軟弱地層大斷面隧道施工技術優化分析

摘要：本文立足于現代軟弱地層大斷面隧道施工現狀，先分析軟弱地層的力學特征以及軟弱地層下大斷面施工的技術要點，然后介紹當下常用的軟弱地層隧道施工方法CRD法和三臺階七步法，最后在分析各自的優劣勢，并提出有效的軟弱地層大斷面隧道施工技術的優化措施。

關鍵詞：軟弱地層;大斷面隧道;隧道施工;技術優化

【Abstract】Based on the construction situation of large-section tunnel of modern weak strata， this paper first analyzes the mechanical characteristics of weak strata and the technical points of large-section construction of weak strata， and then introduces the CRD method and three steps and seven steps method， and finally analyzes each one

【Keywords】Weak formation; large-section tunnel; tunnel construction; technical optimization.

隨著我國現代基建事業的大力發展，在軟弱地層中構建大斷面隧道的情況越來越普遍，加強對于該環境下隧道施工技術的研究，提升隧道建設質量，同時盡量有效實現成本控制，是現代隧道施工技術的主要研究方向。本文就主要聚焦軟弱地層的大斷面隧道施工展開探討，旨在為行業相關人員提供參考。

一、項目概述

項目位于西南山區某鐵路隧道，出口為三線大跨隧道，隧道開挖高度14.45m，跨度為19.88m。出口段洞身埋深較淺，且地表橫坡較陡，存在地形偏壓，地處阿墨江構造帶，線路大角度斜穿雙龍帶狀侵入巖巖墻，處于侵入巖與沉積巖的接觸混雜帶，二者巖性呈混雜、不連續分布狀態，巖性多變。侵入接觸混雜帶附近，受巖漿侵入擠壓影響，節理裂隙發育～很發育，巖體破碎～極破碎，為V級軟弱圍巖。施工揭示巖層如圖1、圖2。

二、軟弱地層大斷面隧道的力學特征

在大斷面隧道施工中，存在埋深淺、受力復雜、支護難度大的問題，大斷面扁平化的隧道開挖后，巖體發生擾動，導致一定范圍內的應力重新分布，另外再加上風化和爆破的影響，在分析受力問題時難度將會更大，這對隧道挖掘中的巖土穩定性提出了更高的挑戰。在軟弱地層中，地層自穩能力較差，變形現象會更明顯，在進行施工時，更容易在施工中牽動更多的力學因素，導致施工難度進一步提升。

三、施工方案比選

在我國長期的隧道建設發展中，提出了較多的施工工法，比如雙側壁導坑法、CD法、CRD法、三臺階法、三臺階預留核心土法等，這些工法在施工中都有一定的成功應用基礎，不過在總結分析各個方法的優劣勢后，發現在軟弱地層大斷面隧道施工中，CRD法和三臺階七步法是最為安全高效的兩種方法，以下就對這兩種方法進行重點闡述[1]。

1.CRD法

CRD法通常被稱為交叉中隔墻法，該方法在軟弱地層的隧道施工中對巖土沉降有著很好的效果，可很好降低對周邊巖土的擾動效果。CRD法在密集的城市建筑群的地下工程以及較差的軟弱地層隧道建設中有著廣泛的應用。CRD法的施工方法一般分為左側和右側進行，其施工流程可參考表1。

詳細施工步驟為以下：①要做好測量放線工作，定出隧道開挖輪廓線;②做好超前支護工作，根據當下軟弱地層的特點確定好導管的環向間距和縱向間距，同時要把控好導管的插入角度，在完成導管布局后進行注漿加固;③開挖導洞右側上臺階部分，建立臨時的中隔壁，進行初噴，架設鋼架，再進行復噴達到預設厚度，在該過程中如果遇到硬土巖層，可使用微振爆破的方式輔助[2];④在開挖右側上臺階部分到進尺深度后，開始轉挖右下臺階部分，該部分中同樣要布置鋼架，在邊墻施工中要架設錨桿和鎖腳錨管，并注意和上側部分形成閉環;⑤按照第三第四步的方法對左側采用相同的方案進行施工;⑥拆除中隔墻和橫撐，同時開始進行仰拱部分的排水防水工作，進行仰拱混凝土澆筑;⑦鋪設拱墻部分防水層，進行鋼筋綁扎加固，最后再進行拱墻混凝土澆筑。從以上可看出，CRD施工方法將施工拆解成了多個局部的區域進行，這種施工方法在施工流程上很有規范性，并且在局部出現了施工故障和施工意外時，能最快地將其進行控制，因此其施工的安全性很高[4]。

