软岩大断面隧道CRD施工技术探讨--中国期刊网

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软岩大断面隧道CRD施工技术探讨

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第18期作者：阮国见

[导读] 摘要：新建铁路大理至临沧铁路白石头隧道出口施工揭示岩性为黑色炭质片岩，灰色绢云片岩夹方解石脉，局部分布绿泥石片岩，强风化为主，局部全风化，岩体质软，围岩破碎～极破碎，岩体整体性、自稳性差。

        中国铁路昆明局集团有限公司滇西铁路建设指挥部云南大理 671000
        摘要：新建铁路大理至临沧铁路白石头隧道出口施工揭示岩性为黑色炭质片岩，灰色绢云片岩夹方解石脉，局部分布绿泥石片岩，强风化为主，局部全风化，岩体质软，围岩破碎～极破碎，岩体整体性、自稳性差。隧道前期采用三台阶加临时仰拱法施工，由于隧道围岩大变形，多次发生溜塌、侵限换拱现象，后采用CRD工法施工，临时仰拱和临时中隔壁将双线段分割成4个封闭成环的小空间，达到了少扰动、早封闭、早成环的目的，有效控制了大变形。
        关键词：大断面隧道、软岩、大变形、CRD工法
        1.工程概况
        新建铁路大理至临沧铁路白石头隧道为大临铁路控制性工程，隧道全长9375m，是典型的软岩隧道，属于I级风险隧道。
        白石头隧道出口为双线车站救援段，断面大，围岩地质条件差。隧道施工揭示岩性为黑色炭质片岩，灰色绢云片岩夹方解石脉，局部分布绿泥石片岩，强风化为主，局部全风化，风化差异大，岩层陡倾，节理发育，岩体破碎呈角砾状及片状，岩体受构造影响强烈，局部揉皱发育，岩体质软，整体性、自稳性差，且存在软弱夹层，局部富水，岩石强度低，遇水成泥状，变形不均匀，易突变，承受扰动能力小，轻微震动易导致变形滑塌。
        2.存在问题及方案选择
        2.1存在问题
        掌子面掘进过程中，围岩为Ⅴ级，采用三台阶加临时仰拱法施工，支护参数为：钢架采用I22b工字钢，间距0.6m；超前支护采用φ42注浆小导管，长度3.5m，纵向间距2m，环向间距0.4m，每环45根；钢架拱脚位置设置2根4m长锁脚锚管。
        在掘进25m后，初支完成段累计最大变形量173cm，最大变形速率为11cm/d，C25喷射混凝土开裂失效，I22b型钢、φ300螺旋管竖撑变形扭曲。在围岩承受扰动能力小的大断面车站段，上台阶的开挖对围岩扰动范围和程度增大，导致拱顶围岩产生松弛，对初支作用力增大。采用三台阶加临时仰拱法没能有效控制局部收敛和拱顶下沉的系统支护，简单的竖向支撑，不能与临时仰拱和支护型钢形成一个整体的受力系统，从而不能有效控制变形，导致多次发生侵限换拱及溜塌，施工进度缓慢，成本投入增加，安全风险极高。
        2.2方案选择
        CRD工法采用弱爆破或者人工开挖，围岩扰动范围和程度明显减小，围岩松动圈减小，初支完成后，围岩对初支结构受力变小。中隔壁和临时仰拱将车站大断面分割成4个封闭成环的小空间，每个部位开挖后立即支护，封闭成环，受力结构完整，能有效控制变形。
        为了能有效控制白石头隧道出口大变形，经过研究决定采用软岩大断面隧道CRD工法施工，CRD工法临时仰拱和临时中隔壁将车站大断面分割成4个封闭成环的小空间，达到了少扰动、早封闭、早成环的目的，能有效控制大变形。
        3.方案设计
        （1）隧道开挖采用CRD工法施工。①、③部开挖高度宜控制在4.5m以内，②、④部分台阶开挖。隧道开挖采用机械配合人工开挖，局部质硬部分可采用弱爆破施工，且在钢架脚50cm以内范围内采用人工开挖。（2）加强支护采用全环I25b型钢钢架，间距0.5m；纵向连接筋调整到内侧，间距加密到0.5m，“Z”字型布置。（3）超前支护采用φ42超前注浆小导管，每根长度3m，纵向间距1.5m，环向间距0.3m,每循环60根。（4）每处拱脚施作2根3.5m长φ42锁脚锚管，在②、④部每台阶拱脚打设1根9m长φ89锁脚锚管，每榀计8根φ42锁脚锚管，和4根φ89锁脚锚管。
        4.方案施工
        施工过程中遵循"小分部、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护"的施工原则，自上而下，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护。在施做二次衬砌前，自上而下拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱。施工过程中严格控制仰拱、二衬安全步距。
        现场施工过程中CRD各部位尺寸如图1所示：
        为了充分发挥CRD工法控制变形的作用，现场实际施工时对CRD作了如下调整：
        （1）将临时仰拱设置在原三台阶临时仰拱法上台阶拱脚位置，②、④部分台阶开挖，相当于将整个掌子面分成6个工作面进行施工。（2）为防止②、④部中部发生较大收敛变形，隔榀在每隔一榀拱架在②、④部中部增设9m长φ89无缝钢化管。（3）由于地表存在滑动层，为防止竖向压力过大，导致中隔壁变形过大，将中隔壁拱架型号调整为I25b工字钢，并尽可能减少中隔壁接头。（4）为了防止临时仰拱纵向扭曲变形，失去作用，将临时仰拱纵向连接采用工字钢连接，形成整体受力，充分发挥临时横向支撑的作用。

