斷面隧道中半部CD法施工技術研究

龔振邦

（江西省交通工程集團有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

在隧道施工中，CenterDiaphragm 技術簡稱CD 技術，該技術在軟弱圍巖大跨度的淺埋隧道施工中得到廣泛應用，主要技術特點是將隧道斷面從中間隔開并完成中間部位的中隔壁設置，通過隧道一側位置按照右上到下的方式進行施工，待完成上部以后再從另外一邊進行開挖。該技術在Ⅳ級圍巖深埋硬質地段應用時，由于獨有的技術特點取得的施工效果較為顯著。

此外，在斷面開挖階段通過配合支護技術能夠實現單元閉合，可以有效處理凈空區的沉降問題，還能減少地表沉陷，同時還能對圍巖的穩定性進行增強。半部CD 法在各個部位的開挖支護施工過程中都遵循從上到下的順序施工，具有封閉及時、工序銜接緊湊、施工效率高的特點；但是正因為施工工藝和施工面多的原因，導致實現機械化施工的難度相當大，在后部開挖施工中，支護在一定的程度上會給力學平衡產生影響，這也是造成圍巖因應力狀態變化而出現變形情況的原因之一，并且拆除臨時支撐也會造成一定程度上的安全隱患。故而，在隧道工程施工環節，需要結合隧道項目特點做好技術優化與控制，以給項目開展奠定基礎[1]。

1 工程概況

本文探討的目標項目為某線路總長度為3.0821km 的海滄疏港通道，工程的A 標段起訖樁號為K5+450—K8+532.1，該隧道工程主車道為三車道設計，同時在隧道主干位置與匝道位置交叉處進行擴大設計。項目的隧道左線Ⅲ級圍巖段主要為燕山晚期的侵入式花崗巖地層，形狀結構為塊狀的粗顆粒呈灰白色狀態，地層的層理結合狀態較差，裂隙的發育程度也較高，但是花崗巖的巖質堅硬并且完整性也比較好；隧道右線的Ⅲ級圍巖段花崗巖地層特性與左線一致，但是局部出現軟弱泥質灰巖的夾薄層，在20m 以下的巖體中出現局部巖融化且破碎程度減弱的情況。

2 半部CD 法施工工藝

2.1 支護參數

該項目的支護方式主要以初期支護與超前支護為主，由于該工程的圍巖等級與水文地質存在差異性，故而在超大斷面圍巖初期支護時按照表1 參數選取支護值。

表1 超大斷面圍巖支護參數

2.2 施工要點

2.2.1 圍巖穩定性判斷

基于半部CD 法技術適用范圍不同，在Ⅲ級及以上圍巖段取得的效果較為顯著。故而，在隧道工程施工之前，需要開展地質預報，以便在掌握巖層結構參數基礎上選取合理的施工方案。

在地質預報結果判斷的過程中，倘若反饋的結構為軟弱圍巖或溶洞的類型，則需要進行施工方案調整，選擇針對性的開挖策略。一般來說。在半部CD法應用時，主要是利用預留核心土以臨時支架的方式實現作用力的傳遞，若該位置的巖層發育不良，則按照實際情況重新優化方案。在實際實施超大斷面的隧道開挖支護施工過程中，圍巖的級別和穩定性評估判斷必須加強監控測量的強度與頻率，為掌握圍巖信息以及開挖支護施工提供及時的數據支撐，一旦監控測量數據出現異常狀況，則應及時加強支護措施并重新制定合理的開挖方案，當圍巖回到穩定狀態時再對臨時支撐進行拆除。在臨時支撐的拆除過程中，監控測量結果對支撐的拆除長度起到決定影響，在拆完豎向的臨時支撐后再根據測量數據對圍巖的穩定性情況進行實際評估，如穩定性良好則可以進行核心土的開挖工作[2]。

