高原大跨段隧道CRD法施工技术研究

伍超

（中铁二十局集团第四工程有限公司，山东 青岛 266100）

0 引言

在黄土地层中修建大跨段黄土隧道的施工过程中，往往存在着许多挑战和困难。特别是在高原地区，由于地形复杂、地质条件恶劣以及气候变化等因素的影响，使得高原大跨段隧道的施工更加复杂和困难。

在黄土隧道的开挖过程中，由于黄土松散、湿润度高以及可塑性较强等特点，存在着较大的全场位移。这些位移不仅会对施工过程造成严重的影响，还可能给隧道的稳定性和安全性带来威胁。因此，深入研究黄土隧道施工力学效应，掌握其力学特性和变形规律，对于制订合理的施工方案和保障隧道工程的安全运营具有重要意义。将重点研究高原地区大跨段黄土隧道的施工技术，主要采用CRD 法，该方法结合了刚性框架和挡土墙技术，通过锚杆锚索实现结构的整体加固和地质的稳定。该方法不仅适用于黄土地层中大跨段隧道的开挖，还具备较好的适应性和可靠性。

最后，总结CRD 法在高原大跨段隧道施工中的独特技术和优势，包括施工周期短、效率高、结构稳定等方面，并为今后类似工程的规划和实施提供参考。通过本文的研究，可以为高原大跨度隧道的施工提供一定的指导和参考，促进我国隧道工程的发展和进步。

1 隧道地质情况概述

该研究主要关注高原大跨段隧道的CRD 法施工技术。隧道所处的地理环境非常复杂，包括山脉、丘陵和平地[1]。

该研究的实际工程案例是周山隧道，该隧道位于山脉中，周围环境包括黄土丘陵和冰原，地理环境非常复杂。周山隧道的地质主要由砂岩、砾岩、粉砂岩和少量粉砂岩组成。该地区的气候特点是干燥寒冷，地面水很少，岩石呈干裂状。地震数据显示该地区属于中轻度地震区，但由于地处山区，受到的地震冲击较大。因此，周山隧道的抗震设防烈度已提高到6度。该地区处于华北平原南侧与秦岭山脉的交汇地带，地质构造相对简单[2]。

该研究结果显示，该地区稳定性较高，没有发现区域性深大断层，并且新的构造运动也不频繁。尽管该地区地下水资源储备较少，地表径向倾斜度较大，降雨更容易造成洪水泛滥，但该地区的土壤利用率相对较低，植物生长空间有限，地表水蒸发速度较快。因此，在进行隧道施工时，需要注意预防和处理水土流失问题。尽管研究过程中没有发现地下水，但在阴雨天气时，可能出现松散层和基岩裂缝中的水。通过CRD 法施工技术的研究和应用，可以有效应对这些挑战，保证隧道的施工质量和安全[3]。

2 研究方法

2.1 研究对象

研究对象为高原地区的大跨段隧道，即隧道内部跨度较大的隧道结构。由于高原地区的地质条件复杂，大跨段隧道的施工具有一定的挑战性。因此，将集中研究高原地区大跨段隧道的施工技术，以提供科学的指导和建议。

2.2 数据采集

首先，将收集有关高原地区大跨段隧道施工的文献资料，包括已经发表的学术论文、研究报告以及相关的专业书籍。其次，将与工程师和施工人员进行访谈，获取他们在实际施工中的经验和见解。最后，将收集和分析实际施工中的数据，包括工程进度、质量控制和安全管理等方面的数据。

2.3 试验设计

该研究将设计一系列试验来验证和改进高原地区大跨段隧道的施工技术。试验将在实际工程中进行，采用对照组和试验组的方式进行比较。在试验过程中，将考虑多种因素，包括地质条件、隧道结构、施工工艺等。通过对比不同的施工技术和工艺，评估其在高原地区大跨段隧道中的适用性和效果[4]。

2.4 数据分析

首先，对文献资料进行归纳和总结，整理出高原地区大跨段隧道施工技术的发展趋势和关键问题。

其次，对采访和实际施工数据进行整理和统计，以获取准确的数据信息。

最后，应用统计学方法对数据进行分析，找出不同因素之间的相关性和影响程度。

2.5 结果验证

将通过对试验数据的验证，验证研究结果的可靠性和有效性。

首先，与其他专业人士进行讨论和交流，获取他们的意见和建议。

其次，组织专家评审会议，邀请相关领域的专家对研究结果进行评审和验证。

最后，根据专家意见对研究结果进行修正和完善。

通过以上的研究方法，得出关于高原地区大跨段隧道CRD 法施工技术的科学结论和建议，为相关工程项目提供参考和指导[5]。

3 高原大跨段隧道下穿公路施工方案分析

3.1 台阶法施工

台阶法是在高原大跨段隧道CRD 法施工过程中常用的一种施工方法。该方法是根据隧道的地质条件和设计要求，将施工过程分为若干个台阶，逐步进行施工。台阶法施工的具体步骤如下：

在进行台阶法施工前，首先需要进行详细的地质调查和勘查，以确定隧道的地质构造、岩性、断裂和水文地质等情况。根据这些数据，可以制订隧道的设计和施工方案。

根据设计要求，确定台阶的高度和阶段。一般来说，台阶的高度应该根据地质条件和施工能力来确定。对于高原大跨段隧道，可以将施工过程划分多个台阶，根据具体情况确定每个台阶的高度[6]。

