隧道软弱破碎带围岩中CRD法施工技术应用的探讨

柴永幸

【摘要】：软弱破碎带围岩这一部分是隧道施工的特殊环节。因此在隧道开挖之前，要求科学运用全面的综合施工技术对隧道的软弱破碎带围岩进行特殊处理。本文结合广西壮族自治区资兴高速公路第六标段八坊分离式隧道（左线K57+438～K59+820、右线K57+504～K59+860），进出口端仰坡岩土体均由第四系坡积物、全、强风化花岗岩组成，结构松散且富水。使得隧道洞口斜坡岩土体的稳定性极差的特点，提出了相关的施工处理措施，并详尽分析了CRD施工技术的具体应用，从而以论证CRD施工技术保证隧道稳的有效性。

【关键词】：隧道；软弱破碎带；围岩；CRD法施工技术；措施

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（C）-0000-00

引言

随着我国社会主义经济的发展，建筑业作为民生建设的核心产业，对经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高有着深远的影响。其中，隧道工程作为贯穿交通路线的重要设施建设，也被要求将建造技术提升到一个新的高度。然而，软弱破碎带围岩的开挖环节是隧道工程施工的一個主要难题，其中运用到的CRD施工技术主要包括超前预报、超前支护、分步开挖和实时监测这四个方面。只有将这四个环节按部就班地严格执行，才能保证隧道的施工安全和完工质量。 本文结合资兴高速公路第六标段八坊分离式隧道（左线K57+438～K59+820、右线K57+504～K59+860），进出口端仰坡岩土体均由第四系坡积物、全、强风化花岗岩组成，结构松散且富水。使得隧道洞口斜坡岩土体的稳定性极差的特点，提出了采用CRD法相关的施工处理措施，并详尽分析了CRD施工技术的具体应用，从而以论证CRD施工技术保证隧道稳定的有效性，确保隧道施工质量和安全得到有效控制。以期为今后类似地质问题的隧道施工提供参考。

1.CRD法施工技术简介

1.1 CRD施工技术的特点

CRD施工技术的前提是对地层进行预加固的处理，其基础是对锚和网喷进行支护，从而形成一个由加固完工的地层与初期阶段的支护两者共同组建的整体结构，以充分发挥出承受外部负荷的重要作用。另一方面，还要通过实时监测以跟踪监控各项作业指标，达到精确数据、指导施工的目的；并通过对初期支护结构拱顶沉降和收敛程度的严格控制，达到确保施工质量与安全的目的。CRD施工技术的主要优点在于可将一个大隧道从整体出发，切割划分成多个小洞室，再科学安排好隧道开挖的步骤与程序，保证各个施工部门在开挖时做到沿着支护结构从上往下地有序进行。在合理完善支护体系的同时，及时将各个部门的施工路段封闭成环，有利于提高防止支护结构及洞内外围岩变形的有效性，提高支护体系承受压力的负荷量，从而能够有效控制地面沉降和土体水平位移等不良现象的发生。另外，CRD施工技术的缺点在于，对中隔壁的拆除过程中面临着较大的风险，且施工步骤与程序较为繁多复杂，这就拖慢了整体的施工进度。

1.2 CRD施工工艺流程

CRD施工技术是一种大跨度的、对隧道软弱破碎带围岩进行分部开挖、钢架支护、仰拱先行的施工方法。CRD法施工工艺流程如图1所示。CRD施工技术在一般情况下纵向分为上、中、下3层、横向分为左右两侧6部，进行分步施工。首先，对隧道软弱破碎带其中一侧的上、中2层进行开挖和支护工作，架设好横竖中隔壁；其次，当喷射的混凝土达到设计强度等级的70%时，再对隧道软弱破碎带另一侧的上、中2层进行开挖和支护工作，架设好横中隔壁；最后，对隧道左右两侧的下层进行开挖和支护，由此完成初期支护和中隔壁的施工，从而形成由1层竖向中隔壁和2层横向中隔壁共同组建而成的的网格状支护框架。

