Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法技術(shù)研究

摘"要：文章皆在研究隧道Ⅴ級圍巖條件下雙側(cè)壁導坑工法轉(zhuǎn)CD法工法施工的可行性、技術(shù)條件要求、體系轉(zhuǎn)換原則、導洞掌子面的安全保證措施、監(jiān)控量測的安全保證措施以及各導洞工序的管理等技術(shù)難點。通過總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化調(diào)整措施方法，為同類型隧道施工中Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁導坑轉(zhuǎn)CD法轉(zhuǎn)換方法、支護參數(shù)及安全控制提供參考。

關(guān)鍵詞：Ⅴ級圍巖；雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法；監(jiān)控量測

中圖分類號：U455.4A451543

0 引言

隨著環(huán)境保護要求逐步加大，地質(zhì)勘察手段和設(shè)計施工技術(shù)不斷優(yōu)化與完善，施工工法與支護參數(shù)與圍巖等級的匹配也更加多樣化，遵循了動態(tài)施工的原則。因此同一大跨度隧道由于圍巖等級劃分更加詳細而采用了多種施工方法，工法之間的轉(zhuǎn)換需要綜合考慮圍巖細微變化導致工法、支護參數(shù)調(diào)整以及安全、經(jīng)濟、高效等問題，而CD法、雙側(cè)壁導坑法及其他工法間轉(zhuǎn)換還涉及臨時支護調(diào)整引起的受力工況改變、監(jiān)控措施難度加大及安全風險增加等問題。本文以Ⅴ級圍巖條件下雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法施工進行研究，從工法轉(zhuǎn)換過程導洞掌子面掘進控制、臨時支護調(diào)整方法進行研究，綜合考慮機械設(shè)備施工影響以及安全、效率問題，分析可行性及最優(yōu)效果，并結(jié)合超前地質(zhì)預報、掌子面揭露圍巖素描、監(jiān)控量測等實際資料，進一步對支護參數(shù)、安全步距進行優(yōu)化。通過總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化調(diào)整措施方法，為同類型隧道施工中Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁導坑轉(zhuǎn)CD法轉(zhuǎn)換方法、支護參數(shù)及安全控制提供參考。

1 依托工程情況

本文以某項目工程為依托，項目全長3 700.21 m，道路等級為城市主干路，雙向四車道。道路起點橫穿現(xiàn)狀山地，地勢高差＞120 m，設(shè)置雙洞隧道穿越山體。西線隧道長712 m，東線隧道長751 m，隧道圍巖等級全部為Ⅴ級。由于圍巖等級細化，施工采用3種施工方法，分別為雙側(cè)壁導坑法（Ⅴ級SS5a-1）、CD法（Ⅴ級SS5b）、CRD法（Ⅴ級SS5a-2），圍巖變化時各工法間需要轉(zhuǎn)換過渡。因雙側(cè)壁導坑法轉(zhuǎn)CD法施工難度較大，本文主要通過研究雙側(cè)壁導坑轉(zhuǎn)CD法施工技術(shù)的合理運用，使轉(zhuǎn)換技術(shù)方便、快捷，施工安全、質(zhì)量可控，各項指標均達到設(shè)計、規(guī)范要求，降低了施工成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法工法對比研究

方案一（圖1）：雙側(cè)壁各導洞閉合到同一斷面，再進行CD法開挖。

方案二（圖2）：不暫停掌子面，通過調(diào)整導洞作業(yè)空間逐步由雙側(cè)壁過渡到CD法，通過左右導坑不斷向中壓縮，逐榀減少中導坑橫向尺寸，直至消除中導坑，實現(xiàn)CD法的轉(zhuǎn)換。

