高原大跨段隧道CRD法施工技術(shù)研究

伍超

（中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

在黃土地層中修建大跨段黃土隧道的施工過程中，往往存在著許多挑戰(zhàn)和困難。特別是在高原地區(qū)，由于地形復(fù)雜、地質(zhì)條件惡劣以及氣候變化等因素的影響，使得高原大跨段隧道的施工更加復(fù)雜和困難。

在黃土隧道的開挖過程中，由于黃土松散、濕潤度高以及可塑性較強等特點，存在著較大的全場位移。這些位移不僅會對施工過程造成嚴(yán)重的影響，還可能給隧道的穩(wěn)定性和安全性帶來威脅。因此，深入研究黃土隧道施工力學(xué)效應(yīng)，掌握其力學(xué)特性和變形規(guī)律，對于制訂合理的施工方案和保障隧道工程的安全運營具有重要意義。將重點研究高原地區(qū)大跨段黃土隧道的施工技術(shù)，主要采用CRD 法，該方法結(jié)合了剛性框架和擋土墻技術(shù)，通過錨桿錨索實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體加固和地質(zhì)的穩(wěn)定。該方法不僅適用于黃土地層中大跨段隧道的開挖，還具備較好的適應(yīng)性和可靠性。

最后，總結(jié)CRD 法在高原大跨段隧道施工中的獨特技術(shù)和優(yōu)勢，包括施工周期短、效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面，并為今后類似工程的規(guī)劃和實施提供參考。通過本文的研究，可以為高原大跨度隧道的施工提供一定的指導(dǎo)和參考，促進我國隧道工程的發(fā)展和進步。

1 隧道地質(zhì)情況概述

該研究主要關(guān)注高原大跨段隧道的CRD 法施工技術(shù)。隧道所處的地理環(huán)境非常復(fù)雜，包括山脈、丘陵和平地[1]。

該研究的實際工程案例是周山隧道，該隧道位于山脈中，周圍環(huán)境包括黃土丘陵和冰原，地理環(huán)境非常復(fù)雜。周山隧道的地質(zhì)主要由砂巖、礫巖、粉砂巖和少量粉砂巖組成。該地區(qū)的氣候特點是干燥寒冷，地面水很少，巖石呈干裂狀。地震數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)屬于中輕度地震區(qū)，但由于地處山區(qū)，受到的地震沖擊較大。因此，周山隧道的抗震設(shè)防烈度已提高到6度。該地區(qū)處于華北平原南側(cè)與秦嶺山脈的交匯地帶，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單[2]。

該研究結(jié)果顯示，該地區(qū)穩(wěn)定性較高，沒有發(fā)現(xiàn)區(qū)域性深大斷層，并且新的構(gòu)造運動也不頻繁。盡管該地區(qū)地下水資源儲備較少，地表徑向傾斜度較大，降雨更容易造成洪水泛濫，但該地區(qū)的土壤利用率相對較低，植物生長空間有限，地表水蒸發(fā)速度較快。因此，在進行隧道施工時，需要注意預(yù)防和處理水土流失問題。盡管研究過程中沒有發(fā)現(xiàn)地下水，但在陰雨天氣時，可能出現(xiàn)松散層和基巖裂縫中的水。通過CRD 法施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，可以有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，保證隧道的施工質(zhì)量和安全[3]。

2 研究方法

2.1 研究對象

研究對象為高原地區(qū)的大跨段隧道，即隧道內(nèi)部跨度較大的隧道結(jié)構(gòu)。由于高原地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，大跨段隧道的施工具有一定的挑戰(zhàn)性。因此，將集中研究高原地區(qū)大跨段隧道的施工技術(shù)，以提供科學(xué)的指導(dǎo)和建議。

2.2 數(shù)據(jù)采集

首先，將收集有關(guān)高原地區(qū)大跨段隧道施工的文獻資料，包括已經(jīng)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、研究報告以及相關(guān)的專業(yè)書籍。其次，將與工程師和施工人員進行訪談，獲取他們在實際施工中的經(jīng)驗和見解。最后，將收集和分析實際施工中的數(shù)據(jù)，包括工程進度、質(zhì)量控制和安全管理等方面的數(shù)據(jù)。

2.3 試驗設(shè)計

該研究將設(shè)計一系列試驗來驗證和改進高原地區(qū)大跨段隧道的施工技術(shù)。試驗將在實際工程中進行，采用對照組和試驗組的方式進行比較。在試驗過程中，將考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)、施工工藝等。通過對比不同的施工技術(shù)和工藝，評估其在高原地區(qū)大跨段隧道中的適用性和效果[4]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

