隧道CRD法施工指导性施工工法.doc

隧道CRD法施工指导性施工工法1 前言CRD又称交叉中隔法，在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完毕横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。重要应当于级围岩浅埋、偏压地段以及级围岩段的施工。2 工法特点CRD法施工是大跨度、软弱围岩隧道分部开挖、钢架支撑、仰拱先行施工方法的一种。CRD法一般上下分3层、左右两侧共6部施工。先开挖隧道一侧的上、中层开挖及支护，施工横竖中隔壁；待喷射混凝土达成设计强度等级的70%后，进行另一侧的上、中层开挖及支护，施作横中隔壁；最后开挖左右侧底部，完毕初期支护和中隔壁，形成带有竖向中隔壁和2层横向中隔壁的网格状支护系统。最后，拆除中隔壁，施作仰拱、拱墙衬砌和填充。CRD法的每部开挖均形成环形封闭支护体系。其优、缺陷为：优点：各部开挖及支护自上而下，步步成环，及时封闭，各分部封闭成环时间短，中隔壁能有效的阻止支护结构和收敛变形和下沉，在控制地面沉降和土体水平位移等方面优于其他工法。缺陷：拆除中隔壁时风险较大；工序繁杂，施工速度较慢。3 合用范围项目V级偏压V级浅埋V级深埋级偏压级浅埋级深埋双线高速铁路200350km/h 合用合用可选可选可选合用 4 工艺原理CRD法又称交叉中隔壁法，即在隧道断面中部设立竖横中隔壁，将断面分块，达成减小开挖跨度和减少开挖高度的效果。进行分部开挖，分块成环，化大为小，步步封闭，环环相扣形成全断面初期支护封闭结构的施工方法。同时在施工中，加强监控测量，依靠测量数据指导支护施工。5 工艺流程及操作要点5.1 CRD法施工工艺流程图5-1 CRD法施工工艺流程图超前地质预报测量放线左侧上部超前支护左侧上部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁左侧中部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁左侧下部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁拆除中隔壁、仰拱衬砌仰拱填充、二衬施工下一工序围岩监控量测右侧上部超前支护右侧上部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁右侧中部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁右侧下部开挖、出渣；施工初期支护和中隔壁围岩监控量测围岩监控量测围岩监控量测5.2 施工要点5.2.1 施工准备5.2.1.1风、水、电管线敷设、施工便道、施工现场布置，机具设备、人员配置、材料装备、修建防排水设施等。5.2.1.2 根据地质勘探资料和施工设计，具体了解工程地质和水文地质情况，制定相应的施工方法和措施，编制施工组织设计，制定施工监测计划。5.2.2 超前小导管施工小导管采用42的无缝钢管，钢管前端做成尖楔状，便于打插入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范围内按梅花形布置，钻10mm的注浆孔，以便钢管进入底层后对围岩空隙注浆。注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比为1:0.51:1.25，水泥浆由稀到浓逐渐变换，即先注稀浆，然后逐级变浓。为注浆后尽快开挖，选用普通水泥或早强水泥并掺入一定量的水玻璃溶液，以缩短初凝、终凝时间。注浆采用PF-40A型注浆，注浆压力0.4-0.6MPa。图5-2 超前小导管施工工艺流程图浆液选择配比实验注浆参数地质调查现场实验效果检查钻孔打小导管注浆设计施工准备择安装型钢钢架安孔口止浆塞连接止浆管注 浆开 挖浆液配置设备准备管材加工材料准备机具准备制定施工方案进入施工5.2.3 超前地质预报隧道施工通过超前地质预测预报，可积极获取地质信息，及时发现异常情况。预报开挖面前方不良地段的位置、规模和性质，为优化、完善设计、制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。为施工提前做好准备，及早制定预案，采用相应的技术和安全措施，以保证施工的正常、安全进行。超前地质预报工作流程图见图5-3。图5-3 超前地质预报工作流程图施工准备制定预报方案地质分析预报分级研究地质资料深孔水平钻探法中长距离预报地质综合判断短距离预报加深炮孔探测红外探测地质雷达探测地质预报报告隧道施工施工建议地质素描项目技术决策预报验证反馈下循环预报 异常段长距离预报正常段 异常段地质综合判断超前水平钻探物探法5.2.4 CRD法洞身开挖施工步序：CRD法施工共将隧道分为六部分，具体划分为见图5-4图5-4 CRD法施工工序横断面 5.2.4.1 开挖部（1）运用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁及导坑侧壁 42小导管超前支护。（2）开挖部，（3）喷混凝土封闭掌子面。（4）施作部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立I20b型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I18横撑。