[论文]砂质黄土大断面隧道CRD法施工技术

1、砂质黄土大断面隧道CRD法施工技术孟庆明（中铁三局集团公司, 山西太原 030000 联系电摘要：郑西客运专线函谷关隧道为大断面砂质黄土隧道，施工采用CRD法施工，施工过程中临时支护体系繁多，受力复杂。文章主要详细介绍了CRD法开挖支护以及临时支护拆除的各部步骤、步长关系及其变形特征，并介绍了CRD施工过程中施工要点。关键词：大断面隧道 砂质黄土 CRD法施工1、工程概况函谷关隧道起讫里程DK270+429DK278+280，隧道全长7851m。是国内最长的黄土隧道。隧道穿越第四系上更新统（Q3）砂质黄土及中更新统（Q2）黏质黄土。其中砂质黄土地段长3521m，结构疏

2、松，具有中等严重自重湿陷性，设计为V级围岩，采用CRD法施工。1.1砂质黄土段地质情况隧道V级围岩地段洞身主要穿过、砂质黄土层（Q3eol+al），隧道范围内发育多层粉细砂（Q3eol+al）,呈水平透镜状，厚度24m。分别位于隧道拱顶、拱腰、边墙部位。黄土结构疏松，具有中等严重自重湿陷性。砂质黄土（Q3eol+al）：局部为黏质黄土，浅黄色，松散稍密，稍湿潮湿，大孔隙发育，含蜗牛壳化石，湿陷性轻微至中等，厚1525m，属II级普通土。 砂质黄土（Q3eol+al）：局部为黏质黄土，浅黄、灰黄、黄褐色，松散稍密，稍湿潮湿，大孔隙发育，含蜗牛壳化石，属II级普通土。粉细砂（Q3eol+al）：褐

3、黄、浅黄色，稍湿潮湿，稍密中密，呈透镜体状，厚04m，属I级松土。表1黄土地层物理力学指标表地层序号时代岩性状态承载力天然快剪天然密度含水量干密度孔隙率凝聚力内摩擦角KPaKPag/cm3g/cm3Q3eol+al砂质黄土稍密15020261.588.71.4445.7Q3eol+al砂质黄土中密19027271.7410.81.5541.1Q3eol+al粉细砂中密150301.651.2设计参数V级围岩（CRD法）支护参数：50超前小导管，每根长5米，环向间距0.4m，每环46根，纵向3.2米一环，8钢筋网网格间距2020cm，拱墙布置，拱部锚杆长2.5米，边墙锚杆长4米，间距11米，I2

4、5型钢钢架，每榀间距0.6米，全环布置；中壁及临时仰拱采用I18型钢钢架。2、CRD法施工工艺2.1 CRD法施工工艺流程图CRD法施工工艺流程见图12.2 CRD法施工工艺流程说明CRD法施工工序见图22.2.1部施工利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁50小导管及导坑侧壁22水平锚杆超前支护。然后机械开挖部，人工配合整修。必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面。施作部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安设I18横撑。安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。左侧上部开挖图1 CRD法施工工艺流程图仰拱开挖、，接长临时钢架基底加固仰拱初期

5、支护拆除临时钢架、仰拱衬砌仰拱填充施工下一工序围岩监控量测围岩监控量测测量放线左侧拱部超前支护左侧上部、上部中隔壁初期支护、横支撑施工，进行左侧下部开挖右侧拱部超前支护右侧上部开挖围岩监控量测右侧下部初期支护,架设底部横撑右侧上部、上部中隔壁初期支护、横支撑施工，进行右侧下部开挖左侧下部初期支护,架设底部横撑图2CRD法施工工序2.2.2部施工滞后于部34m，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同。 2.2.3部施工滞后于部67m（一个小型挖掘机的距离），滞后部34m，机械开挖部，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长型钢钢架和I18临

6、时钢架，安装锁脚锚杆（管），安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。2.2.4部施工滞后于部67m（一个小型挖掘机的距离），滞后部34m，机械开挖部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同。2.2.5仰拱施工滞后于部4m，机械开挖仰拱，人工配合整修，然后隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。接长18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。拆除下部横撑，安设型钢钢架仰拱单元，使之封闭成环。仰拱开挖支护56m时，分两次灌注仰拱砼与填充砼。2.2.7临时支撑拆除根据量测结果分析，仰拱施工结束后，隧道变形趋于稳定。可以拆除中隔墙和临时仰拱。拆除时，先凿除中隔墙和临时仰拱间喷砼，然后至上而下

