花崗巖殘積層淺埋雙線鐵路隧道施工關鍵技術

摘 要：本文以廣珠貨運鐵路江門隧道淺埋暗挖段為工程實踐依托，在簡要介紹隧道地質條件及周邊環境的基礎上，重點對花崗巖殘積土中淺埋雙線隧道修建的關鍵施工控制技術進行了總結。長期的實踐表明：花崗巖殘積土遇水崩解、軟化、隨水流失的工程特性，會給穿行該地層的淺埋隧道帶來初期支護受力不均、內力增大、洞室及地表嚴重變形、塌方頻繁的工程問題；解決上述工程問題的關鍵是控制初期支護變形，減少花崗巖殘積土與水的接觸。本文突出了全斷面注漿配合”省略一道臨時水平支撐的CRD法”在施工中推廣應用的價值，以供類似工程參考。

關鍵詞： 花崗巖殘積層；全斷面注漿；分部開挖；監控量測

1 引言

目前鐵路建設進入了快速發展期，鐵路隧道常常在極其復雜的條件下修建，對于淺埋、軟弱的花崗巖殘積地層條件下修建隧道，如果施工技術運用或處理不當，經常會造成較大面積的坍方，由此帶來人身傷害、財產損失及工期延誤等是無法估量的。本文以廣珠鐵路江門隧道穿越Ⅵ級淺埋、軟弱的花崗巖殘積層為例，闡述了在復雜地質條件下，采用合理的施工技術及施工措施，確保了隧道安全、優質、快速的施工完成。

2 工程概況

新建廣州至珠海鐵路工程是為充分發揮京九、滬昆線的作用，緩解南昌鐵路瓶頸制約，提高樞紐通過能力，保證路網通道暢通而修建的120公里時速的貨物運輸鐵路。設計起點為廣州，終點為珠海。江門隧道為雙線鐵路隧道，全長9185m，其中暗挖段全長4685m，明挖段全長4500m，為廣珠鐵路的重點工程和控制性工程。

DK111+735～DK112+470暗挖段穿行于丘陵地區坡麓地帶，地形較平坦。隧道覆蓋層多為第四系松散堆積層與全風化層，埋深約10～17m，洞身位于全風化花崗巖殘積層中，巖質較疏松，遇水易崩解呈砂土狀，設計為Ⅵ級圍巖。地下水以第四系孔隙潛水為主，受降水影響較大。隧址周邊環境復雜、敏感，里程DK112+320～112+340段下穿城市干道，里程DK111+735～DK112+320段下穿圭峰山國家公園紅星俱樂部、圭峰游樂場、卡丁車俱樂部。

3 關鍵施工控制技術

3.1 “省略一道臨時水平支撐的CRD法”

CRD工法（Cross Diaphragm）即“交叉中隔壁工法”，其工藝原理是：就是把整個隧道大斷面“化整為零”，分割成6個上下左右斷面施工，每一小斷面單獨掘進，最后形成一個大的隧道斷面。采用CRD工法時，因洞室空間狹小，施工作業空間受到很大限制，一般僅適合人工開挖，不利于機械作業，嚴重制約工期。而江門隧道為全線的控制性工程，最為關鍵的指標就是工期，該工程的實施進展直接影響和制約全線的開通目標，因此，其工期意義重大。為了在確保安全的前提下順利推進，針對現場施工情況，根據新奧法隧道施工原理，結合既往施工經驗，在超前地質鉆探、監控量測、開挖后圍巖自穩能力觀察等多種技術保障前提下，采用了”省略一道臨時水平支撐的CRD法”開挖施工方案。

“省略一道臨時水平支撐的CRD法”：預留核心土開挖上部并成型拱部鋼架，后開挖中下部，同時鋼架落底，并輔以臨時中支撐和上臺階臨時仰拱。”省略一道臨時水平支撐的CRD法”是將整個隧道洞體分割成上、中、下三個斷面，就本隧道而言，上部為拱頂下約3.0m，中部為拱腳至上斷面底部約4.5m，下部為邊墻及仰拱部分約4.0m。由于開挖順序的調整和臨時橫支撐的減少，增大了洞室空間，能最大范圍的使用機械挖、裝、運棄碴作業，從而提高施工進度。

3.1.1 “省略一道臨時水平支撐的CRD法”施工步序

施工步序見圖1。

（1）左側上部開挖，架設拱部鋼架、臨時中支撐及橫支撐，施作初期支護和臨時仰拱，從而迅速使左側上部封閉成環，利于拱部鋼架受力和穩定。

（2）左側中部開挖，架設初期支護鋼架和臨時中支撐，使之能迅速落底（一般落在堅硬地層上），施作初期支護，以利于控制隧道的拱頂下沉和收斂變形。

（3）右側上部開挖，架設拱部鋼架，安設橫支撐，施作初期支護和臨時仰拱，使上斷面整體封閉成環。

（4）右側中部開挖，初期支護鋼架迅速落底，施作初期支護。

（5）依次開挖左側、右側下部，架設初期支護鋼架及臨時中支撐，初期支護封閉成環。

圖1 省略一道臨時水平支撐的CRD法工序橫斷面圖

3.1.2 “省略一道臨時水平支撐的CRD法”技術支持

堅持“管超前、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則。其主要的技術特點為：動態設計、動態施工的信息化施工方法，建立了一整套應力、應變監測系統；強調超前支護在穩定工作面中的作用；采用復合式襯砌技術和錨噴支護體系。