首先，對文獻資料進行歸納和總結(jié)，整理出高原地區(qū)大跨段隧道施工技術(shù)的發(fā)展趨勢和關(guān)鍵問題。

其次，對采訪和實際施工數(shù)據(jù)進行整理和統(tǒng)計，以獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

最后，應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)方法對數(shù)據(jù)進行分析，找出不同因素之間的相關(guān)性和影響程度。

2.5 結(jié)果驗證

將通過對試驗數(shù)據(jù)的驗證，驗證研究結(jié)果的可靠性和有效性。

首先，與其他專業(yè)人士進行討論和交流，獲取他們的意見和建議。

其次，組織專家評審會議，邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家對研究結(jié)果進行評審和驗證。

最后，根據(jù)專家意見對研究結(jié)果進行修正和完善。

通過以上的研究方法，得出關(guān)于高原地區(qū)大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)的科學(xué)結(jié)論和建議，為相關(guān)工程項目提供參考和指導(dǎo)[5]。

3 高原大跨段隧道下穿公路施工方案分析

3.1 臺階法施工

臺階法是在高原大跨段隧道CRD 法施工過程中常用的一種施工方法。該方法是根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和設(shè)計要求，將施工過程分為若干個臺階，逐步進行施工。臺階法施工的具體步驟如下：

在進行臺階法施工前，首先需要進行詳細的地質(zhì)調(diào)查和勘查，以確定隧道的地質(zhì)構(gòu)造、巖性、斷裂和水文地質(zhì)等情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以制訂隧道的設(shè)計和施工方案。

根據(jù)設(shè)計要求，確定臺階的高度和階段。一般來說，臺階的高度應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)條件和施工能力來確定。對于高原大跨段隧道，可以將施工過程劃分多個臺階，根據(jù)具體情況確定每個臺階的高度[6]。

根據(jù)臺階的高度和階段，制訂相應(yīng)的施工計劃。施工計劃應(yīng)包括巖石爆破、掘進、支護、排水等施工工序的具體安排，以及分期驗收和質(zhì)量控制等內(nèi)容。

接下來，根據(jù)施工計劃，進行臺階法施工的具體操作。

首先，巖石爆破。根據(jù)隧道的設(shè)計要求和爆破物理特性，選擇合適的爆破方案和合理的爆破參數(shù)進行爆破作業(yè)。

其次，掘進作業(yè)。根據(jù)爆破后的巖體情況，選擇合適的掘進設(shè)備和技術(shù)進行隧道的掘進。在掘進過程中，需要控制掘進速度，并考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化等因素的影響。

在掘進過程中，還需要進行支護作業(yè)。根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和設(shè)計要求，選擇合適的支護方式和材料進行隧道的支護。支護的主要目的是確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。

最后，排水作業(yè)。在施工過程中，需要及時排除隧道中的積水和地下水，以確保施工的順利進行。常用的排水方法包括透水層的灌漿和鉆設(shè)排水孔等[7]。

為了保證黃土地質(zhì)的穩(wěn)定性，在模擬過程中可以選擇三級臺階加高拱下沉的施工手段。為了減少邊緣因素對數(shù)值模擬分析結(jié)果的干擾，可以將目標(biāo)區(qū)域置于模型的核心位置（y=30）。

在模擬過程中，重點觀察隧道拱頂不同高度的下降和滑動過程、不同階段的下降過程，以及施工過程中支護結(jié)構(gòu)重要部位主要壓力的發(fā)展情況。

此外，還可以深入討論模擬開挖的四個步驟，即1/4（15m）、1/2（30m）、3/4（45m），并詳細研究在每個步驟中隧道頂部地層在不同水平方向上的垂直位置變化，以及描述開挖區(qū)域周圍地層的塑性變化。

3.2 CRD 法施工

CRD 法施工步驟包括施工準(zhǔn)備、爆破開挖、支護和巷道排水等，具體如下：

一是施工準(zhǔn)備：進行地質(zhì)勘查和分析，確定隧道的設(shè)計參數(shù)和施工方案；制訂施工計劃，并進行施工前的準(zhǔn)備工作。

二是爆破開挖：采用適當(dāng)?shù)谋萍夹g(shù)和爆破參數(shù)，對巖石進行控制變形和破碎，實現(xiàn)隧道的開挖。

三是支護：根據(jù)隧道的地質(zhì)情況和設(shè)計要求，選擇合適的支護措施，如錨桿、噴射混凝土等，以提供足夠的支撐和穩(wěn)定。

四是巷道排水：在隧道開挖和支護過程中，及時進行巷道排水，以保證施工現(xiàn)場的干燥和安全[8]。

該技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

一是適應(yīng)性強，CRD 法能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件和復(fù)雜的地下環(huán)境，能夠在各種巖石類型和地質(zhì)構(gòu)造下進行施工。

