高速鐵路膨脹土隧道CRD法施工技術

涂平安

（中鐵十八局集團第一工程有限公司 涿州 072750）

高速鐵路膨脹土隧道CRD法施工技術

涂平安

（中鐵十八局集團第一工程有限公司 涿州 072750）

以新建鐵路云桂線云南段YGZQ-6標新發一號隧道為例，結合該隧道淺埋、偏壓、膨脹土施工難度大等特點，詳細介紹CRD法在膨脹土隧道中的主要施工工藝、控制要點和安全保證措施，為膨脹土隧道提供技術參考和借鑒。

CRD法 膨脹土隧道 施工

1 工程概況

新發一號隧道位于云桂鐵路彌勒～石林板橋區間，為雙線隧道，全長582m。全隧為Ⅴ級強風化玄武巖，屬膨脹土，埋深較淺，地層為第四系全新統坡洪積（Q4dl+pl）粉質黏土、松軟土；坡殘積（Q4dl+pl)）黏土（弱膨脹土）；上第三系河頭組（N1-2h）黏土（中等膨脹土）。下伏基巖為二疊系上統峨眉山組（P2β）玄武巖，地質斷面詳見圖1。進口段112米為明挖段，出口段27米為明挖段。隧道最大埋深約30m，施工風險大，暗洞施工采用CRD方法。

圖1 隧道地質斷面圖

2 施工方案選擇

根據隧道地質為Ⅴ級強風化玄武巖，屬膨脹土，由于膨脹土本身遇水后土體膨脹、強度降低，因此在經綜合考慮，確定采用強支護CRD法施工，快速成環，減少圍巖開挖后在空氣中爆露的時間。

支護措施：拱部采用Φ25中空錨桿，邊墻采用Φ22砂漿錨桿，按照1×1.2m布置，鋼筋網采用φ 8鋼筋，網格間距20×20cm,全環采用I20b型鋼鋼架，間距0.6m/榀，臨時橫撐和臨時豎撐采用I18型鋼鋼架，上下臺階基礎采用φ42鎖腳錨管，每處2根，2.5m/根。洞口超前支護采用φ108大管棚，39根，每根長35m，洞身超前支護采用φ60中管棚，每環39根，6m/環，8m/根。二次襯砌采用復合式襯砌，拱墻為60cm厚鋼筋混凝土，仰拱為70cm厚鋼筋混凝土。

3 施工工藝

CRD法主要為分部開挖、支護，分部閉合成小環，全斷面閉合成大環，三個工序，每開挖一部均及時施作初期支護、中隔壁及臨時仰拱。待初支變形穩定后，拆除臨時豎撐下半部分，澆筑仰拱及仰拱填充，而后根據監控量測結果，確定二襯施作時機，拆除臨時鋼架及橫撐，鋪設環+縱向透水盲溝、防水板+土工布，利用襯砌臺車一次性灌筑拱墻襯砌，最終形成穩定結構。

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖2 CRD法施工工藝流程圖。

圖2 CRD法施工工藝流程圖

3.2 施工示意圖

CRD法施工示意圖詳見圖3，圖4為現場施工照片。

圖3 CRD法施工示意圖

3.3 施工要點

3.3.1 超前支護

進口DK635+800～DK635+830和出口DK636+233～DK636+203拱部設置大管棚，大管棚采用φ 108mm×6mm熱軋無縫鋼管，每環39根，35m/根。大管棚外插角1°～3°，注M10水泥漿，注漿壓力為1～2MPa。

洞身范圍內設置φ60中管棚，每環39根，環向間距0.4m，6m/環，8m/根。中管棚采用φ60mm ×5mm熱軋無縫鋼管，外插角5°～10°，注M10水泥漿，注漿壓力0.5～1MPa。

3.3.2 洞身開挖

洞身開挖應堅持“先預報、管超前、短進尺、弱擾動、強支護、快封閉、勤量測”的原則，分部開挖，快速封閉。

（1）開挖前施作超前支護，洞身開挖采用機械配合人工的方法，施工順序為：左側上部（①部）開挖初期支護成環，左側下部（②部）開挖初期支護成環，右側上部（③部）開挖初期支護成環，右側下部（④部）開挖初期支護成環，見CRD法施工示意圖。

