柴永幸

【摘要】：軟弱破碎帶圍巖這一部分是隧道施工的特殊環(huán)節(jié)。因此在隧道開(kāi)挖之前，要求科學(xué)運(yùn)用全面的綜合施工技術(shù)對(duì)隧道的軟弱破碎帶圍巖進(jìn)行特殊處理。本文結(jié)合廣西壯族自治區(qū)資興高速公路第六標(biāo)段八坊分離式隧道（左線K57+438～K59+820、右線K57+504～K59+860），進(jìn)出口端仰坡巖土體均由第四系坡積物、全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，結(jié)構(gòu)松散且富水。使得隧道洞口斜坡巖土體的穩(wěn)定性極差的特點(diǎn)，提出了相關(guān)的施工處理措施，并詳盡分析了CRD施工技術(shù)的具體應(yīng)用，從而以論證CRD施工技術(shù)保證隧道穩(wěn)的有效性。

【關(guān)鍵詞】：隧道；軟弱破碎帶；圍巖；CRD法施工技術(shù)；措施

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

引言

隨著我國(guó)社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)作為民生建設(shè)的核心產(chǎn)業(yè)，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步和人民生活水平的提高有著深遠(yuǎn)的影響。其中，隧道工程作為貫穿交通路線的重要設(shè)施建設(shè)，也被要求將建造技術(shù)提升到一個(gè)新的高度。然而，軟弱破碎帶圍巖的開(kāi)挖環(huán)節(jié)是隧道工程施工的一個(gè)主要難題，其中運(yùn)用到的CRD施工技術(shù)主要包括超前預(yù)報(bào)、超前支護(hù)、分步開(kāi)挖和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這四個(gè)方面。只有將這四個(gè)環(huán)節(jié)按部就班地嚴(yán)格執(zhí)行，才能保證隧道的施工安全和完工質(zhì)量。 本文結(jié)合資興高速公路第六標(biāo)段八坊分離式隧道（左線K57+438～K59+820、右線K57+504～K59+860），進(jìn)出口端仰坡巖土體均由第四系坡積物、全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，結(jié)構(gòu)松散且富水。使得隧道洞口斜坡巖土體的穩(wěn)定性極差的特點(diǎn)，提出了采用CRD法相關(guān)的施工處理措施，并詳盡分析了CRD施工技術(shù)的具體應(yīng)用，從而以論證CRD施工技術(shù)保證隧道穩(wěn)定的有效性，確保隧道施工質(zhì)量和安全得到有效控制。以期為今后類似地質(zhì)問(wèn)題的隧道施工提供參考。

1.CRD法施工技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 CRD施工技術(shù)的特點(diǎn)

CRD施工技術(shù)的前提是對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固的處理，其基礎(chǔ)是對(duì)錨和網(wǎng)噴進(jìn)行支護(hù)，從而形成一個(gè)由加固完工的地層與初期階段的支護(hù)兩者共同組建的整體結(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮出承受外部負(fù)荷的重要作用。另一方面，還要通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以跟蹤監(jiān)控各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)，達(dá)到精確數(shù)據(jù)、指導(dǎo)施工的目的；并通過(guò)對(duì)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降和收斂程度的嚴(yán)格控制，達(dá)到確保施工質(zhì)量與安全的目的。CRD施工技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于可將一個(gè)大隧道從整體出發(fā)，切割劃分成多個(gè)小洞室，再科學(xué)安排好隧道開(kāi)挖的步驟與程序，保證各個(gè)施工部門(mén)在開(kāi)挖時(shí)做到沿著支護(hù)結(jié)構(gòu)從上往下地有序進(jìn)行。在合理完善支護(hù)體系的同時(shí)，及時(shí)將各個(gè)部門(mén)的施工路段封閉成環(huán)，有利于提高防止支護(hù)結(jié)構(gòu)及洞內(nèi)外圍巖變形的有效性，提高支護(hù)體系承受壓力的負(fù)荷量，從而能夠有效控制地面沉降和土體水平位移等不良現(xiàn)象的發(fā)生。另外，CRD施工技術(shù)的缺點(diǎn)在于，對(duì)中隔壁的拆除過(guò)程中面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)，且施工步驟與程序較為繁多復(fù)雜，這就拖慢了整體的施工進(jìn)度。