（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。5.2.4.2 开挖部（1）在滞后部一段距离后，开挖部。（2）喷混凝土封闭掌子面。（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，（4）接长型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆，根据实际地址情况，必要时安设I18横撑，（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。5.2.4.3 开挖部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，环节及工序同1。5.2.4.4 开挖部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，环节及工序同2。5.2.4.5 （1）在滞后于部一段距离后，开挖部。（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。（3）接长I18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。（4）安设型钢钢架之仰拱单元。5.2.4.6 开挖部并施作导坑周边的初期支护，环节及工序同5。并使型钢钢架之封闭成环。5.2.4.7 （1）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I18临时钢架及上部临时横撑。（2）灌注部仰拱衬砌及矮边墙。5.2.4.8 灌注仰拱填充部至设计高度。5.2.4.9 运用衬砌模板台车一次性灌注部衬砌（拱墙衬砌一次施作）5.2.5开挖注意事项5.2.5.1 开挖之前应根据施工图纸施做超前支护。5.2.5.2 开挖进尺应控制在0.50.75m5.2.5.3 开挖后及时施做初期支护，尽早封闭成环。5.2.5.4 施工中随时关注中隔壁下的地基稳定情况。5.2.5.5 加强施工中的监控量测工作，及时反馈信息，以调整支护参数，及拟定拆除临时支护的时间。5.2.5.6 临时支护应在所有开挖和初期支护完毕，并形成全断面环形封闭，且围岩变形收敛后进行。每次拆除长度不应大于6m，并立即进行仰拱施做。5.2.5.7 为了保证拆除中隔壁时的安全，可先施做仰拱、填充，然后拆除中隔壁。5.2.6 初期支护施工5.2.6.1 施工程序：开挖后初喷混凝土 系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢架） 复喷混凝土至设计厚度。5.2.6.2 喷射混凝土细 骨 料粗 骨 料水水 泥外加剂等砼搅拌喷射机压缩空气速凝剂喷 头工作面图5-5 喷射混凝土施工工艺流程图（1）喷射混凝土原材料检查合格后方能使用，严格控制拌合物的水灰比，并经常检查速凝剂注入环的工作状况。喷射混凝土的坍落度宜控制在813cm，过大混凝土会流淌，过小容易出现堵管现象。喷射过程中应及时检查混凝土的回弹率。喷射混凝土的回弹率：侧壁不应大于15%，拱部不应大于25%。（2）喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。（3）必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射混凝土的厚度。（4）喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时解决。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。（5）喷射完毕后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面。并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范规定。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。（6）在喷射侧壁下部时，需将上半断面和喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而减少支护强度。（7）经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时解决。管路堵塞时，必须先关闭主机，然后才干进行解决。（8）喷射完毕后应先关主机，再依次关闭计量泵、震动棒和风阀，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。（9）喷射混凝土冬期施工时，洞口喷射混凝土的作业场合应有防冻保暖措施；作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5C ;在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达成6MPa前，不得受冻。