（2）本隧道設計預留變形量為 15cm，在施工過程中，根據隧道淺埋以及膨脹土特性，為滿足隧道凈空要求，可適當加大預留變形量。

（3）上臺階開挖進尺不大于1榀鋼架間距，即0.6m，下臺階開挖進尺不超過2榀鋼架間距。各分部開挖面相距3～5m。

（4）由于本隧道淺埋且圍巖極具膨脹性，應嚴格按CRD法工藝要求施工，上臺階鋼架基礎采用外擴大拱腳，并墊鋼板，增加上臺階鋼架基礎的受載面積。上臺階開挖每循環（約0.8m）采用噴8cm厚C20砼封閉掌子面一次；下導坑采用多臺階或放坡開挖，坡度不陡于1:1。

3.3.3 初期支護

初期支護采用錨桿、鋼架、鋼筋網和噴射混凝土結構，及時封閉成環，封閉成環的位置距掌子面不得大于35m，保證施工安全。

（1）系統錨桿

隧道拱部系統錨桿采用φ25中空注漿錨桿，邊墻系統錨桿采用Φ22砂漿錨桿，按梅花形布置，環向×縱向間距為1.2×1.0m。

（2）鋼筋網

鋼架緊貼圍巖一側設置φ8鋼筋網,網格間距20×20cm,允許偏差±10mm，鋼筋網片搭接長度應為1～2個網格，允許偏差為±50mm。

（3）鋼拱架

隧道全環采用I20b型鋼鋼架支護，鋼拱架間距為0.6m/榀，允許偏差±10cm，垂直度允許偏差±2°。鋼架間設置Φ22縱向連接筋，環向間距0.8m；上下臺階鋼架基礎下墊【28槽鋼，加強鋼架之間的連接并防止鋼架下沉；為保證鋼架基礎的穩定，上、下臺階鋼架基礎采用φ42鎖腳錨管，每處2根，每根長4.5m，采用U型鋼筋與鋼筋滿焊連接。

在施工工程中部分地段由于初支變形較大，鋼架改為I22b型鋼鋼架，鎖腳錨管改用φ75注漿鋼花管，每處4根，每根長6m，在上臺階拱腰鋼架接頭處采用G32自進式錨桿，每處鋼架接頭2根，每根長6m。

（4）噴射混凝土

隧道噴射混凝土采用濕噴工藝，拱墻采用C25纖維混凝土，仰拱采用C25素混凝土。開挖完后現出噴4cm，鋼拱架安裝完后在復噴至設計厚度28cm。

3.3.4 臨時支護

臨時豎撐采用I18型鋼鋼架，在各段腳處下墊【28a槽鋼，增強穩定性，在①部施工時，施工超前小導管，每根長4.5m，每榀鋼架12根，間距0.4m。側壁設置定位錨桿為Φ22砂漿錨桿，每榀鋼架3根，每根長3m。側壁設置φ8鋼筋網，網格間距25×25cm，噴射20cm厚C20素混凝土。臨時橫撐亦采用I18型鋼鋼架，噴射10cm厚C20素混凝土。在圍巖較脆弱、初支變形較大地段，臨時支護采用I20b型鋼鋼架。待初支變形穩定后，拆除臨時豎撐下半部分，澆筑仰拱及仰拱填充，而后根據監控量測結果，確定二襯施作時機，拆除臨時鋼架及橫撐，利用襯砌臺車一次性灌筑拱墻襯砌。臨時豎撐及臨時橫撐一次性拆除不宜大于4榀。

3.3.5 防排水施工

隧道防排水施工應采取防、堵、截、排綜合治理措施，達到防水可靠，經濟合理，不留后患的目的。隧道抗滲等級為P10。

隧道初期支護與二次襯砌間拱墻部位鋪設防水板加無紡布，洞內一般設置雙側排水溝加中心溝，襯砌背后設置環向、縱向盲管，將地下水引入洞內側溝，再通過橫向排水管引入中心溝排出洞外。其中，環向盲管采用Φ50軟式透水管；縱向盲管采用Φ80雙壁打孔波紋管；橫向排水管采用Φ100PVC管，側溝與排水管采用異性彎頭連接。環、縱向盲管每10m彎入測溝，橫向排水管每10m設置一道，并設置2%的排水坡度。

隧道襯砌縱向施工縫采用中埋式鋼邊止水帶+遇水膨脹橡膠止水條進行防水處理。

隧道襯砌拱墻環向施工縫采用中埋式橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶進行防水處理，仰拱環向施工縫采用中埋式橡膠止水帶進行防水處理。

