复杂环境下地铁隧道CRD工法施工技术研究

■ 汪正斌

0 引言

地铁修建过程中采用有效合理的施工措施和技术，减少施工对周围土体的影响，控制地层移动，避免邻近建筑物、路面和地下管线的破坏，是工程技术人员亟待解决的一大难题，若施工方法选择不当，会导致周边环境产生安全隐患[1-2]。如2008年11月正在施工的杭州地铁1号线湘湖站北2基坑现场发生大面积坍塌，造成重大伤亡事故[3]。因此，选择合适的隧道施工方法避免对周边环境的影响尤为重要。

1 工程概况

深圳地铁11号线BT项目后海站及红树湾站—后海站矿山法隧道全长为138．855 m，埋深15．000 m，开挖断面宽11．540 m，高9．750 m，采用CRD工法施工。矿山法隧道位于南山区海德三道正下方，沿海德三道呈东西向布置。矿山法隧道北侧为深圳湾体育中心，南侧为正在施工的华润大厦，基坑深度约28 m，与隧道同步施工。根据地下管线探测报告，横穿隧道管线主要有给水管、路灯电缆、雨水管，隧道北侧主要有给水管、路灯电缆、电信管、雨水管、燃气管、排水箱涵，其中排水箱涵距离隧道中心线约20 m。

红树湾站—后海站矿山法隧道地层从上往下依次为：第四系全新统人工堆积层（Q4ml）①1素填土、①4填块石、①6杂填土，第四系全新统海陆互相沉积层（Q4mc）②1淤泥，第四系残积层（Qel）⑦1-1可塑状砾质黏性土、⑦1-2硬塑状砾质黏性土，燕山期粗粒花岗岩（γ53）⑧1全风化粗粒花岗岩、⑧2-1砂土状强风化粗粒花岗岩、⑧2-2块状强风化粗粒花岗岩、⑧3中等风化粗粒花岗岩、⑧1-4微风化粗粒花岗岩。隧道穿越地层主要为⑦1-1可塑状砾质黏性土、⑦1-2硬塑状砾质黏性土。地质剖面示意见图1。

该地层上部主要为孔隙潜水，填石层为主要含水层，富水性和透水性较好，其他属弱透水层。地下水为微咸水～咸水，地下水对混凝土为弱～中等腐蚀性。稳定地下水标高-0．49～2．04 m。

2 施工方案选择分析

矿山法开挖方式对比见表1。

本工程具有以下特点：

图1 地质剖面示意图

表1 矿山法开挖方式对比

（1）周边环境复杂。矿山法隧道北侧为深圳湾体育中心，南侧为正在施工的华润大厦，基坑深度约28 m，与隧道同步施工。隧道北侧有给水管、路灯电缆、电信管、雨水管、燃气管、排水箱涵横穿隧道，其中排水箱涵距离隧道中心线约20 m。对沉降控制要求高。

（2）地质条件差。隧道穿过可塑状砾质黏性土、硬塑状砾质黏性土，含水量高，自稳能力差。

（3）大断面结构，施工风险大。开挖断面宽度11．540 m，高度9．750 m，为大断面结构，施工风险大。

工程周边环境复杂，若地面沉降过大，会对周边建筑物和管线造成极大安全隐患，因此，控制地面沉降尤为重要。CRD法对沉降控制效果最好，故采用CRD法施工，即在隧道断面中心设置隔墙，断面分4步开挖，每步开挖后初期支护通过中隔墙和临时仰拱封闭成环，初期支护全部完成封闭后，作二次衬砌的仰拱和填充，最后分段拆除中隔墙和临时拱腰仰拱，一次灌注二次衬砌混凝土[4]。

3 CRD工法

3.1 工法原理

CRD工法又叫中隔壁法，即在隧道断面中部设置中隔墙，将断面分块，达到降低开挖跨度和开挖高度的效果，进行分部开挖、分块成环、化大为小、步步封闭、环环相扣形成全断面初期支护封闭结构的施工方法。同时在施工中，加强监控量测，依靠量测数据进行支护施工。该工法的特点是安全性高、技术要求高但施工难度小、地层沉降量小，适用于地质条件差、宽度大、安全要求高的隧道[5]。

3.2 工程总体施工流程

隧道开挖施工工艺流程为：（1）施工超前大管棚，全断面注浆，超前小导管；（2）左侧导坑上台阶开挖支护；（3）左侧导坑下台阶开挖支护；（4）右侧导坑上台阶开挖支护；（5）右侧导坑下台阶开挖支护；（6）拆除临时支护；（7）二次衬砌施工。

3.3 超前预支护施工工艺

3.3.1 超前管棚施工

采用水平有线导向跟管钻进的方法实施，即成孔和埋设管棚一次完成，由一端打设管棚，管棚长度108 m，一端通长打设，选用直径φ108 mm，壁厚t=8 mm无缝钢管作管棚钢管，管棚采用丝扣连接，丝扣长150 mm，为了避免钢管同步搭接，大管棚前端第一根可采用2种规格，单号第一根打设4 m钢管，双号第一根打设6 m钢管，其他管节采用6 m长钢管。为了保证质量，打设时采用跳打的施工顺序。根据地质情况，终孔后封堵管口，浆液从φ108 mm钢管内注入，由管外环状间隙到孔口反出水泥浆，关闭排浆阀，持续加压注浆至3 MPa，注浆结束，浆液水灰比为1∶1。

