大斷面石質隧道CD法施工工藝探討

陳躍進

合誠工程咨詢集團股份有限公司

1 引言

CD 法也稱中隔壁法CD 工法（Center Diaphragm），它是在軟弱圍巖大跨度隧道中，先開挖隧道的一側，并在設計中間部位作中隔壁，然后再開挖另一側的施工方法，主要應用于雙線隧道Ⅳ級圍巖深埋硬質巖地段以及老黃土隧道（Ⅳ級圍巖）地段。這種方法是將斷面從中間隔開，分為兩側，先沿一側自上而下分為二或三部進行，再開挖另一側。斷面每塊開挖和支護后形成閉合單元，有利于圍巖穩定，減小凈空位移及地表深陷。中隔壁法適用于斷面跨度大，地表沉陷量要求較小的軟弱圍巖中的淺埋隧道。

優缺點：（1）優點：各部開挖及支護自上而下，步步成環，及時封閉，各分部封閉成環時間短。（2）缺點：該工藝分部較多，施工速度慢，不利于機械化作業；后部開挖和拆除支護對前面已形成的理學平衡體系產生影響，圍巖應力狀態發生多次改變有可能引起最終較大的變形量，施工面多，作業干擾大；拆除臨時支撐時，安全性較差。

2 工程概況

工程簡介：本段為廈門海滄疏港通道工程B 標段，線路全長3260.883m（K3+580~K6+840.883），匝道分岔段由主線三車道隧道逐步加寬到“3+2”斷面，主洞隧道與匝道隧道平交口分岔部分采用分段逐步擴大形式，斷面輪廓寬度由14.45m（三車道）→16.2m（FCI）→18.2m（FC2）→21.45mm（FC3）→24.95m（FC4）→28m（FC5）逐步擴大，斷面輪廓寬度最大開挖凈跨度30.51m，最大斷面開挖面積421.73m2。

3 工程地質情況

左線ZK3+917.8~ZK4+169大斷面地質：

隧道通過燕山晚期第二次侵入花崗巖地層（Y53（1）b），中粗粒結構，塊狀構造，節理、裂隙稍發育，主要節理為N10~39°，E65/85°S，巖體較完整。

右線YK3+997.4~YK4+520大斷面地質：

隧道通過燕山晚期第二次侵入花崗巖地層（Y53（1）b），中粗粒結構，塊狀構造，節理、裂隙稍發育，主要節理為N10~39°，E65/85°S，巖體較完整~較破碎。

4 本設計FC2/FC3分岔大斷面圍巖及支護參數

支護參數根據圍巖級別、工程地質水文地質條件、地形及埋置深度、結構跨度及施工方法等內容，以工程類比法擬定。分岔大斷面各類圍巖支護參數詳見表1。

5 原設計開挖工法

表1

5.1 雙側壁導坑七步法開挖工法

主洞內分岔段襯砌類型為FC3FⅢ型，采用雙側壁導坑七步法施工，并且要求在輔助施工措施完成并達到強度后進行。

分岔FC3FⅢ(支護榀距0.75m)一次開挖1.0m~2.0m。（Ⅳ、Ⅴ級圍巖一次1~2榀拱架、Ⅲ級圍巖一次2~3榀拱架）。

6 開挖工法優化依據

6.1 施工圖設計說明

施工設計圖關于隧道支護參數的確定，要求應通過對現場監控量測分析，及時調整支護參數，實現動態設計、過程控制。對于大斷面隧道制定合理的開挖支護方案是隧道設計中的關鍵環節。施工中應根據設計圖紙的開挖方法嚴格進行，對于大斷面開挖的經驗不足，施工中可根據實際情況以及監控量測結果采用更為科學合理的開挖方法，由業主、設計、施工、監理和專項監控量測組等多方共同確定方可實施。

6.2 已開挖地段支護結構監測情況

左線FC2FⅢ分岔段已施工地段累計最大沉降22.2mm，單日最大沉降0.8mm；累計最大收斂位移15.9mm,單日最大收斂值2.5mm。

右線FC3FⅢ分岔段與橫通道交叉體系轉換部位，小里程累計最大沉降18.6mm，單日最大沉降0.7mm；累計最大收斂位移22.3mm,單日最大收斂值1.4mm。大里程累計最大沉降22.1mm，單日最大沉降1.2mm；累計最大收斂位移19.7mm，單日最大收斂值0.6mm。

以上各組監測數據顯示，拱頂最大沉降均小于預設定預警值(累計50mm，單日最大3mm/d)，凈空收斂均小于預設定預警值(累計30mm，單日最大2mm/d)，圍巖及支護結構穩定。

根據現場已揭示圍巖地質情況、超前地質預報情況及圍巖監控量測結果，目前施工地段左洞FC2FⅢ，采用三臺階法能夠滿足支護穩定要求；右洞FC3FⅢ與橫通道交叉段落圍巖整體穩定，自穩能力較強，具備工法優化條件選用較簡單、成熟的開挖工法，有利于節約投資、減少臨時支護浪費、加快施工進度。