2.2.2 隧道開挖

隧道在開挖環節，需要嚴格按照工藝做好現場的管理，同時加強技術的控制，保證單循環進尺能夠符合設計要求，杜絕由于進尺過大造成的各類安全隱患。在該項目的超大斷面隧道半部CD 法開挖施工中，左、右兩線的Ⅲ級圍在上、下半部中的循環進尺分別參照2 榀以及5～6 榀的施工標準進行控制。在開挖支護環節，前后的間距應按≥15m 的標準進行設置，并且在2～4 部導坑的工作面開挖過程中，應將距離控制在3～5m 的范圍內，同時還需要對鎖腳錨桿進行強化施工，從而避免拱頂下沉以及隧道周邊收斂的情況出現，在半部CD 法施工過程中，對臨時支撐拱腳以及永久性支護的拱腰和拱腳等位置進行3～3.5m 的鎖腳錨桿加長施工，并將插打角度進行0～5°的把控。

2.2.3 預留核心土

在預留核心土時，預留寬度控制在3～4 部，可給開挖支護提供有效的作業面，在1～2 部導坑的施工過程中也對施工車輛的進出以及上半部的開挖支護施工提供了一定的幫助。核心土的穩定性在3～4 部導坑的爆破過程中受到直接影響，如對寬度沒有進行合理設計，會造成豎向支撐不能發揮應有的作用，嚴重時會出現豎向支撐不能正常受力懸空的現象。所以，該項目的半部CD 法施工對預留核心土的寬度進行了相應加長，在頂寬寬度尺寸以及底部的寬度尺寸分別加寬到了9m 和10.5m。

2.2.4 爆破參數優化

在超大斷面隧道半部CD 法施工過程中的爆破方式一般均采用爆破，在此爆破方法中爆破效果可以通過參數的調整進行有效控制。在半部CD 法施工過程中，臨時支撐以及預留核心土對施工效果以及施工過程中的安全保障起到了重要的影響，但是在該隧道的爆破施工中，2 部導坑的弱爆破有可能對臨時支撐造成破壞，從而導致臨時支撐失去對于圍巖壓力應有的承接作用。3～4 部導坑的爆破則會對核心預留土的性能造成影響，失穩的核心土也不能為臨時支撐提供穩定的支撐環境。從這一層面來說爆破的效果以及參數的優化調整對該項目的半部CD 法的實施效果起到至關重要的影響。

3 半部CD 法施工效果評價

3.1 技術優勢

該項目的半部CD 法施工優勢在于，臨時支撐只對上半部分進行了設計應用，在節省材料的基礎上也為后續的拆除提供了更多的支持。根據施工需要估算，半部CD 法能為項目節省下120.6kg/延米的鋼拱架數量，在臨時支撐的拆裝工時方面可以為下半部分的施工工時創造40～45min/1 榀的時間優勢，從支護層面分析無論是從支護時間還是支護效果起到的效果都較為突出。在施工設備及人員不變的情況下，半部CD 法能夠實現3 處導坑同時開挖進尺的效果，如果設備和施工工序的銜接能夠得到有效配合，甚至能達到4 處工作面的開挖支護同時施工的效果，在相同施工機械和人員規模配置的情況下擁有更高的施工效率，為施工進度的縮短提供巨大幫助。在該超大斷面隧道的施工中，左線和右線分別完成了114m 和128m 的開挖施工，在原計劃的施工任務中分別實現了6～7 天的超前完成。半部CD 法在進行下半部分的開挖施工過程中，采用的是三步爆破開挖的方式施工，在技術工藝層面上相較于傳統技術比較優異，因此在半部CD 法施工方式中應合理調整下半部分開挖過程中的炸藥用量，以有效控制單次爆破產生的超級波對圍巖以及預留核心土和臨時豎向支撐的影響程度，為維持圍巖結構的自穩性提供良好保障。在該項目中，隧道的Ⅲ級圍巖與Ⅳ級圍巖緊密相連的，應用半部CD 法也有利于后期與臺階法的快速安全轉化目的，對于穩定性欠佳的Ⅳ級圍巖，施工方法必須根據實際情況調整為上下兩層臺階法進行施工[3]。