1.2 CRD施工工藝流程

CRD施工技術(shù)是一種大跨度的、對(duì)隧道軟弱破碎帶圍巖進(jìn)行分部開(kāi)挖、鋼架支護(hù)、仰拱先行的施工方法。CRD法施工工藝流程如圖1所示。CRD施工技術(shù)在一般情況下縱向分為上、中、下3層、橫向分為左右兩側(cè)6部，進(jìn)行分步施工。首先，對(duì)隧道軟弱破碎帶其中一側(cè)的上、中2層進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)工作，架設(shè)好橫豎中隔壁；其次，當(dāng)噴射的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的70%時(shí)，再對(duì)隧道軟弱破碎帶另一側(cè)的上、中2層進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)工作，架設(shè)好橫中隔壁；最后，對(duì)隧道左右兩側(cè)的下層進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)，由此完成初期支護(hù)和中隔壁的施工，從而形成由1層豎向中隔壁和2層橫向中隔壁共同組建而成的的網(wǎng)格狀支護(hù)框架。

圖1. CRD法施工工藝流程圖

1.3 CRD施工技術(shù)原理

從整體出發(fā)，把整個(gè)隧道的大斷面劃分為上、下、左、右四個(gè)小斷面，分別進(jìn)行局部施工作業(yè)。要做到單獨(dú)挖掘推進(jìn)劃分好的每一個(gè)小斷面，從而以形成一個(gè)較為完整的大隧道；另一方面，在進(jìn)行挖掘土地的過(guò)程中，還要充分利用到土層的短時(shí)自我穩(wěn)固功能，科學(xué)采取網(wǎng)狀噴錨（中間為“十”字形、周邊為雞蛋形）的支護(hù)形式，能用中隔壁及中隔板承擔(dān)部分壓力，從而有利于發(fā)揮隧道周邊的圍巖或土層表面的密貼型薄壁的支護(hù)作用。具體的CRD施工技術(shù)操作原理如下圖2所示。

步驟一 步驟二 步驟三

1） 用上一循環(huán)架立的鋼架施作隧道超前小導(dǎo)管超前支護(hù)；

2） 弱爆破開(kāi)挖①部；

3） 噴10 cm厚混凝土封閉掌子面；

4） 鉆設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

1） 滯后①部15 m后，開(kāi)挖② 部；

2） 隧底周邊部分初噴4 cm厚混凝土；

3） 接側(cè)墻仰拱鋼架和臨時(shí)鋼架；

4） 鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。 1） 利用上一循環(huán)架立的鋼架做隧道超

2） 前支護(hù)，開(kāi)挖③部并施作導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟同①

步驟四 步驟五 步驟六

1） 在滯后于③部15 m后，開(kāi)挖④部并施作導(dǎo)

2） 坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟同② 。 1） 以洞室穩(wěn)定為前提，逐段拆除靠近已

2） 完成仰拱6.--8 m范圍內(nèi)中隔壁底部臨時(shí)鋼

3） 架，澆筑該段仰拱，然后澆筑該段隧底填充。 1） 中隔壁底部臨時(shí)鋼架接長(zhǎng)，支撐在隧底填充混凝土上。

圖2. CRD施工技術(shù)原理

2.隧道軟弱破碎帶圍巖的CRD施工方法

2.1超前預(yù)報(bào)

在對(duì)隧道軟弱破碎帶圍巖進(jìn)行施工之前，要使用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)開(kāi)挖的隧道地段做出超前預(yù)報(bào)，深入了解并充分掌握精準(zhǔn)的地質(zhì)狀況，以避免在開(kāi)挖過(guò)程中遇到一些由軟弱破碎帶圍巖斷層導(dǎo)致的突發(fā)性事故。