        图1
        5.施工工序
        白石头隧道软岩大跨段由三台阶临时仰拱法转换为为CRD法，首先对③、④部掌子面临时封闭，然后按如下工序进行施工：
        （1）在超前大管棚防护下，机械开挖①部，及时施做初期支护，安装临时仰拱和中隔壁；（2）滞后①部3-5m，机械开挖②-1部，开挖后及时施做初期支护，安装中隔壁拱架；（3）滞后②-1部3-5m，机械开挖②-2部、③部，开挖后及时施做初期支护，安装临时仰拱和中隔壁；（4）依次开挖④-1部、④-2部，并完成初期支护，安装中隔壁；（5）④-2部开挖支护完成后，对应的仰拱初支也施做完成，仰拱初支长度足够6m时，及时施做仰拱混凝土，并浇筑仰拱填充混凝土；（6）根据监控量测结果，确定二衬施做时间后，拆除临时仰拱和中隔壁，铺设土工布、防水板，及时施做二衬。
        6.效果分析
        （1）采用CRD工法进行施工后拱顶下沉和周边收敛明显减小，累计变形量在可控范围之内。以DK166+932和DK166+929断面为例：DK166+932断面施工工法为三台阶+临时仰拱法，拱顶下沉累计522mm，S1累计变形655mm；DK166+929断面施工方法为CRD法，①部拱顶下沉累计344mm，③部拱顶下沉累计199mm，S1累计变形245mm。（2）施工功效和进度指标得到提高。经对施工过程中工序耗时进行总结得出，采用CRD掘进时，循环工序时间一般在12小时左右，可保证每日两循环进尺，考虑施做仰拱二衬期间洞内其他工序受影响，月进尺可达25m/月。（3）综合成本投入相对减少。CRD工法施工减少了换拱和塌方风险，同时提高了月进度，综合成本相对减少。
        7.经验总结
        （1）对于边墙的局部变形，可适当调整临时仰拱的位置，控制局部变形；临时仰拱由弧形变成直线，更加有效的抵抗边墙收敛变形。（2）①部和③部的临时仰拱滞后①、③部平台0.5米，①部在开挖过程中，大量的渣土从临时仰拱端头进入②、④部，剩余的渣土通过人工扒渣从临时仰拱端头进入②、④部。相比较传统CRD工法的手推车倒渣进入漏渣孔，大大提高了出渣效率。（3）临时仰拱主要承受围岩收敛带来的压力，临时仰拱连接接头应该紧贴边墙，使其提早受力，不形同虚设。所以，临时仰拱应在现场量好每个位置需要的长度和斜口角度进行截取。临时仰拱支立上以后，与边墙预留连接钢板满焊，并在临时仰拱下方增设预留支撑牛腿，保证安全。
        参考文献
        [1]《客货共线铁路隧道工程施工技术规程》（Q/CR9653-2017）
        [2]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009)
        [3]《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417-2018）