二是施工效率高，CRD 法相比傳統(tǒng)的隧道施工方法，施工速度更快，能夠有效節(jié)約時間和成本。

三是施工安全性好，通過對爆破參數(shù)的控制和支護技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低地質(zhì)風(fēng)險，保證施工的安全性。

3.3 二者結(jié)果對比

CRD 法是一種用于高原大跨段隧道施工的技術(shù)，通過對比臺階法和CRD 法的結(jié)果，可以看出它們在最小壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力方面存在一定的差異。

在臺階法中，最小壓應(yīng)力為19.7MPa，最大拉應(yīng)力為2.8MPa；而在CRD 法中，最小壓應(yīng)力為11.6MPa，最大拉應(yīng)力為1.9MPa。在臺階法中，初期支護的最小壓應(yīng)力主要出現(xiàn)在隧道左右側(cè)墻的下部，低于標(biāo)準(zhǔn)抗壓強度16.7kPa。而最大拉應(yīng)力則集中在拱頂，超過初期支護混凝土的抗拉強度1.78kPa。盡管初期混凝土可能出現(xiàn)開裂或剝落，但由于鋼結(jié)構(gòu)的抗壓能力較強，所以隧道的安全性是有保障的。但為了避免裂縫和剝落的出現(xiàn)，仍然需要采取加固措施[9]。

在CRD 法中，最大拉應(yīng)力主要集中在拱頂，并且低于混凝土初期支護的最小抗拉強度1.67kPa，因此不會出現(xiàn)開裂或剝落情況。在CRD 法中，初始支護壓力最低可達到11.6kPa，雖然低于混凝土的最低抗壓強度16.7kPa，但仍然非常穩(wěn)定，可以放心進行初始支護。另外，C25 混凝土具有較強的抗壓強度，可以承受壓力上升到1.78kPa 的荷載。不過，為了確保安全，仍然需要及時進行加固，以防止裂縫和剝落的問題發(fā)生。在進行高原大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)研究時，根據(jù)對比分析臺階法和CRD 法的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種方法在最小壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力方面存在一定的差異[10]。

4 結(jié)論

通過對高原大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)的研究，得出以下結(jié)論：

其一，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道施工中具有較高的可行性和適應(yīng)性。由于高原地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜、氣候條件惡劣，傳統(tǒng)的施工方式存在一定的困難。而CRD技術(shù)可以通過預(yù)制構(gòu)件的方式進行施工，降低了對現(xiàn)場施工條件的要求，并且可以提高施工效率。

其二，CRD 技術(shù)可以有效降低施工的風(fēng)險和成本。在高原地區(qū)進行大跨段隧道的施工過程中，由于地質(zhì)條件不穩(wěn)定，施工風(fēng)險較大。而CRD 技術(shù)可以將施工過程中的風(fēng)險降至最低，減少施工過程中的意外事故發(fā)生的可能性，并且可以縮短施工周期，減少了施工成本。

其三，CRD 技術(shù)在高原地區(qū)的施工中需要針對當(dāng)?shù)氐奶厥馇闆r進行優(yōu)化和改進。高原地區(qū)氣候嚴(yán)寒，夜間溫度較低，施工過程中對混凝土的養(yǎng)護和保溫措施需要特別注意。此外，由于高原地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工過程中需要對地質(zhì)情況進行精確的調(diào)查和分析，以保證施工的順利進行。

其四，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道的施工中具有較好的應(yīng)用前景。目前，我國高原地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在不斷推進，需要大量的隧道工程。CRD 技術(shù)作為一種新興的施工方法，可以有效地解決高原大跨段隧道施工中的問題，提高施工效率，并且減少對現(xiàn)場施工條件的要求。

綜上所述，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道施工中具有較高的可行性和適應(yīng)性，可以有效降低施工的風(fēng)險和成本，并且具有良好的應(yīng)用前景。然而，需要特別注意當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷刭|(zhì)條件，進行相應(yīng)的優(yōu)化和改進。相信隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用的不斷推廣，CRD 技術(shù)將在高原地區(qū)的隧道工程中扮演越來越重要的角色。