方案一雙側(cè)壁各導洞施工到同一掌子面再進行CD法施工，先導洞掌子面①暫停掘進時間約10 d；而方案二不暫停掌子面，通過調(diào)整導洞空間逐步由雙側(cè)壁過渡到CD法需要約15 m距離。由于導洞掘進空間逐步增加，需要微調(diào)爆破控制及拱架等加工參數(shù)（每榀拱架需根據(jù)漸變段開挖面進行實測實量控制加工），機械設(shè)備因為作業(yè)空間及角度等原因粗修整不到位后需要加大人工修整難度，每循環(huán)增加作業(yè)時間約1.5 h，同時漸變段中各導洞拱架需要待開挖后才能通過實測實量確定由于左右導洞沉降變形后的準確尺寸參數(shù)，每一循環(huán)增加約2.5 h，初期支護型鋼拱架為0.6 m/循環(huán)，則長15 m距離需要增加時間約為15/0.6*（1.5+2.5+2.5）/24=6.8 d。理論上，方案二相對于方案一完成工法轉(zhuǎn)換時間減少約3 d，但是增加了作業(yè)難度，延長了掌子面開挖到支護完成的時間，由于施工段圍巖屬于Ⅳ～Ⅴ級泥質(zhì)粉砂巖，整體穩(wěn)定性差，巖體承載力低、變形量大，有明顯的崩解性、流變性、易擾動性等問題［1］，遇風遇水極易軟化崩解，極大增加了圍巖變形甚至掌子面崩塌的風險，且在方案二的Ⅱ階段漸變段末尾位置，雙側(cè)壁臨時拱架都向中線彎曲會發(fā)生碰撞而無法安裝，只能直接轉(zhuǎn)換為CD法進行施工。這會導致施工過程中出現(xiàn)較大的臨空面，此段最難施工，爆破難以控制，大型機械設(shè)備無法進行開挖，人工使用小型設(shè)備的開挖時間不可控，無法及時支護控制變形，對安全極為不利。

軟弱圍巖大跨度隧道施工時首先要保證安全性，再考慮成本和進度［2］，Ⅴ級圍巖條件下工法轉(zhuǎn)換過程中導洞掌子面穩(wěn)定控制、臨時支護拆除初期支護受力變化控制及安全步距調(diào)整整體施工安全控制相對困難，為降低施工技術(shù)難度，確保施工精度、質(zhì)量安全可控，Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法按方案一，采用雙側(cè)壁工法各導洞閉合到同一斷面，再進行CD法工法掘進支護。

Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法技術(shù)研究/

龍兆敏，吳明學，梁屹澄

3 雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法工法原理及技術(shù)要求

根據(jù)地勘資料、設(shè)計圖紙要求的轉(zhuǎn)換樁號，結(jié)合超前地質(zhì)預報、掌子面地質(zhì)描述、監(jiān)控量測結(jié)果，安全、合理優(yōu)化工法、轉(zhuǎn)換樁號；雙側(cè)壁導坑法各導坑初期支護依次閉合成環(huán)到同一斷面形成整體受力（過程根據(jù)要求逐步拆除臨時支護），對閉合到預定轉(zhuǎn)換樁號的各掌子面進行錨噴支護（如有必要采用錨桿、掛網(wǎng)、型鋼加固組合等措施）；雙側(cè)壁各導坑施工到同一斷面后按照CD法開挖工序進行施工：CD法工法施工前安全步距必須符合相關(guān)要求，仰拱到掌子面安全步距需控制≤30 m，設(shè)計為≤40 m；二襯與掌子面安全步距≤60 m，設(shè)計為≤70 m；監(jiān)控量測符合要求且無異常，連續(xù)3 d沉降變形≤1 mm；CD法施工嚴格按照“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、勤測量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，直到完全轉(zhuǎn)換到CD法施工。

工法工藝流程如圖3～5所示。

4 施工組織及技術(shù)控制

（1）右線雙側(cè)壁各導洞依次閉合到同一斷面，對掌子面采用8 mm、20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)片加10 cm厚C25噴射混凝土支護，各導洞閉合成環(huán)形成整體閉合，根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果逐步拆除臨時支護，利用洞渣回填至CD法上導洞高度，作為CD法導坑上部開挖施工便道及平臺。

（2）CD法施工準備：雙側(cè)壁導坑施工到同一斷面后需要進行CD法施工的相關(guān)準備工作，拱架加工、監(jiān)控量測工作（監(jiān)控量測趨于穩(wěn)定或達到穩(wěn)定）、仰拱（仰拱盡量緊跟掌子面，安全步距≤30 m及二襯安全步距≤60 m）滿足要求，做好安全技術(shù)交底及相關(guān)安全保障措施。

（3）CD法導坑施工：監(jiān)控量測顯示初支穩(wěn)定后可進行CD法放樣掘進施工，工法轉(zhuǎn)換施工遵循“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、勤測量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，并做好臨時橫撐、堆土反壓等相關(guān)安全控制措施。