图1. CRD法施工工艺流程图

1.3 CRD施工技术原理

从整体出发，把整个隧道的大断面划分为上、下、左、右四个小断面，分别进行局部施工作业。要做到单独挖掘推进划分好的每一个小断面，从而以形成一个较为完整的大隧道；另一方面，在进行挖掘土地的过程中，还要充分利用到土层的短时自我稳固功能，科学采取网状喷锚（中间为“十”字形、周边为鸡蛋形）的支护形式，能用中隔壁及中隔板承担部分压力，从而有利于发挥隧道周边的围岩或土层表面的密贴型薄壁的支护作用。具体的CRD施工技术操作原理如下图2所示。

步骤一 步骤二 步骤三

1） 用上一循环架立的钢架施作隧道超前小导管超前支护；

2） 弱爆破开挖①部；

3） 喷10 cm厚混凝土封闭掌子面；

4） 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

1） 滞后①部15 m后，开挖② 部；

2） 隧底周边部分初喷4 cm厚混凝土；

3） 接侧墙仰拱钢架和临时钢架；

4） 钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 1） 利用上一循环架立的钢架做隧道超

2） 前支护，开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤同①

步骤四 步骤五 步骤六

1） 在滞后于③部15 m后，开挖④部并施作导

2） 坑周边的初期支护和临时支护，步骤同② 。 1） 以洞室稳定为前提，逐段拆除靠近已

2） 完成仰拱6.--8 m范围内中隔壁底部临时钢

3） 架，浇筑该段仰拱，然后浇筑该段隧底填充。 1） 中隔壁底部临时钢架接长，支撑在隧底填充混凝土上。

图2. CRD施工技术原理

2.隧道软弱破碎带围岩的CRD施工方法

2.1超前预报

在对隧道软弱破碎带围岩进行施工之前，要使用地质雷达对开挖的隧道地段做出超前预报，深入了解并充分掌握精准的地质状况，以避免在开挖过程中遇到一些由软弱破碎带围岩断层导致的突发性事故。

2.2超前支护

由于隧道内软弱破碎带围岩的自身承载力较差，为了避免其因沉降量过大而导致岩体坍塌，必须通过一定程度上的外界支护以借力达到稳固的状态。在正常情况下，这种对隧道软弱破碎带围岩的超前支护是以注浆或锚杆等较为柔软的材質作为支护的主要结构，通过把柔性结构深埋的方式来制成隧道内的超前支护架。然而当隧道内的施工进度过渡到了初期支护阶段，隧道初期支护及二次衬砌背后都要回填注浆，并预先埋下注浆管，合理控制注浆压力，使其保持稳定。

2.3分步开挖

隧道软弱破碎带围岩的CRD施工方法分成4个步骤进行开挖支护。首先要做到对拱脚处理的加强，每侧拱脚都要设置2根锁脚锚杆，采用长度达4.5米的φ42钢管。同时，要做到对临时支撑每次拆除长度的严格控制与管理，根据现场监测的实际情况对每次拆除长度进行合理调整；其次，在施工过程中要严格控制好隧道开挖的尺寸，避免冒然开挖而导致的施工误差。在此需要用到激光指向仪，通过多台指向仪的共同工作，严格控制隧道开挖的中线及水平程度，确保开挖断面的平顺圆滑。在施工误差方面也要事先将开挖轮廓线这一部分纳入考虑范围，将预留变形和开挖过度等因素对工程质量的影响降到最低。最后，在开挖过程中要加大监控量测的力度，当发现施工对象，如拱顶、拱脚、边墙的位移速率值，超出了预算好的合理数值范围之外时，必须及时采取相应的措施，调整施工方法，修改支护参数，以解决面临的突发状况。

图3. CRD施工技术分步开挖图

如上图3所示，首先，设置好I级台阶的支护结构，再使左、右分别进行施工步骤，与此同时要在中间的位置架设中隔拱壁；其次，设置好II级台阶的支护框架，再使左、右同时进行施工操作；最后，重复设置好III级台阶建设，并重复左、右的施工步骤。

