)的拆除等技術(shù)，成功地解決了大跨軟弱圍巖地質(zhì)進(jìn)行隧道建設(shè)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(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S]

[2] 王建宇.隧道工程的技術(shù)進(jìn)步[M].北京:中國鐵道出版社，2004

[3] 鐵道部工程設(shè)計(jì)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(shè)[2005]160號 客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S]

[5] 汪綱領(lǐng).新大瑤山隧道[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2005