3.3.2 全断面注浆

全断面注浆孔水平间距0．8 m，环向间距1．2 m，均匀布置。纵向加固长度为15 m，纵向间距为13 m，形成2 m止水盘。径向加固范围：隧道开挖轮廓线外2．5 m范围内。

3.3.3 超前小导管施工

超前小导管采用长3．5 m的φ42 mm×3．5 mm钢花管，环向间距0．4 m，纵向间距2．0 m，外插角10°～20°。小导管沿起拱线以上范围内环向布设。由于拱顶为砾质黏性土，浆液材料为水泥水玻璃双浆液，注浆压力一般控制在0．2～0．5 MPa，注浆材料、注浆方式及注浆压力在实际操作时将根据现场实际暴露的地质情况进行调整。

3.4 土方开挖方案

土方开挖采用小型机械配合人工开挖，台阶法施工，每次进尺长度为0．5 m。上台阶开挖需留置核心土，核心土面积不小于开挖断面的50%，上下台阶错距3～5 m，下台阶土方开挖完毕后及时将上下格栅封闭，并及时喷射混凝土；同时核心土需进行人工放坡，坡度不得小于1∶0．75（高宽比），严禁出现负坡。采用小推车、三轮车进行隧道内的水平运输，上部导洞中层板施工时，在中部预留500 mm×500 mm预留洞，上导洞土方均通过此洞口导入下导洞，再从下导洞将土方运至吊出井内。

3.5 初期支护

拱架在加工场冷弯分段制作，拱架各段之间采用连接角板、螺栓连接，格栅钢架施工流程见图2。初支混凝土采用C25（早强），初期支护厚320 mm，临时支护250 mm，施工采用潮喷工艺，自下而上、分层分段进行，先喷射土层与格栅之间混凝土，然后再喷射两榀拱架之间混凝土。

3.6 二次衬砌施工

针对衬砌施工时拆除中隔墙受力状态发生变化情况，通过监测数据分析，确定每次拆除中隔墙4～6 m。衬砌施工首先检查隧道断面尺寸，接着架设二次衬砌的边墙拱部钢筋骨架，人工立模（组合模板工字钢拱架）。混凝土集中拌制，搅拌车输送，泵送入模。环缝均设止水带，并按防水施工规范要求严格施工[6]。

4 监测数据分析

4.1 监测项目

对隧道周边环境进行监测，监测项目为地表沉降和管线沉降[7]，具体内容见表2。

表2 监测内容及测点布置

4.2 地表沉降

YDK11+955断面和YDK11+945断面地表沉降随时间变化见图3。可以看出，地表沉降经历了缓慢变形阶段、急剧变形阶段和稳定变形阶段，在左上导洞和左下导洞开挖过程中地表呈现出缓慢变形，右上导洞开挖过程中地表呈现出急剧变形，右下导洞开挖过程中地表呈现出稳定变形。在开挖过程中，地表沉降值均在控制值以内， 可知CRD工法对地表沉降控制具有较好效果，对周边建筑物影响较小。

4.3 管线沉降

管线沉降随时间变化见图4。可以看出，随着时间的增长，管线沉降呈现逐渐变大后稳定的趋势，沉降值均在控制值内，说明CRD工法施工对管线沉降控制具有较好效果，对管线影响较小。

图2 格栅钢架施工流程

图3 地表沉降随时间变化图

图4 管线沉降随时间变化图

5 结束语

在复杂环境条件下隧道施工必须选择有效合理的施工措施和技术，避免造成邻近建筑物、路面和地下管线的破坏。针对深圳地铁11号线红树湾站—后海站矿山法隧道工程的特点和难点，确定CRD工法施工，系统阐述在复杂环境条件下CRD工法施工方案，对地表沉降和管线沉降监测数据进行分析，得出该方法对周边环境影响较小，适用于在复杂环境下的隧道施工，对类似工程具有一定借鉴意义。

[1] 王江．铁路隧道监控量测信息系统的设计与实现[J]．中国铁路，2015(4)：50-53．

[2] 余大龙，舒东利，王磊．突水突泥隧道段落围岩压力及整治措施[J]．中国铁路，2017(7)：75-80．

[3] 孙雷江．盾构隧道施工对邻近基坑围护结构影响模拟分析[D]．苏州：苏州科技学院，2014．

[4] 赵源林，姜玉松．既有铁路路基下软岩隧道的CRD法施工技术[J]．安徽理工大学学报：自然科学版，2005，25(2)：29-34．

[5] 郭杰．改进的双侧壁导坑法施工安全性分析[J]．隧道建设，2014，34(6)：525-533．

[6] 徐礼华，艾心荧．厦门机场路隧道施工对砌体结构建筑物的影响分析[J]．岩石力学与工程学报，2010，29(3)：583-592．

[7] GB 50911—2013 城市轨道交通工程监测技术规范[S]．