2.2超前支護(hù)

由于隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的自身承載力較差，為了避免其因沉降量過(guò)大而導(dǎo)致巖體坍塌，必須通過(guò)一定程度上的外界支護(hù)以借力達(dá)到穩(wěn)固的狀態(tài)。在正常情況下，這種對(duì)隧道軟弱破碎帶圍巖的超前支護(hù)是以注漿或錨桿等較為柔軟的材質(zhì)作為支護(hù)的主要結(jié)構(gòu)，通過(guò)把柔性結(jié)構(gòu)深埋的方式來(lái)制成隧道內(nèi)的超前支護(hù)架。然而當(dāng)隧道內(nèi)的施工進(jìn)度過(guò)渡到了初期支護(hù)階段，隧道初期支護(hù)及二次襯砌背后都要回填注漿，并預(yù)先埋下注漿管，合理控制注漿壓力，使其保持穩(wěn)定。

2.3分步開(kāi)挖

隧道軟弱破碎帶圍巖的CRD施工方法分成4個(gè)步驟進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)。首先要做到對(duì)拱腳處理的加強(qiáng)，每側(cè)拱腳都要設(shè)置2根鎖腳錨桿，采用長(zhǎng)度達(dá)4.5米的φ42鋼管。同時(shí)，要做到對(duì)臨時(shí)支撐每次拆除長(zhǎng)度的嚴(yán)格控制與管理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況對(duì)每次拆除長(zhǎng)度進(jìn)行合理調(diào)整；其次，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制好隧道開(kāi)挖的尺寸，避免冒然開(kāi)挖而導(dǎo)致的施工誤差。在此需要用到激光指向儀，通過(guò)多臺(tái)指向儀的共同工作，嚴(yán)格控制隧道開(kāi)挖的中線及水平程度，確保開(kāi)挖斷面的平順圓滑。在施工誤差方面也要事先將開(kāi)挖輪廓線這一部分納入考慮范圍，將預(yù)留變形和開(kāi)挖過(guò)度等因素對(duì)工程質(zhì)量的影響降到最低。最后，在開(kāi)挖過(guò)程中要加大監(jiān)控量測(cè)的力度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)施工對(duì)象，如拱頂、拱腳、邊墻的位移速率值，超出了預(yù)算好的合理數(shù)值范圍之外時(shí)，必須及時(shí)采取相應(yīng)的措施，調(diào)整施工方法，修改支護(hù)參數(shù)，以解決面臨的突發(fā)狀況。

圖3. CRD施工技術(shù)分步開(kāi)挖圖

如上圖3所示，首先，設(shè)置好I級(jí)臺(tái)階的支護(hù)結(jié)構(gòu)，再使左、右分別進(jìn)行施工步驟，與此同時(shí)要在中間的位置架設(shè)中隔拱壁；其次，設(shè)置好II級(jí)臺(tái)階的支護(hù)框架，再使左、右同時(shí)進(jìn)行施工操作；最后，重復(fù)設(shè)置好III級(jí)臺(tái)階建設(shè)，并重復(fù)左、右的施工步驟。

2.4實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

對(duì)于已經(jīng)竣工的隧道工程，仍然需要進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)以徹底杜絕工程的質(zhì)量隱患。在正常情況下，要使用“鋼弦式應(yīng)力計(jì)”來(lái)測(cè)量并記錄好隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的變形數(shù)值動(dòng)態(tài)。

3.施工要點(diǎn)

3.1臨時(shí)支護(hù)的拆除

3.1.1布置測(cè)點(diǎn)

布置測(cè)點(diǎn)的目的是為了確定拆除臨時(shí)支護(hù)的最佳時(shí)間點(diǎn)。要在確保支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下才能拆除臨時(shí)支護(hù)，這種前提一般情況下是當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形數(shù)值小于0.2毫米/天時(shí)。

