CRD法在淺埋鐵路隧道下穿既有高速公路的探討與研究

黃忠鑫（中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院,濟南250022）

CRD法在淺埋鐵路隧道下穿既有高速公路的探討與研究

黃忠鑫
（中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院,濟南250022）

以新建鐵路龍口至煙臺線東吳家隧道下穿高速公路的工程實例為基礎,探討了CRD（交叉中隔壁法）在隧道下穿既有高速公路控制地表沉陷及加固地層整體受力結構，確保施工安全和施工進度。同時對下穿高速公路段的襯砌結構采用數值的計算方法確定結構截面及配筋,從而為今后類似工程的設計提供理論依據和技術指導。

CRD法；鐵路隧道；下穿高速公路

1　工程概況

1.1基本概況

新建鐵路龍口至煙臺線東吳家隧道為電力牽引單線無砟軌道隧道，并滿足雙層集裝箱列車的通行條件，隧道設計速度目標值按160km/h設計，隧道建筑限界采用“隧限-2A”。進口設計里程為DK96+883，出口設計里程為DK100+100，隧道全長3217m，為全線的控制性工程。

1.2下穿高速公路概況

高速公路路基寬28.9米，雙向四車道，設計行車速度120公里/小時。隧道下穿高速公路段線路位于左偏曲線上，曲線半徑R=2805m，其里程為DK99+780～DK99+830,長度50m（詳見圖1）。隧道中線與高速公路中線相交里程為DK99+805，夾角為55°。該段地層巖性主要為：下伏下元古界粉子山群（Pt1FG）片巖、大理巖夾片巖，強風化，灰綠色、黃褐色、灰綠色變晶結構，片狀構造，巖芯呈碎塊狀、粗角礫狀，夾少量短柱狀，厚度約2.5～22.3m，圍巖等級為V級，隧道下穿高速公路段埋深12.26m（隧道結構頂至高速公路路面距離）。隧道下穿高速公路段無地上管線，地下管線主要為中央隔離帶鋪設的高速公路的電力線和通信光纜，隧道在高速公路下方施工，對地下管線無影響。

2　工程設計存在的特點及難點

（1）高速公路車流量大，速度快，從而帶來動荷載變化大。對地面沉降控制要求高，保證行車安全責任重大。

（2）地質條件差，隧道穿越強風化片巖遇水容易軟化，自穩性差。

（3）隧道埋深淺。隧道結構頂至高速公路路面距離12.26m，屬淺埋大跨隧道，施工風險大。

3　施工工法及支護參數的選定

3.1施工工法的選定

結合工程特點及類似工程成功經驗，從控制地面沉降和確保施工安全角度考慮，CRD工法較為合適。該工法的最大特點是將大斷面施工轉化小斷面施工，采用多部開挖，減小分部開挖跨度和開挖高度，封閉成環的時間短，控制早期沉降好，每道工序受力體系完整，結構受力均勻，變形變小。同時CRD法施工應遵循“管超前，弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。

3.2支護參數的選定

DK99+780～DK99+830下穿高速段圍巖等級為V級，襯砌類型為Vc型復合式襯砌（詳見圖2）。

本段超前支護措施為：分別在DK99+836～DK99+830、DK99+821～DK99+815、DK99+806～DK99+800三處拱頂140°環向范圍內擴挖75cm設置管棚工作室,長6m。采用φ89管棚（壁厚5mm）+φ42超前小導管進行超前支護，環向間距中至中為40cm，外插角3～5°。管棚每節長20m，搭接長度為5m。

初期支護措施為：拱墻采用25cm厚C25噴混凝土，φ8鋼筋網，網格間距20×20cm。拱部錨桿采用φ22組合中空錨桿，長3.0m；邊墻采。

用φ22全螺紋砂漿錨桿，長3.5m。錨桿尾端均應配有墊板、螺母，環向×縱向間距為1.2×1.0m。全環設置I20b型鋼鋼架，間距0.6m。

4　隧道及路面監控量測

為確保下穿高速公路施工安全，應采用超前地質預報和監控量測技術手段。通過施工現場的監控量測，為判斷圍巖穩定性，支護、襯砌可靠性，二次襯砌合理施作時間提供依據，以便采取回填注漿、加強臨時支護等措施控制沉降。監控量測內容包括洞內外觀察、地表沉降、拱頂下沉、凈空變化。

4.1監控量測終止標準

根據收斂速度進行判別，收斂速度＞5mm/d時，圍巖處于急劇變化狀態，應加強初期支護系統；當收斂速度＜0.2mm/d時，圍巖基本達到穩定。各項量測項目持續到變形基本穩定2周后結束，變形較大地段位移長時間不能穩定時，應延長量測時間。

4.2監控量測信息反饋

施工中堅持監控量測，尤其是對路面沉降、洞內拱頂下沉和周邊位移收斂等主要項目，勤于量測，并及時對量測的數據進行處理、分析，動態掌握掌子面的變化情況，控制支護結構變形，控制循環進尺，及時反饋信息，最有效地指導施工，確保路面沉降、洞內拱頂下沉和周邊位移等在允許范圍內。

5　數值模擬分析

為保證襯砌結構截面及配筋經濟合理，采用sap2000v14計算軟件進行內力分析計算，根據計算結果采用理正工具箱進行結構配筋。建模計算結果表明，最大負彎矩為576.379kN?m，集中在邊墻腳；其最大正彎矩為159.76kN?m，集中在底板部位；其最大軸力為3680.71kN，集中在邊墻底部；最小軸力為1420.77kN，集中在拱頂；其最大剪力為692.22kN，集中在邊墻與仰拱連接處。

6　結語

（1）采用CRD法施工,充分發揮支護體系和臨時支護結構共同受力的作用，保證了結構安全和施工安全，有效的保證地表沉降控制等難題。

（2）采用洞身管棚、超前小導管、系統錨桿等洞內圍巖預加固措施，解決了開挖過程中圍巖松弛釋放應力而產生較大變形的安全隱患，對淺埋下穿建筑物的隧道施工有一定的借鑒價值。

（3）通過數值計算優化了結構斷面的配筋。從而確保結構安全性，經濟性。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005鐵路隧道設計規范[M].北京：中國鐵道出版社,2005.

[2]鐵道部經濟規劃研究院.TZ204—2008鐵路隧道工程施工技術指南[M].北京：中國鐵道出版社,2008.

[3]中華人民共和國鐵道部.TB10121-2007鐵路隧道監控量測技術規程[M].北京：中國鐵道出版社,2007.

[4]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].安徽教育出版社,2004.

黃忠鑫（1979—），男，江西新建人，工程師，本科，研究方向：地下工程。