CRD工法在隧道施工中的优化

杨恩 苏海龙

摘 要：CRD工法已经应用于玉蒙铁路黑龙潭隧道施工中。针对浅埋、软弱、偏压、膨胀岩等地质条件，本文对原设计CRD工法进行改进，采取有效的施工措施，完成大断面隧道的施工任务。

关键词：CRD工法;隧道施工;优化

中图分类号：U455.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）20-0125-03

Abstract： The CRD method has been applied to the construction of the Heilongtan tunnel of the Yumeng Railway. Aiming at geological conditions such as shallow burial， weak， biased pressure， and expansive rock， this paper improved the original design CRD construction method and adopted effective construction measures to complete the construction of large-section tunnels.

Keywords： CRD construction method;tunnel construction;optimization

黑龙潭隧道为新建双线铁路隧道，全长为386 m，隧道顶覆盖层厚度最厚达到22 m，最薄处仅为3.5 m，全隧围岩级别为Ⅴ级，开挖跨度13.6 m，平均开挖断面为145 m2，设计要求按CRD工法开挖。全隧处于浅埋、偏压地段，部分段落为人工堆积土，剥蚀丘陵地貌，下部为全风化带（W4）和强风化带（W3），粉砂岩夹粉质黏土，砂岩夹页岩成互层状交替，岩层含水量较大，节理、裂隙中含有活性矿物成分的黏土充填物，围岩具有膨胀性，不良地质和特殊地质并存，表层覆盖红黏土垂直裂隙发育，地表水易沿裂隙下渗，软化下伏岩层，风化砂易流失，一旦隧道开挖形成临空空间，抗变形强度很低。

施工过程中发现围岩自稳能力差，隧道斷面中上部范围变形较大，发生围岩开裂和膨胀等变形破坏现象，而且围岩向内产生挤压变形性导致初支砼开裂、临时横撑发生弯曲或扭曲变形。针对出现的实际情况，施工中对设计的CRD工法采取多方面的优化措施。

1 设计CRD法施工工序

设计CRD法施工工序，其示意图如图1、图2所示。

施作隧道超前支护。弱爆破①部，及时砼封闭掌子面。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，之后复喷砼至设计厚度。

弱爆破开挖②部。在滞后①部一段距离后，弱爆破或不爆破开挖②部，喷射砼封闭掌子面，按设计要求布设超前支护。导坑周边部分初喷砼，施工锚杆、钢筋网;然后接长I20b型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，根据实际情况，安设I18横撑，最后复喷砼至设计厚度。

开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤和工序同①部。开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤和工序同①部。

在滞后于②部一段距离后，弱爆破开挖⑤部。导坑周边及隧道底周边部分初喷4 cm厚砼;接长I20钢架及I18临时钢架，复喷砼至设计厚度。

在滞后于④部一段距离后，弱爆破开挖⑥部。导坑周边及隧道底周边部分初喷4 cm厚砼;接长I20钢架及I18临时钢架，复喷砼至设计厚度。

按设计及相关规范要求布设监控量测测点[1，2]，记录地表沉降、周边收敛及拱顶下沉数据，并对数据进行回归分析。根据分析结果，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及上部临时横撑，然后灌筑边墙基础及仰拱。灌筑边墙基础、仰拱及隧底填充砼。铺设防水层，利用衬砌模板台车一次性灌筑拱墙衬砌。

2 CRD工法的优化方案

针对施工中存在的问题，对原设计CRD工法进行优化，改进方案如图3、图4所示。

2.1 ①部、③部开挖方法优化

施工过程中，掌子面开挖后围岩软弱，岩体含水量较饱和，自稳性极差，岩体产生滑坍和掉块，安全隐患大，架立钢架时因掌子面岩体坍塌而砸伤作业人员，经参建几方会商，①部、③部开挖改用环形开挖预留核心土法，人工配合小型机具开挖，每循环进尺控制在0.6 m即安装一品钢架位置，核心土面积不小于50%，核心土长度始终保留为2～3 m，以确保掌子面的稳定。

2.2 临时支撑结构优化

中隔壁和横撑原设计成弧形，由于围岩压力较大，施工前期中隔壁弯曲度增加，横撑扭曲变形。为抵制围岩变形，在后来的施工过程中，将临时支撑钢架全部改为直线线形，以增加支撑刚度和抗变形的能力，提高钢架竖向和水平方向承载力。