2.三臺階七步法

三臺階七步法是一種適用于四級和五級圍巖環境下的隧道施工工法，該工法對地質有一定的自穩要求。其具體的施工流程參考表2。

詳細的施工步驟如下：①先對拱部進行超前支護，支護完成后上部弧形導坑開挖，預留核心土;初噴混凝土，架設鋼架，打設鎖腳錨管，再進行注漿加固，最后將鎖腳錨管和鋼架進行焊接;②在滯后于上部弧形導坑3-5米后開挖左中和右中部，開挖進尺不大于兩榀鋼架間距，完成后進行初期支護工作;③在滯后左中和右中部區域的4-6米后開挖左下和右下，開挖進尺同樣不得大于兩榀鋼架間距，完成后進行初期支護工作;④開挖中部預留核心土;⑤開挖底部，初噴混凝土并制作鋼架，最后復噴混凝土達到設計厚度;⑥澆灌底部并進行仰拱填充;⑦施作拱墻二次襯砌[3]。從以上介紹可看出，三臺階七步法施工工序更復雜，但是該方式內部施工空間大，可應對更大的軟弱地層大斷面的隧道施工需求;另外工法重復度很高，具有很好的遷移性，因此其施工流程較為靈活，在出現異常時，可有效通過轉換施工工序進行施工優化，達到提升施工效率，保障施工安全的效果。

四、施工方案優化比選

1.CRD工法優化分析

在以往CRD工法應用中會頻繁涉及到臨時鋼支撐架的拆除的問題，在拆除過程中會出現支護系統的受力改變引發二次變形或者破壞，因此施工中：首先可建立一個更加完善的受力監測系統，在拆除支撐時，根據受力監測情況，在拆除過程中采取合理的補償支護措施，提升拆除過程的穩定性;再有就是CRD工法存在較為明顯的上下各施工環節的擾動情況，因此在施工中要加強支護的強度，對于軟弱地層環境而言，要有效提升支護點的支護面積，同時在分部施工中，要在兩側拱角處重點加強支護，這樣可提升內部各部分施工的獨立性;最后就是從軟弱地層本身的特點來看，該地層環境中更容易在墻角處產生應力集中，在內部施工時對周邊巖層產生更大的擾動，因此一來要加強應力監控，二來可考慮將一些組裝施工環節遷移到隧道外，降低關聯的擾動因素。

2.三臺階七步法優化分析

三臺階七步法雖然在大斷面隧道中的綜合表現更好，但是在應對軟弱地層時有一定的劣勢，在具體的施工環境中可從以下方面進行技術優化：首先是要做好巖層的穩定性分析確定好各臺階的步長，如果是相對軟弱的地層，則要考慮適當縮短臺階長度同時加寬預留核心土層的寬度，然后是在超前支護的過程中，要對支護效果進行更精密的控制;另外在三臺階七步法的開挖環節中，要多以弱爆破的方式進行，以機械開挖為主要掘進方式，最后就是要做好整個施工中可能影響到支護強度的環境監測，要保證排水系統不能浸泡墻角，同時在軟弱地層的施工中要加強位移、應力等監測，保證施工安全。

五、應用效果分析

在實際工程應用中，CRD工法和三臺階七步法都有各自的優缺點，在本項目中，綜合了兩種施工工法的優點進行施工。在施工初期，本項目優先選用了CRD法進，成熟的CRD工法在前期通過良好的地層沉降控制確定了前期的施工方向，CRD法的左右跳槽開挖和快速落底支護的方案非常有利于構建封閉成環的初期支護結構，為本項目大斷面隧道的開挖打下了良好的基礎。隨著項目逐步進入到中后期，工期緊張的情況下，開始結合三臺階七步法進行施工，為提升作業安全性，對拱腳和墻角進行了強化加固，有效控制了地層沉降。地層富水量增大，變形控制較困難時，結合CRD工法，增設鋼支撐臨時支護措施，形成封閉穩定的支護結構，并動態調整，必要時及時進行兩種工法間的轉換，保證施工安全。通過兩種工法的結合轉換、聯合施工，最終保證了該段軟弱地層段大斷面隧道安全快速的完成。在實際的項目施工中，具體的工法選擇和優化需要結合環境進行靈活決策。

六、結語

我國在軟弱地層大斷面隧道的施工中已經有了一定的理論基礎，在具體的實踐中還需進一步總結經驗教訓，因此要加強對技術的實用性研究，善于結合地層條件需求對技術進行優化，尤其要善于總結歷史經驗中的不足之處進行重點攻堅克難，這樣才能讓我國的軟弱地層大斷面隧道施工技術更加精進。

【參考文獻】

[1]田艷軍.軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術分析[J].商品與質量，2017（38）：167.

[2]唐金虎.軟弱地層大斷面隧道施工方案優化與施工技術的分析[J].中國房地產業，2017（10）：176.

[3]韓守初.地鐵隧道施工中風險管控對策研究[J].建筑安全，2018，33（3）：36-38.

[4]閆鑫.高速公路隧道施工技術及控制要點研究[J].山西建筑，2019（1）：146-148.

【作者簡介】劉璐（1988.09-），男，漢族，河北省辛集市人，碩士研究生學歷，中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司工程師，主要研究方向：隧道及地下工程設計。

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