6.3 超前地質預報情況

據超前地質預報顯示，左線ZK4+035~ZK4+085 段FC3 圍巖以中~微風化花崗巖、塊狀結構為主，節理裂隙稍發育，巖體較完整，圍巖綜合巖性較好，節理裂隙水弱發育，綜合判定圍巖等級為Ⅲ級。右線YK4+226~YK4+320段FC4圍巖以中~微風化花崗巖為主，巖質較堅硬~堅硬，整體圍巖較破碎，節理裂隙稍發育，裂隙水弱發育，整體穩定性較好，綜合判定圍巖等級為Ⅲ級。

7 工法優化方案

7.1 工法對比分析

7.1.1 雙側壁導坑法與CD法對比分析

兩種工法都是屬于將大斷面隧道分割成小的斷面，從而減小開挖斷面面積和開挖跨度，針對大斷面及軟弱圍巖隧道都能有效降低隧道開挖拱頂下沉及周邊位移。

（1）雙側壁導坑法適合軟巖及超大斷面隧道開挖，開挖分部很多，導致單個分部斷面開挖寬度很小，施工干擾性大，尤其是對爆破開挖的石質隧道擾動性大，隧道開挖寬度約為6.3m~7.9m，長4m~5m錨桿（管）不宜施作，且每個開挖斷面不規則，尤其是側壁導坑頂部較尖，爆破開挖成形困難，很難控制超欠挖，同時兩側導坑開挖完成后中間導坑開挖初期支護拱架很難在同一斷面正好吻合拼接，施工過程中造成必然的施工安全隱患，同時臨時支護拆除步驟繁瑣，難度大，作業面較多，對于爆破開挖工序銜接很不利，單個循環施工周期很長，且拆除臨時支撐不能重復利用，材料浪費很嚴重。

（2）CD 法適合軟巖及超大斷面石質隧道開挖，開挖分部較多，單個分部斷面開挖寬度大，施工干擾性小，爆破開挖的石質隧道擾動性較小，隧道開挖寬度約為11m~13.9m，長4m~5m錨桿（管）宜施做，每個開挖斷面較規則，超欠挖較好控制，兩個導坑開挖完后初期支護拱架可以較好吻合拼接，可較好的確保施工過程中施工安全，作業面較少，對于爆破開挖工序銜接較為有利，單個循環施工周期較雙側壁有所降低，臨時支護拆除較為簡單，材料浪費少。

7.2 優化方案

7.2.1 FC3FⅢ雙側壁導坑七步法優化為CD法

實際勘測圍巖與原設計Ⅲ級圍巖相符時，將原設計雙側壁導坑七步開挖法優化為CD 法七步開挖，仰拱快速封閉成環；臨時支撐由I18型鋼加大為I20b型鋼。同時：①對左右側導坑拱頂初支拱架每榀分別增設2 根Φ42×3.5mm，長度4m 鎖腳錨管，對拱部初期支護進行加固，各導坑拱腳位置均采用鎖腳錨管進行固定。②下臺階邊墻拱架拱腳處在原設計2根Φ42×3.5mm鎖腳錨管的基礎上增加2根，仰拱施作快速封閉成環。③仰拱拱架與邊墻拱腳連接由設計底部順接法改為側接法，減少仰拱開挖時對邊墻拱腳的擾動。

7.2.2 中隔壁臨時支撐拆除

（1）臨時支護拆除前該拆除段沉降和收斂量測結果都滿足穩定條件：沉降收斂達到穩定的標準為收斂不超過0.2mm/d，拱頂下沉量控制在7d 時間的增量≤2mm；凈空位移量控制在7d 間的增量≤4mm。

（2）采取隔3 拆1 的方法，在鋼架頂部切開2m~3cm，觀測隧道變形量和變形速率，當處于正常范圍內時，采取隔1 拆1 的方法，切開鋼架頂部，嚴禁連續切開鋼架，以防中隔壁支撐突然失穩倒塌。

（3）分析監控量測數據，當變形穩定后，鑿除臨時支撐噴射混凝土，逐環拆除鋼筋網及鋼架。

（4）拆除時采用破碎錘破除噴射混凝土，用氧炔焰割除連接，局部采用人工風鎬破碎。臨時支護拆除時一次性拆除長度以不大于1m為宜，單循環拆除長度不大于6m，與仰拱施作同步推進。

（5）拆除臨時支護過程中應加強監控量測工作，若拆除過程中，量測人員發現拱頂下沉異常時，或觀測數據接近設計或計算預警指標時，暫停鋼架拆除，并適當采取加固措施。

8 FC3 大斷面CD法7步開挖法實際施工效果

表2

9 結論

綜上所述，本文以海滄疏港通道工程B 標蔡尖尾山2#隧道FC3分岔段為例，介紹了CD法7步開挖法施工工藝的應用，由于隧道跨度較大，采用CD 法開挖操作后，減少了由于隧道地質原因造成的不穩定因素的影響，確保了工程的順利進行。