3.3.6 襯砌施工

隧道襯砌采用復合式襯砌，襯砌結構為C35鋼筋混凝土，抗滲等級不小于P10，襯砌厚度為60cm（仰拱襯砌厚度為70cm），雙層鋼筋網間距為42cm，Φ25環向主筋間距20cm，Φ14縱向分布鋼筋間距25cm，鋼筋節點處設置φ10箍筋。襯砌采用襯砌臺車一次澆筑。仰拱澆筑使用仰拱背模與端模，一次澆注成型，仰拱與仰拱填充應分開澆筑，仰拱混凝土終凝后，澆筑仰拱填充。襯砌及時施作，距掌子面的距離不得大于50m（仰拱襯砌距掌子面的距離不得大于35m）。

4 輔助施工措施

4.1 超前地質預報

根據隧道地質情況、風險源及其風險等級，采取地質調查法、物探法及超前鉆探法。

地質調查每開挖循環進行一次。

隧道塌方風險為高度，突水突泥風險中度以上，采用物探手段 TSP203+紅外探測。每次預報距離100m，搭接長度不小于10m。

超前鉆探主要采用超前鉆孔（2孔）+加深炮眼（5孔）。超前地質鉆孔：采用單孔水平取巖芯鉆探法，超前探測20～30m，驗證中近距離物探超前探測的異常地段。每25m一循環，每孔長30m。加深炮眼，在每一循環布設5個鉆孔5m作為探測孔。

4.2 圍巖監控量測

按照《鐵路隧道監控量測技術規程》的相關規定進行監控量測。現場監控量測不僅監測各施工階段圍巖和支護動態，并根據監測情況，及時調整初期支護參數、預留變形量、仰拱和二次襯砌施作時間。

隧道監控量測主要進行洞內外觀察、凈空水平收斂量測、拱頂下沉量測、地表下沉量測等工作。當拱頂下沉、水平收斂速率達5mm/d或位移累計達100mm時，停止掘進，及時分析原因，采取處理措施。

5 施工注意事項

（1）膨脹土本身的遇水膨脹,失水收縮的特性對膨脹土隧道施工極為不利,特別在地下水發育、地表降水滲透的條件下，隧道土體極易失穩,具體表現在收斂急劇擴展、拱頂下沉加大,甚至坍塌等,所以對膨脹土隧道的超前地質預報和監控量測得尤為重要。

（2）膨脹土隧道地表，特別在淺埋段如出現地裂、地溝等地質現象,在地表降水的影響下極易對隧道造成破壞，應特別引起重視，主要處理措施有：

①回填地裂、地溝，防止地表水流下滲；

②加強隧道地表排水處理，將地表水引至隧道影響范圍外。

（3）隧道開挖采用人工配合機械開挖，及時支護，減少開挖面暴露時間，以及施工對土體的擾動。

（4）施工工程中應嚴格控制開挖進尺，上臺階不得大于1榀鋼架間距，下臺階不得大于2榀鋼架間距，嚴格遵循“先預報、管超前、短進尺、弱擾動、強支護、快封閉、勤量測”的原則，分部開挖，快速封閉。

（5）施工過程中建立完善的地表變化及洞內收斂變形監控量測系統，監控量測系統化，并能作為指導施工的依據。

（6）CRD施工過程中各部施工要錯開一定間距（3～5m），確保仰拱至開挖面不大于35m，二次襯砌距開挖面不大于70m。

6 總結

CRD開挖法在云桂鐵路云南段新發一號隧道施工中成功應用，隧道已經順利貫通，無論在施工安全、質量還是進度方面均取得了良好的效果，為同地質條件的隧道施工積累了寶貴經驗。

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[3]郭鳳英.膨脹性圍巖隧道仰拱樁板結構施工技術研究[J].鐵道建筑技術,2016(6):32-35.

[4]劉光唯,丁志亮. 高速鐵路超大斷面隧道CRD施工技術[J].鐵道建筑,2010(5):43-47.

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Construction Technology of the CRD Method for Expansive Rocks around Tunnel of High Speed Railway

TU Ping-an

(No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co., Ltd Zhuozhou Hebei 072750 China)

Based on the construction of YGZQ-6 No. 1 tunnel of Yunnan-Guizhou Railway in Yunan province, this paper introduces the CRD method from its construction technic, control points and safety measures in the construction of shallow, bias and expansive rocks around tunnel. It can provide reference for other expansive rocks around tunnels.

CRD method expansive rocks around tunnel construction

A

1673-1816(2017)01-0001-06

2016-03-19

涂平安，男，工程師，研究方向土木工程。