2.3 临时横撑连接方式优化

左右横撑理论上应对称安装，但同一断面的两边钢架安装存在较大时间差，受围岩变形的影响更明显，加上钢架的安装误差，实际施工时各部钢架的横撑连接位置在平面和高程上都有一定的变化，完全对称安装是做不到的。如果横撑按照原设计进行设置，在各钢架预留的接头连接板上，螺栓连接有很大的困难，横撑长度要根据现场量取的实际需要下料，与钢架连接采用直接焊接，在焊接接头下端再焊接L10 cm×14 cm×10 cm角钢加强支撑，这样确保了横撑与钢架有效连接，提高了整个临时支护抗变形的能力。①部、③部横撑上预留弃渣孔，弃在②部、④部。

2.4 部分开挖空间优化

原设计部分空间施工相互干扰大，下部不利于机械出渣，施工进度慢。为加快施工进度，②部、④部、⑤部和⑥部尽量利用机械开挖、出渣，适当提高原设计的第一道水平横撑高程，取消第二道横撑。因上断面围岩变形较大，在①部、③部横撑安装完毕后，增设[Φ]200 mm钢管斜撑，增加抵制围岩变形的能力。②部、④部人工配合小型挖掘机开挖出渣。由于空间增大，⑤部、⑥部开挖时采用小型装载机配合挖掘机开挖出渣。①部、③部采用人工配合手推车出渣。

2.5 合理調整各部之间距离及台阶长度

由于隧道围岩整体软弱自稳性差，在有作业空间的前提下尽量缩短各部之间距离，①、③部预留核心土台阶长度控制在6 m左右，②、④部预留核心土台阶长度控制在10 m左右。设计没有说明③部与②部的距离关系，实际施工中，采用③部滞后②部5 m左右开挖，加上二衬端头与未拆除临时支护始终保留5 m左右的空间长度，二衬到上部掌子面最远距离就控制在40 m左右。当然，开挖时，视围岩地质情况，不同隧道要合理调整每部开挖长度。

2.6 中隔壁底部钢架施工方法优化

一是原设计仰拱施工时，中隔壁长时间悬空影响临时支撑整体稳定，为减少围岩变形，开挖仰拱时先开挖中隔壁底部位置，及时接长中隔壁下部钢支撑至隧底，在仰拱施工过程中不拆除，将中隔壁钢支撑浇筑在仰拱砼中[3]。二是原设计中隔壁在仰拱填充面以下的节段位于中心水沟外，难以支模浇筑仰拱填充砼，中隔壁调整成直线后，下部节段全部位于中心水沟内，不影响支模，在拆除临时支撑时只需要在中心水沟内切割临时钢架即可。

3 采取有效的施工措施

根据CRD工法在黑龙潭隧道不良和特殊地质条件下施工遇到的围岩变形、膨胀、初支开裂、临时支撑变形等不利情况，采取有效的施工措施。

3.1 加大预留变形量

施工开始后，笔者通过监控量测发现，最大变形量达30 cm左右，原设计预留变形量15 cm根本无法抵消实际变形量，采取加大预留变形量至40 cm的措施。

3.2 施工防排水

膨胀岩具有干燥岩质较硬易脆裂、有明显的垂直和水平的张开裂隙，被水浸湿后裂隙回缩变窄或闭合强度迅速降低的特性，施工过程中要防止水的浸湿，浅埋段地表低洼处必须填平，沟槽采用浆砌片石封闭，防止地表水下渗，严禁在岩体上直接挖沟排水，严禁施工用水渗流到开挖工作面，达到减少膨胀量的目的。

3.3 及时封闭围岩

隧道开挖后，围岩很快发生软化、开裂和膨胀，向内挤压变形。开挖后应立即初喷4 cm砼封闭围岩，尽量减少围岩暴露时间。实际施工中，安装钢架后先喷15 cm砼（设计初支砼厚度28 cm），下一循环时再补做系统锚杆、补喷砼至设计厚度，这种方法实际应用效果较好，能及早使初支与围岩共同工作形成承载体系，有效地阻止围岩的快速变形。

3.4 控制临时支护的施工质量与时机

开挖后，临时支护能有效地控制洞周变形和地表沉降，其间应加强施工管控。一是在施工过程中应严格控制中隔壁钢架的垂直度，底部槽钢垫实，加密钢架的纵向连接筋，提高钢架间整体受力水平。二是在①部每开挖2.4 m后及时施做隧道中线侧[Φ]25 mm超前水平锚杆，①部、②部开挖后及时沿中隔壁施作[Φ]22 mm砂浆锚杆，每1.8 m一个循环，①部、③部开挖后紧随核心土尾部，及时安装横撑，铺设钢筋网、喷砼形成临时仰拱。

参考文献：

[1]铁道部.客运专线铁路隧道工程施工技术指南：TZ 214—2005[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[2]铁道部.铁路隧道施工规范：TB 10204—2002[S].北京：中国铁道出版社，2002.