2.4实时监测

对于已经竣工的隧道工程，仍然需要进行跟踪监测以彻底杜绝工程的质量隐患。在正常情况下，要使用“钢弦式应力计”来测量并记录好隧道内软弱破碎带围岩的变形数值动态。

3.施工要点

3.1临时支护的拆除

3.1.1布置测点

布置测点的目的是为了确定拆除临时支护的最佳时间点。要在确保支护结构稳定性的前提下才能拆除临时支护，这种前提一般情况下是当支护结构的变形数值小于0.2毫米/天时。

3.1.2凿除喷射混凝土

将风镐和弱控制这两种爆破方式有机结合在一起，且保证分部进行弱爆破操作，同时，还要将弱爆破的范围严格控制在2米之内。

3.1.3注意拆除顺序

按照从上到下的顺序分段进行拆除。

3.2精确施工步长

3.2.1精确台阶步长

先根据台阶的开挖高度，再将围岩稳定滑移面的角度确定下来，从而最终确认好3到5米的台阶步长。

3.2.2精确各个开挖路面步长

在一般情况下是将该步长控制在8到10米的范围之内，但也要根据施工的实际情况进行灵活调整。

4.施工注意事项

4.1注重保护围岩

各个施工部门进行开挖时应注重对隧道内软弱破碎带围岩的保护工作，在最大程度上减少对围岩的扰动。因此，在施工过程中应以使用机械开挖为主要施工方式，再以人工作业为辅，尽量减少爆破的使用频率。

4.2保证支护结构的稳定性

对隧道围岩的下部进行开挖时，应注意软弱破碎带上部支护结构的稳定性。因此，在开挖边墙时必须采用两侧交错挖马口施做，防止位于上部支护结构断面两侧的拱脚部分出现同时悬空的现象；另一方面，对于质地较为松软的围岩，最好采用临时仰拱及时封闭断面成环的做法，以保证支护结构的稳定性。

4.3各施工路段应保持合理的安全距离

两个相邻的掌子面之间要将距离控制在8到10米，以保证导坑在开挖过程中的施工安全；同时，每个导坑的上下台阶之间要将距离控制在3到5米。

5.我公司工地现场实际案例

以我公司前段时间负责的一项映汶高速公路映秀隧道工程为例，该隧道为大断面高速公路双线软弱围岩隧道，开挖断面面积达120平方米，全长5260米，最大埋深近170米。全隧道洞身设计纵断面为2‰及3‰的上坡。隧道围岩主要为Ⅳ级，分布有全风化泥岩、砂岩、强风化长石石英砂岩，岩体破碎，地质条件复杂，穿越了软弱围岩、浅埋段等不良地层。本隧道工程施工的关键正是在于应用了上述的CRD技术。实践表明，CRD施工技术有效地促成了该隧道的顺利建成。目前，该隧道已经实现了全面通车，且运行状况良好。长久的监测显示，该隧道的围岩变形一直保持在可控范围以内。由此可以看出，CRD施工技术可有效维持隧道软弱破碎带围岩的稳定性，从而保证安全且高效的工地施工秩序。

结语：

综上所述，对隧道软弱破碎带围岩运用CRD施工技术进行作业时，需要在隧道开挖施工过程中充分做好工程的超前预报与支护，分步开挖和实时监测等一系列工作。只有完善CRD施工技术在隧道软弱破碎带围岩中的应用措施，才能进一步保障隧道的质量安全。

【参考文献】：

【1】梅成焕 隧道软弱破碎带围岩施工技术探讨 【J】 山西路桥建设 2014.7

【2】徐伟杰 CRD法在大跨浅埋软弱围岩隧道施工中的应用 【J】 世界交通 2014.8

【3】刘习彬 CRD施工技术在隧道软弱破碎带围岩中的应用 【J】 建养与机械 2014.9