7、逐榀拆除临时钢架。拆除长度不宜过长。满足一环衬砌长度即可。2.2.8隧道防水施作临时支撑拆除后，利用防水层铺设平台对初期支护面进行处理，割除突出的钢筋头、锚杆头，用水泥砂浆抹平拆除临时钢架留下的坑凹。施作纵横向投水盲管，铺设防水层。2.2.9隧道衬砌施工利用衬砌模板台车一次性灌注拱墙衬砌。2.3 CRD法资源配置2.3.1单口主要机械：小型挖掘机3台（1、2部各1台，3、4部及仰拱1台）；湿喷机4台（备2台）；空压机2台；装载机1台；自卸汽车3台；麻花钻4台，电焊机4台。自动计量搅拌站1座供喷砼；仰拱栈桥2副，作业台架1个，衬砌台车1个；通风机1台。2.3.2单口施工人员：1部、2部开挖、钢架

8、立设、锚杆、挂网：各6人，共12人。1、2部喷砼各5人，共10人；3部、4部开挖、钢架立设、锚杆、挂网：各5人，共10人。3、4部喷砼各4人，共8人；仰拱开挖、钢架立设、锚杆、挂网： 6人。开挖共46人；衬砌60人（两个作业面共用）；单口施工作业人员：106人。2.4循环时间CRD法施工每循环0.6m，每天2个循环（22小时）；全断面开挖支护每天1.2m，每月最高进度指标为36m，考虑砂层和其他影响因素按每月30m考虑。见表2“CRD工序循环作业时间表”。2.5 CRD法施工要点2.5.1开挖要点：1）严格按照设计尺寸开挖，严禁超挖，钢架底脚预留2030cm，采用人工开挖。2）开挖时，预留核心

9、土，保证掌子面的稳定。3）确保1洞室、2洞室有1台专用小挖掘机进行开挖，严禁小挖机开挖坡道上下。特殊情况下，回填坡道后，小挖机从上部室转移。转移后，立即恢复横撑。4）各洞室施工，严格步长关系，尽量缩短隧道封闭成环的长度。2.5.2钢架安装要点：1）考虑洞室尺寸划分便于施工，和下部运输要求，钢架分节和洞室尺寸根据现场机具设备应做适当调整。拱部钢架分为5节，1洞室2节，2洞室3节，拱部钢架底脚较设计长约50cm左右。临时横撑改为直钢架，并满足3、4洞室4.2m的净空。2）满足设计尺寸要求，考虑合理下沉量。边墙钢架长度应根据下沉量缩短其尺寸，避免造成上部下沉下部超挖的现象出现。3）严格控制节点栓焊连

10、接质量，确保节点的稳固。4）底脚角钢是为减小拱部钢架在下部室施工前的下沉量设置的。角钢安装时，可以考虑在下部洞室开挖时取出，以便重复利用，节约成本。表2 CRD工序循环作业时间表部位工序时间（h）123456789101112131415161718192021222324左上1部超前支护及加固开挖钢架、锚杆、挂网喷砼右上2部超前支护及加固开挖钢架、锚杆、挂网喷砼左下3部开挖钢架、锚杆、挂网喷砼右下4部开挖钢架、锚杆、挂网喷砼隧底开挖钢架、锚杆、挂网喷砼 备注： 1、黑色部分为关键工序，灰色部分为非关键工序，CRD施工上方两部室的施工为关键工序。2、CRD施工循环进尺0.6m，日进尺1.2m（

11、22小时）。 3、月最高进度指标为36m，考虑砂层和其他因素按每月30m考虑。5）钢架底脚30cm在立设后用土埋上，以免在喷砼时，节点位置喷砼料固结，造成钢架安装困难。6）下部钢架连接时，清除钢架连接处的黄土。确保喷砼的上下连接质量。7）左右横撑安置在同一水平线上，横撑下方应设置角钢，防止中隔墙变形横撑脱落。2.5.3喷砼施工要点：1）在永久钢架后有空腔时，采用喷砼回填，确保施工质量。 2）中壁背后有空腔时，钢架背后立设竹脚板，然后用土回填空腔后，在钢架间喷砼至设计厚度。以防止因超挖回填喷砼造成拆除临时支撑的工作量加大。3）喷砼结束后，及时清理回弹料，防止回弹料固结在钢架底部，而影响后续工序的

