淺埋軟弱地層隧道CRD法施工工法研究

孫 壽 文 輝

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710007)

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淺埋軟弱地層隧道CRD法施工工法研究

孫 壽 文 輝

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710007)

以西北某淺埋富水軟弱隧道工程施工為背景，對核心土臺階法、CD法、CRD法以及眼鏡法等在本工程的適用性進行對比研究，研究表明，臺階法和CD法不能保證開挖安全，4步CRD法開挖跨度小，能確保掌子面的穩定，同時圍巖與支護比較穩定，得出了宜采用CRD法施工的結論。

隧道工程，軟弱地層，CRD法，斷面

0 引言

隧道洞口段因埋深淺而施工難度較大，特別是如果再遇上富水、軟弱破碎圍巖，則施工更加困難。施工中，圍巖自穩定能力差，極易坍塌甚至垮塌至地表，形成所謂“塌通天”，如何選擇合理施工方法來確保施工安全并提高工作效率是施工方案制定中的重要內容。本文以西北某隧道洞口段的淺埋富水軟弱隧道工程為背景，就施工方法進行了對比和研究，現將相關內容予以介紹，供類似工程參考。

1 隧道工程概況

西北某左右線分離型式的雙線四車道隧道左線洞口段埋深20 m～30 m，隧道剖面如圖1所示，洞口段圍巖為殘坡積、沖洪積碎石層，土體松散，粘結性差，遇水極易坍塌。同時隧道位于河床線以下，上游滯水通過碎石層向隧道內滲透，致使隧道圍巖地下水富集，水量豐富。從隧道施工情況看，隧道內最大涌水量達1 200 m3/d，隧道施工難度很大。

2 淺埋軟弱地層隧道施工方法

基于我國目前的施工裝備和技術水平、既有施工經驗等，淺埋軟弱地層隧道主要施工方法有：預留核心土臺階法、CD法、CRD法、眼鏡法等。

1)預留核心土環形開挖法可用于Ⅳ級～Ⅴ級圍巖或一般土質圍巖的中小跨度隧道。核心土及下部開挖在拱部初支保護下進行，施工安全性好，且施工靈活，可根據地質變化情況及時進行調整。預留核心土法在我國雙車道高速公路隧道和雙線鐵路隧道中的軟弱圍巖段應用較多。

2)中隔壁法(CD法)適用于圍巖較差、跨度大、埋深淺以及地表沉降需要控制的場合。

3)交叉中隔壁法(CRD法)適用于圍巖較差、跨度大、淺埋以及地表沉降需要控制的場合。CRD法的施工順序在工程實踐中有所不同。在一些特別困難條件下，部分隧道采用三層CRD法。

4)雙側壁導坑法適用于淺埋、大跨度隧道及地表沉降下沉要求嚴格且圍巖條件較差的情況。

3 隧道洞口段施工方法分析

鑒于隧道洞口段復雜的工程地質和水文地質條件，合理選擇施工方法對于順利通過該地段至關重要。以下就核心土臺階法、CD法、CRD法以及眼鏡法等的適用性對比研究。

3.1 計算模型

選用ZK22+580斷面作為分析斷面，該斷面處隧道埋深24 m，主要支護參數為：初期支護25 cm厚C20噴射混凝土，Ⅰ20工字鋼間距50 cm。系統錨桿:φ42小導管，L=3.5 m，環向間距1 m。二次襯砌:55 cm厚C45S8防水混凝土。

初期支護、臨時支撐均采用梁單元模擬，線彈性材料，而地層采用Mohr-Coulomb屈服準則。噴射混凝土和模筑混凝土材料參數按照設計規范選取，圍巖參數參照地質勘察報告并結合類似工程經驗綜合確定。

3.2 計算工況

從收集的國內外類似復雜條件下施工案例來看，主要采用的施工方法有：三臺階預留核心土法、CD法(開挖順序有兩種)、CRD法以及眼鏡法。眼鏡法多應用于跨度15 m以上，因此，不對該法進行分析。對于CRD法，主要分6步開挖法和4步開挖法兩種，同時，這兩種施工開挖法又可分為上下順序開挖和左右順序開挖兩種方案，且均有施工實例。

共有7種計算工況：1)臺階法(工況1)；2)CD法(分兩種工況，上下順序開挖為工況2，左右順序開挖為工況3)；3)CRD法。該方法作為研究重點，對6步開挖和4步開挖以及左右順序、上下順序均進行分析和比較，共4個工況，即工況4～工況7。

3.3 工法分析與對比

施工引起的支護結構位移和內力。因篇幅原因，以4步CRD法為例，開挖完成后的位移場如圖2所示。

由CRD開挖過程的支護及地層位移場可明顯看出，CRD法相比CD法和臺階法，圍巖的穩定性明顯好于前二者，最大位移發生在右側處(14.6 cm)。

開挖過程中，支護結構內力分布如圖3所示，支護結構受力在允許范圍內，沒有出現屈服，支護結構是安全穩定的。

3.4 施工方法綜合比較

根據計算以及技術難度、工序復雜程度、造價等方面的綜合比較見表1。

表1 施工工法綜合比較

從表1可知，臺階法和CD法由于在開挖過程中圍巖和支護易坍塌或失穩，均不宜采用，CRD法開挖跨度小，能確保掌子面的穩定，同時圍巖與支護比較穩定。當采用6步CRD法施工時，最大位移的減小量比較小，相比4步CRD法對于圍巖的穩定性起到的作用有限，而工序增加卻很繁瑣，因此，本工程也不采用該方法。采用4步CRD法既保證了施工時圍巖與支護的穩定，又不至于使工序過于繁瑣。因此，本工程采用4步CRD法進行施工，且根據施工單位已有的施工經驗，采用經典CRD上下斷面施工順序。

4 結語

本文針對隧道洞口段坡積洪積互層地層軟弱且富水特點，對施工方法進行了比選和研究，研究表明，4步CRD法開挖跨度小，能確保掌子面的穩定，同時圍巖與支護比較穩定，宜采用CRD法施工。目前該隧道已建成，并通車運營。

[1] 荊 濤.公路隧道軟弱圍巖淺埋段綜合施工技術[J].鐵道建筑,2005(4):42-44.

[2] 高虎軍,王木群.淺埋軟弱地層(滑坡體)隧道進洞施工技術研究[J].公路工程,2013,38(3):233-236.

[3] 田 佳,劉 軍,王改鵬.三臺階七步法在大斷面淺埋偏壓軟弱圍巖隧道中的應用[J].隧道建設,2012,32(S1):85-90.

Research on construction method of shallow buried weak stratum tunnel CRD method

Sun Shou Wen Hui

(CCCC Tunnel Bureau Second Engineering Limited Company, Xi’an 710007, China)

Taking the northwest a shallow water rich soft tunnel construction engineering as the background, this paper made comparison research on the applicability of core soil step method, CD method, CRD method and glasses method in this engineering, the research showed that the step method and CD method could not guarantee the excavation safety, the 4 step CRD method had small excavation span, could ensure the stability working of tunnel face, and the surrounding rock and support was relatively stable, gained the conclusion suitable for CRD construction method.

tunnel engineering, weak stratum, CRD method, section

1009-6825(2017)16-0160-02

2017-03-23

孫 壽(1977- )，男，工程師

U455

A