（4）CD法各導坑循序推進，完成工法轉(zhuǎn)換：加強掌子面地質(zhì)情況素描、監(jiān)控量測指導施工、遵循“管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、勤測量、早封閉、速反饋、控沉陷”的原則，按照設(shè)計圖紙、規(guī)范、方案要求做好CD法各導洞掘進施工，嚴控安全步距，完成CD法各導洞掘進，安全完成雙側(cè)壁到CD法工法轉(zhuǎn)換。

5 施工質(zhì)量控制

小導坑先后按既定樁號進行閉合，對掌子面進行有效支護，并做好監(jiān)控。

嚴格控制仰拱、二襯安全步距（仰拱≤20 m、二襯≤40 m），有效防止工法轉(zhuǎn)換過程不利因數(shù)導致沉降過快。監(jiān)控連續(xù)3 d無異常且≤1 mm/d，雙側(cè)壁臨時支護拆除每循環(huán)2～3榀并做好拆除前、中、后觀察及監(jiān)控。

閉合到同一斷面后進行CD法導坑推進支護施工。CD法推進過程嚴格按照該段圍巖進行安全步距控制，仰拱≤20 m，二襯≤40 m。

施工臺階時如有必要及時施作臨時支護，確保受力明確，材料加工簡單，初支拱架成環(huán)后進行工法轉(zhuǎn)換。對掌子面采用50 mm、3.5～5.0 m長、1.0 m×1.0 m梅花型小導管超前注漿支護加固，圍巖面采用8 mm、20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)焊接加固，噴10 cm厚C25混凝土封閉，如有滲水，需做好相關(guān)引排措施。

6 工法轉(zhuǎn)換意見及建議

在隧道施工中各工法轉(zhuǎn)換施工無法避免，由于隧道施工過程復雜、圍巖受力狀態(tài)多變，其轉(zhuǎn)換方法成為工程中的難題［3］，因此需要加強圍巖的判定，動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工，做好安全保障措施。

在實際施工過程中：（1）需加強利用長短超前地質(zhì)預報結(jié)合方式有效提高預報準確性，有條件進行超前鉆探增加預報可觀性，提高工法轉(zhuǎn)換安全性；（2）合理優(yōu)化支護參數(shù)，通過提高型鋼拱架型號（設(shè)計型號為Ⅰ20b，調(diào)整為Ⅰ22b）、加密型鋼拱架間距（設(shè)計要求間距為60 cm，調(diào)整為50 cm）、加長超前支護（設(shè)計要求長度為3 m、搭接長度為1.5 m，調(diào)整為長度4 m、搭接長度為2.5 m）等形式增加安全保障措施；（3）仰拱及二襯安全步距緊跟，在有限條件下，仰拱、二襯安全步距按照極限進行施工，有效提高安全保障，避免由于工法轉(zhuǎn)換產(chǎn)生不利影響；（4）加強現(xiàn)場組織管理，提高工序銜接合理性，遵循隧道施工安全原則，提高工法轉(zhuǎn)換安全質(zhì)量。

7 結(jié)語

隧道施工過程中，采取合適的工法轉(zhuǎn)換方案，盡可能地減少圍巖擾動和應(yīng)力集中，確保在規(guī)定工期內(nèi)順利完工。因三車道及以上隧道具有跨度大、工法復雜及轉(zhuǎn)換頻繁等特點，文章以某項目隧道工程為例，通過加強超前地質(zhì)預報及掌子面圍巖描述，優(yōu)化導洞安全步距及支護參數(shù)，有效提高了掌子面圍巖穩(wěn)定及初支的穩(wěn)定，采用合理施工工法轉(zhuǎn)換，有效提高施工安全及施工進度，通過該隧道工法轉(zhuǎn)換安全有效實施，驗證了Ⅴ級圍巖雙側(cè)壁轉(zhuǎn)CD法施工技術(shù)的可行性。參考文獻：

參考文獻：

［1］葉亦文.軟弱圍巖淺埋隧道施工方法研究［J］.工程技術(shù)研究，2023，8（21）：38-40.

［2］彎曉林.侵入巖蝕變帶軟巖隧道大變形規(guī)律與穩(wěn)定性研究［J］.國防 交通工程與技術(shù)，2023，21（2）：36-39.

［3］李鵬程.CD法轉(zhuǎn)雙側(cè)壁法對大斷面隧道圍巖變形的影響［J］.中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）工程技術(shù)，2021（10）：91-94.20240412