3.1.2鑿除噴射混凝土

將風(fēng)鎬和弱控制這兩種爆破方式有機(jī)結(jié)合在一起，且保證分部進(jìn)行弱爆破操作，同時(shí)，還要將弱爆破的范圍嚴(yán)格控制在2米之內(nèi)。

3.1.3注意拆除順序

按照從上到下的順序分段進(jìn)行拆除。

3.2精確施工步長(zhǎng)

3.2.1精確臺(tái)階步長(zhǎng)

先根據(jù)臺(tái)階的開(kāi)挖高度，再將圍巖穩(wěn)定滑移面的角度確定下來(lái)，從而最終確認(rèn)好3到5米的臺(tái)階步長(zhǎng)。

3.2.2精確各個(gè)開(kāi)挖路面步長(zhǎng)

在一般情況下是將該步長(zhǎng)控制在8到10米的范圍之內(nèi)，但也要根據(jù)施工的實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整。

4.施工注意事項(xiàng)

4.1注重保護(hù)圍巖

各個(gè)施工部門(mén)進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)應(yīng)注重對(duì)隧道內(nèi)軟弱破碎帶圍巖的保護(hù)工作，在最大程度上減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。因此，在施工過(guò)程中應(yīng)以使用機(jī)械開(kāi)挖為主要施工方式，再以人工作業(yè)為輔，盡量減少爆破的使用頻率。

4.2保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

對(duì)隧道圍巖的下部進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)注意軟弱破碎帶上部支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，在開(kāi)挖邊墻時(shí)必須采用兩側(cè)交錯(cuò)挖馬口施做，防止位于上部支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面兩側(cè)的拱腳部分出現(xiàn)同時(shí)懸空的現(xiàn)象；另一方面，對(duì)于質(zhì)地較為松軟的圍巖，最好采用臨時(shí)仰拱及時(shí)封閉斷面成環(huán)的做法，以保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.3各施工路段應(yīng)保持合理的安全距離

兩個(gè)相鄰的掌子面之間要將距離控制在8到10米，以保證導(dǎo)坑在開(kāi)挖過(guò)程中的施工安全；同時(shí)，每個(gè)導(dǎo)坑的上下臺(tái)階之間要將距離控制在3到5米。

5.我公司工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際案例

以我公司前段時(shí)間負(fù)責(zé)的一項(xiàng)映汶高速公路映秀隧道工程為例，該隧道為大斷面高速公路雙線軟弱圍巖隧道，開(kāi)挖斷面面積達(dá)120平方米，全長(zhǎng)5260米，最大埋深近170米。全隧道洞身設(shè)計(jì)縱斷面為2‰及3‰的上坡。隧道圍巖主要為Ⅳ級(jí)，分布有全風(fēng)化泥巖、砂巖、強(qiáng)風(fēng)化長(zhǎng)石石英砂巖，巖體破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越了軟弱圍巖、淺埋段等不良地層。本隧道工程施工的關(guān)鍵正是在于應(yīng)用了上述的CRD技術(shù)。實(shí)踐表明，CRD施工技術(shù)有效地促成了該隧道的順利建成。目前，該隧道已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面通車，且運(yùn)行狀況良好。長(zhǎng)久的監(jiān)測(cè)顯示，該隧道的圍巖變形一直保持在可控范圍以內(nèi)。由此可以看出，CRD施工技術(shù)可有效維持隧道軟弱破碎帶圍巖的穩(wěn)定性，從而保證安全且高效的工地施工秩序。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，對(duì)隧道軟弱破碎帶圍巖運(yùn)用CRD施工技術(shù)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要在隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中充分做好工程的超前預(yù)報(bào)與支護(hù)，分步開(kāi)挖和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等一系列工作。只有完善CRD施工技術(shù)在隧道軟弱破碎帶圍巖中的應(yīng)用措施，才能進(jìn)一步保障隧道的質(zhì)量安全。

【參考文獻(xiàn)】：

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