（1）管超前：針對本隧道涌水量大的特點，實施中配以超前帷幕注漿對隧道前方一定范圍的土體進行全面加固，在開挖區域周邊形成隔水帷幕，以防止地下水軟化花崗巖殘積層，給隧道施工帶來較大風險。全斷面帷幕注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，每環長度18m，有效開挖長度15m。

（2）弱爆破：為了減少圍巖擾動，必須嚴格實施弱爆施工，嚴格控制爆破參數，特別是控制裝藥量。施工時盡量使用風鎬、小型挖機開挖，必要時弱爆破開挖。

（3）短進尺：拱部及邊墻每循環開挖進尺控制在0.5～0.6m，以縮短開挖和支護的間隔時間。仰拱一次性開挖進尺不大于3.0m。

（4）強支護：采用型鋼拱架、鋼筋網、錨桿及濕噴混凝土進行初期支護，噴混凝土2～3次達到設計厚度，提供較強的早期支護，控制圍巖變形。

（5）早封閉：由于拱頂覆蓋層較薄，地質條件差，開挖后如不及時封閉，極易引起開挖面失穩坍塌，因此，開挖后，及時噴5cm厚的混凝土封閉掌子面，盡可能加快分部開挖斷面的循環時間，盡快安設拱架，噴混凝土封閉成環，防止圍巖應力集中，引起初支較大變形或底部隆起，甚至造成坍方。

（6）勤量測：量測及數據分析是對施工過程中地表下沉、拱頂下沉、周邊收斂分析判斷的依據，對開挖后及初期支護后一段時間內的量測數據進行回歸分析，判斷圍巖變形的情況，將信息及時反饋，發現有異常變化時及時通知參建各方研究。

3.2監控量測

3.2.1監控量測的基本情況

（1）監控量測目的：根據新奧法的基本原理，在隧道施工中對圍巖實時監控量測其目的在于掌握圍巖的動態，對圍巖穩定性作出評價；為確定支護形式、支護參數和支護時間提供依據；了解支護結構的受力大小和應力分布；評價支護結構的合理性和安全性，為施工提供指導，以確保施工運營的安全并防止地表下沉。

（2）監控量測項目：監控量測分為必測項目和選測項目兩類。江門隧道必測項目主要包括洞內、外觀察；拱頂沉降；淺埋地段地表下沉；水平收斂等內容。

3.2.2監測結果分析

選取DK111+854、DK111+869、DK111+874三個典型斷面，對拱頂沉降、水平收斂進行分析，沉降變形曲線見圖2，收斂變形曲線見圖3。

圖2 沉降變形曲線圖 圖3 收斂變形曲線圖

3.2.2監測結果分析

（1）拱頂沉降最大達315mm，沉降量較大；收斂最大22mm，相對較小。從施工記錄結合沉降數據分析可以得出：隧道在進行中下部洞室開挖過程中，拱頂沉降明顯增大，對應位置初期支護完成后，沉降量迅速減小，在仰拱施工完成后，變形基本穩定。因此，在隧道施工時，每部位施工均應快速封閉，針對整體隧道應及時施作仰拱，封閉成環，加強鎖腳錨管強度，加強施工組織管理，盡量減小施工帶來的影響。

（2）隧底（5、6洞室）施工時，相對其他部位，變形速率增大最為明顯，且持續時間最長。由此判斷，在軟弱圍巖隧道中，隧底施工，是對圍巖撓動最大的，施工安全風險最高。因此，隧道在軟弱圍巖中，應特別加強隧底施工的安全防護措施，加強施工組織，快速封閉，盡量減小對圍巖的撓動。

4 體會與結論

（1）花崗巖殘積層粘性比較大，地下水主要以裂隙水為主，通過地面及洞內降水尚不能達到疏干掌子面的目的，配合采用全斷面雙液注漿的方案，能有效地封堵了圍巖中的裂隙，為安全施工提供了有力保證。

（2）江門隧道施工中采用了省略一道臨時水平支撐的CRD法+全斷面注漿+降水，通過工法優化，適當擴大了洞室面積，充分發揮了機械化施工的潛力，確保了施工進度。

（3）淺埋、軟弱的花崗巖殘積層中修建雙線隧道必須堅持“工序不等人，人等工序”的施工理念，同時要體現一個“快”字，實踐中隧道3m仰拱從開挖到初支封閉成環只有10小時，大大提高了施工安全系數。

5 結束語

江門隧道施工中運用“改良CRD法”，確保了施工質量，加快了施工工期，有效的控制了周邊環境的影響，具有推廣應用的價值，以供類似工程參考。

參考文獻：

[1]張頂立，王夢恕，高軍，劉招偉.復雜圍巖條件下大跨隧道修建技術研究[J]. 巖石力學與工程學報， 2003，22（2）：290-296

[2]王夢恕等.中國隧道及地下工程修建技術[M]. 北京：人民交通出版社 2010

[3]施仲衡，張彌，王新杰，等.地下鐵道設計與施工[M].西安：陜西科學技術出版社，1999

[4] TZ204 -2008 鐵路隧道工程施工技術指南[M].鐵道部經濟規劃研究院

[5]王炳華.復雜地質條件下超淺埋高大斷面過街暗挖風道沉降分析及施工技術研究[J].鐵道建筑2011 ，1

[6]胡國偉 王炳華，張宇寧，石鴻. 淺埋暗挖大跨地鐵車站群洞隧道施工控制技術 [J].鐵道建筑2007第8期41-43.

[7]關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵道隧道設計施工有關技術規定的通知.鐵建設[2010]120號文