12、施工。4）喷砼前，对钢架节点处进行清理，保证节点处喷砼的质量。2.5.4仰拱开挖支护要点1）仰拱开挖每循环23榀钢架，开挖后及时立设钢架。2）中隔墙钢架接长后，底脚在仰拱钢架上。中隔墙钢架间不设钢筋网，连接筋布设只要满足立设施工即可。中隔墙钢架接长后不进行喷砼支护。3）仰拱开挖时，搭设栈桥，保证洞内运输的顺畅。开挖长度满足一环长度时，注意栈桥的稳定性，随时进行加固，保证洞内行车安全。2.5.5 CRD临时支撑拆除要点1）CRD拆除时间：根据数据分析，CRD临时支护在仰拱填充施作完毕后，即可拆除，拆除后隧道是安全的。2）CRD拆除顺序，先凿除喷砼，然后逐环进行拆除，每环拆除顺序1、2洞室横撑3、

13、4洞室横撑上部中壁钢架下部中壁钢架。3）每个工区第一环拆除时，技术室应进行观测，进行数据分析，确保隧道安全万无一失。4）拆除时注意安全，随时检查脚手架的稳固，高空作业人员必须系安全带，拆除地段要有专人防护，利用口哨信号统一指挥，保证施工人员和车辆的安全通过。5）拆除钢架时，采用气焊切割，严禁施工机械生拉硬拽。3监控量测3.1监控量测点布置洞内水平收敛、拱顶下沉、隧底沉降以及地表下沉监测，每5m一个断面。洞内监控量测布置见图3“水平收敛、拱顶下沉、隧底沉降以及地表下沉布置图”3.2量测方法水平收敛采取全站仪进行无接触式量测模式。在穿越高速公路工程中采用坐标法观测，以确定左右侧不同的位移变化量。拱

14、顶下沉、地表下沉采用高精度水平仪进行观测。根据黄土隧道的变形特点，拱顶下沉、地表下沉的量测频率按表3 监控量测频率表进行：表3 监控量测频率表位移速度（mm/d）量测频率52次/d151次/d0.511次/23d0.20.51次/3d0.21次/7d地表降水时，浅埋地段、黄土性质变化地段加密监测频率；CRD法施工在拆除临时支撑时加密监测频率。3.3变形等级管理在施工过程中，当洞内外变形速率在2mm/d以下时，可正常施工；当洞内外变形速率在2mm5mm/d时，在施工的同时，采取加强初期支护或加快仰拱封闭等措施，控制变形速率；当洞内外变形速率超过5mm/d时，应停止开挖施工，封闭作业面，缩短工序距

15、离，快速封闭成环，施作初支背后注浆等措施，控制变形量的发展。图3水平收敛、拱顶下沉、隧底沉降以及地表下沉布置图4.4监测结果分析以函谷关隧道DK270+560断面CRD法1部监控量测为例，如图4位移u-时间t的关系曲线图。图4位移u-时间t的关系曲线图根据上图分析：隧道施工1部时，1部下沉24mm，收敛25mm；在施工2部时，累计下沉量26mm，收敛反弹，累计收敛为21mm，说明在开挖2部时，1部右侧失去土压力后，水平受力减小；在3部4部未施工前时间段内，1部拱顶下沉、水平收敛仍在发展，并保持稳定速率，平均每天1mm2mm/天。在3部施工时，1部累计下沉52mm，累计收敛45mm；4部施工时，

16、1部累计下沉60mm（4部施工对1部下沉量影响比其他各部小），累计收敛50mm（1部收敛值略微减少后继续发展；在仰拱施工时，1部下沉量增加至79mm，收敛量增大到68mm后有所减小。仰拱封闭后，1部下沉量趋于稳定，收敛量有所减少，说明初期支护封闭成环后，围岩压力逐步转化到永久支护体系，而临时支撑的受力减少。从CRD法监控量测结果看：1）CRD法施工期间，隧道支护体系变形集中在未封闭成环之前；除下部开挖下沉量大之外，其余时间下沉速率稳定。因此，控制下沉的方法主要是缩短开挖面到初期支护封闭的距离和施工时间。2）CRD法施工时，在左右各部施工时，收敛值有反弹现象，因此，在施工时，应注意临时横撑的连接牢固和左右横撑保持在同一直线上，防止横撑在施工时脱落和变形。3）在拆除临时支撑时，根据监测结果看，拆除时机在仰拱衬砌施工结束后进行。在隧道进出口、辅助导坑三岔口处拆除时，要加强监控量测和控制一次拆除长度。5、结束语函谷关隧道进口、横洞三岔口段CRD法施工时，现场出现地表开裂、下沉量过大、横撑变形严重等问题，施工中优化CRD施工施工顺序，缩