3.2 技術局限

預留核心土的作用在半部CD 法施工技術的應用減弱，在該項目的預留核心土面積上進行了一定的控制，僅占了全斷面14.9%的程度。在隧道斷面的施工經驗中總結得出，環形預留核心土的重要意義在于促進圍巖穩定以及加強掌子面的受力情況和對掌子面周圍的圍巖進行增強等。而半部CD 法對于預留核心土的面積沒有做到充分的設計，失去了改善掌子面以及周圍圍巖受力狀態的作用，只發揮了臨時支撐和施工便道的作用，在應對隧道爆破開挖影響的能力上也有所欠缺。另外，因為核心土開挖是開挖的最后階段，造成了初支封閉成環周期較長的情況，相較于半部CD 法施工方式，該技術具備短期初支的優勢，能夠為支護結構提供良好的支撐，可以實現受力的均勻分布，在臨時豎向支撐中的作用也是傳統的CD 法施工更具優勢，對于圍巖的受力情況和結構變形程度擁有更強的控制力[4]。

4 隧道施工的質量控制與管理

4.1 施工現場的勘察

在公路隧道項目施工的前期準備工作中，要重點落實項目的實際地質情況以及施工難點，根據項目特點制定科學合理的組織設計工作以及施工計劃。在應用施工計劃以及施工圖紙之前，還要進行施工現場的勘察復核工作，對施工方案的可行性做最終評估，為隧道的整體順利施工提供重要的保障。在制定隧道施工初期的施工方案時應從多角度出發，確保隧道開挖施工的長期目標以及短期目標都能得到順利實現。

4.2 施工方案的選取與編制

隧道的施工方案以及施工組織設計的編制應充分結合隧道的自身特點，由于該工程的施工要求較高，同時受到地質影響，其工作面具有一定的穩定性，在編排施工的流水作用線上有一定的優勢，并且考慮到洞內受氣候環境因素的影響比較弱，可以對公路隧道施工過程中的各個步驟與工序做到全面的核驗與預演工作，確保施工組織計劃的科學合理性得到更大的保障。

在隧道施工的前期準備工作中，可以實現隧道整體施工效果以及階段性的評估預測，因此設計管理人員應對隧道施工的各項技術及資源情況進行詳細的評估，再結合以往的成功經驗以及專業技術基礎支撐來合理編排各個施工步驟，進一步提高隧道施工組織設計的安全高效性和經濟利益[5-6]。

4.3 加強施工現場的工程質量控制

加強全體施工人員對工程質量的認知，強化各項基礎內容的培訓。鑒于公路隧道項目工程的復雜性與龐大性，在施工效率以及施工質量上都有著很高的要求，只有保證工程質量與工程進度才能將公路隧道的項目效益進行最大化的發揮。在公路隧道項目中，各個部門及施工環節的工作質量都將在工程的整體質量上得到真實體現，所以質量管控工作應從管理人員抓起，再從上而下地帶動起來，引導全體施工人員形成良好的質量意識。另外，在隧道施工的人為管控體系方面也要得到不斷完善與優化，通過健全的獎懲體制，監督與激勵全體施工人員參與到項目工程的質量建設工作中，為項目質量管理工作水平的提高提供重要助力。

5 結語

在公路隧道的項目施工中，半部CD 法的發展還不夠成熟，在隧道開挖支護的新型工藝中還沒有得到規范化的管理，導致同主題的學術成果以及工程經驗目前處于極度缺乏的狀態。

該工程在竣工驗收時，左右線拱頂最大沉降量測量值分別為18.5mm 與19.1mm，累積沉降變形速率最大值分別為0.87mm/d、0.85mm/d。此外，變形速率控制值分別為32mm、27mm 和5.0mm/d，從數據反饋可以看出隧道的左右線沉降效果得到了穩定的控制，開挖支護的施工效果也得到了很好的保障。該技術在本文探討的目標公路隧道工程中的成功應用除了借鑒其他成功施工案例的經驗外，更多的是面臨實際工程施工中的各種圍巖應力狀態變化以及斷面的突發狀況和支護施工需求等施工難題的考驗，在新型開挖技術與傳統開挖技術的轉化節點考慮以及爆破參數設計等關鍵性難題的決策還有很大的改善空間。只有不斷研究與探討，從真實施工案例中總結經驗，才能使半部CD 法施工技術得到更全面更成熟的發展。