根据台阶的高度和阶段，制订相应的施工计划。施工计划应包括岩石爆破、掘进、支护、排水等施工工序的具体安排，以及分期验收和质量控制等内容。

接下来，根据施工计划，进行台阶法施工的具体操作。

首先，岩石爆破。根据隧道的设计要求和爆破物理特性，选择合适的爆破方案和合理的爆破参数进行爆破作业。

其次，掘进作业。根据爆破后的岩体情况，选择合适的掘进设备和技术进行隧道的掘进。在掘进过程中，需要控制掘进速度，并考虑地质构造、岩性变化等因素的影响。

在掘进过程中，还需要进行支护作业。根据隧道的地质条件和设计要求，选择合适的支护方式和材料进行隧道的支护。支护的主要目的是确保隧道的稳定性和安全性。

最后，排水作业。在施工过程中，需要及时排除隧道中的积水和地下水，以确保施工的顺利进行。常用的排水方法包括透水层的灌浆和钻设排水孔等[7]。

为了保证黄土地质的稳定性，在模拟过程中可以选择三级台阶加高拱下沉的施工手段。为了减少边缘因素对数值模拟分析结果的干扰，可以将目标区域置于模型的核心位置（y=30）。

在模拟过程中，重点观察隧道拱顶不同高度的下降和滑动过程、不同阶段的下降过程，以及施工过程中支护结构重要部位主要压力的发展情况。

此外，还可以深入讨论模拟开挖的四个步骤，即1/4（15m）、1/2（30m）、3/4（45m），并详细研究在每个步骤中隧道顶部地层在不同水平方向上的垂直位置变化，以及描述开挖区域周围地层的塑性变化。

3.2 CRD 法施工

CRD 法施工步骤包括施工准备、爆破开挖、支护和巷道排水等，具体如下：

一是施工准备：进行地质勘查和分析，确定隧道的设计参数和施工方案；制订施工计划，并进行施工前的准备工作。

二是爆破开挖：采用适当的爆破技术和爆破参数，对岩石进行控制变形和破碎，实现隧道的开挖。

三是支护：根据隧道的地质情况和设计要求，选择合适的支护措施，如锚杆、喷射混凝土等，以提供足够的支撑和稳定。

四是巷道排水：在隧道开挖和支护过程中，及时进行巷道排水，以保证施工现场的干燥和安全[8]。

该技术具有以下优势：

一是适应性强，CRD 法能够适应不同地质条件和复杂的地下环境，能够在各种岩石类型和地质构造下进行施工。

二是施工效率高，CRD 法相比传统的隧道施工方法，施工速度更快，能够有效节约时间和成本。

三是施工安全性好，通过对爆破参数的控制和支护技术的应用，能够有效降低地质风险，保证施工的安全性。

3.3 二者结果对比

CRD 法是一种用于高原大跨段隧道施工的技术，通过对比台阶法和CRD 法的结果，可以看出它们在最小压应力和最大拉应力方面存在一定的差异。

在台阶法中，最小压应力为19.7MPa，最大拉应力为2.8MPa；而在CRD 法中，最小压应力为11.6MPa，最大拉应力为1.9MPa。在台阶法中，初期支护的最小压应力主要出现在隧道左右侧墙的下部，低于标准抗压强度16.7kPa。而最大拉应力则集中在拱顶，超过初期支护混凝土的抗拉强度1.78kPa。尽管初期混凝土可能出现开裂或剥落，但由于钢结构的抗压能力较强，所以隧道的安全性是有保障的。但为了避免裂缝和剥落的出现，仍然需要采取加固措施[9]。

在CRD 法中，最大拉应力主要集中在拱顶，并且低于混凝土初期支护的最小抗拉强度1.67kPa，因此不会出现开裂或剥落情况。在CRD 法中，初始支护压力最低可达到11.6kPa，虽然低于混凝土的最低抗压强度16.7kPa，但仍然非常稳定，可以放心进行初始支护。另外，C25 混凝土具有较强的抗压强度，可以承受压力上升到1.78kPa 的荷载。不过，为了确保安全，仍然需要及时进行加固，以防止裂缝和剥落的问题发生。在进行高原大跨段隧道CRD 法施工技术研究时，根据对比分析台阶法和CRD 法的结果发现，两种方法在最小压应力和最大拉应力方面存在一定的差异[10]。

4 结论

通过对高原大跨段隧道CRD 法施工技术的研究，得出以下结论：

其一，CRD 技术在高原大跨段隧道施工中具有较高的可行性和适应性。由于高原地区地质复杂、气候条件恶劣，传统的施工方式存在一定的困难。而CRD技术可以通过预制构件的方式进行施工，降低了对现场施工条件的要求，并且可以提高施工效率。

其二，CRD 技术可以有效降低施工的风险和成本。在高原地区进行大跨段隧道的施工过程中，由于地质条件不稳定，施工风险较大。而CRD 技术可以将施工过程中的风险降至最低，减少施工过程中的意外事故发生的可能性，并且可以缩短施工周期，减少了施工成本。

其三，CRD 技术在高原地区的施工中需要针对当地的特殊情况进行优化和改进。高原地区气候严寒，夜间温度较低，施工过程中对混凝土的养护和保温措施需要特别注意。此外，由于高原地区地质条件复杂，施工过程中需要对地质情况进行精确的调查和分析，以保证施工的顺利进行。

其四，CRD 技术在高原大跨段隧道的施工中具有较好的应用前景。目前，我国高原地区交通基础设施建设正在不断推进，需要大量的隧道工程。CRD 技术作为一种新兴的施工方法，可以有效地解决高原大跨段隧道施工中的问题，提高施工效率，并且减少对现场施工条件的要求。

综上所述，CRD 技术在高原大跨段隧道施工中具有较高的可行性和适应性，可以有效降低施工的风险和成本，并且具有良好的应用前景。然而，需要特别注意当地的气候和地质条件，进行相应的优化和改进。相信随着技术的不断进步和应用的不断推广，CRD 技术将在高原地区的隧道工程中扮演越来越重要的角色。