（10）喷射质量检查喷射过程中检查喷射表面是否有松动、开裂、下坠、滑移等现象，如有及时清除重喷。喷体达一定强度后可用锤击听声，对空鼓脱壳处采用凿除重喷的方法及时进行解决。钻眼检查喷射厚度是否符合设计规定，厚度不够处补喷。及时测定回弹率，以指导下步施工。作喷体试件进行喷射砼强度实验，以检查其强度。 原材料每盘称量的允许偏差 表52序号材料名称允许偏差1水泥2%2粗、细骨料3%3水、外加剂2%4纤维素纤维2%5.2.5.3 锚杆施工（1）锚杆钻孔运用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向尽也许垂直结构面或初喷砼表面；锚杆孔比杆径大15mm，成孔后采用高压风清孔。（2）孔位应按设计布置，偏差小于10cm，孔深误差10cm；钻孔直径应大于锚杆直径15mm。（3）钻孔自身成直线，方向沿隧道周边径向，并尽量与岩面垂直，不得平行于岩层面打设锚杆。（4）孔内注浆前必须进行清孔，顺锚杆孔用高压风清除孔内积水、岩粉、碎屑等杂物，以免孔道堵塞导致锚杆插不到位。（5）砂浆应随备随用，在砂浆初凝之前应使用完。注浆用的砂必须用1.5mm的方孔筛过筛。（6）注浆压力控制在0.4MPa以内。注浆时将注浆管插入孔底，随着浆液的注入逐渐拔出注浆管，直到孔口有浆液流出为止。（7）锚杆插入长度不得小于设计长度，并加设垫板。（8）锚杆插入后不得随意敲击，三天内不准悬挂重物。图5-6 锚杆施工工艺流程图 锚杆制作各项工前准备锚杆孔位测量放线 锚杆钻机就位钻孔角度定位钻锚杆孔锚杆孔清孔锚杆成孔检查注浆插入锚杆安装垫板锚杆竣工验收机械设备保养准备注浆材料注浆设备就位搅拌砂浆5.2.5.4 钢架施工隧道各部开挖完毕出喷砼后，分单元及时安装钢架，运用系统锚杆及双侧锁脚锚管固定，纵向采用钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。钢架安装前把按设计加工好各单元钢架组织试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格。在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控测量，必要时采用有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。具体措施如下：（1）加强对钢架的锁脚固定措施 由于采用分部开挖方法，拱部纲架安装后，钢架暂时不能全面封闭成环，拱部钢架必须采用锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用两根L=4.0m的42锁脚锚管锁定，锚杆采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差时，采用加长锁脚锚管长度和再增设一根锁脚锚管以加强钢架的稳定。（2）钢架基础的加固为防止钢架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢架底脚增设连续纵梁，纵梁采用32槽钢，与钢架底脚采用焊接连接，以增长钢架底脚的承力面积。图5-7 型钢钢架施工工艺流程路初 喷清除底脚浮碴中线标高测量定位锚杆施工分部安装钢架挂钢筋网复喷混凝土围岩监控测量钢筋加工、质量验收钢架预拼与定位锚杆焊连定位设锁脚锚管锁定加设鞍形垫块安装纵向连接筋（3）及时喷射混凝土进行覆盖钢架安装完毕后，及时进行喷射微纤维混凝土，喷射时分层、分段进行，钢架应所有被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。（4）防止施工过程中的碰撞和损坏机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械队已支护好钢架进行碰撞和冲击，导致钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行指挥，严格限制机械作业界线，以防止碰撞钢架。5.2.5.5 挂网施工施工准备钢筋加工网片制作挂网焊联喷混凝土 下一循环图5-8 钢筋网片施工工艺流程图（1）钢筋网使用前要除锈，在洞外分片制作好后，运送至洞内。（2）钢筋网宜在初喷混凝土后挂设，使其与喷射混凝土形成一体，初喷混凝土的厚度宜不小于4cm。（3）钢筋网搭接长度应为12个网格边长。（4）喷射混凝土时，应调整喷头与受喷面的距离、喷射角度，以减少钢筋振动，减少回弹，并保证钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于4cm。（5）喷射时如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除。5.2.6 监控测量监控测量工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计规定进行布点和监控，并根据现场施工情况及时调整测量项目和内容，量测数据应及时分析解决，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。5.2.6.1 监测项目监测项目分为必测与选测两部分，具体见下表：表5-3 监控量测必测项目序号监测施工测试方法和仪器测试精度备 注1洞内、外观测人工观测、地质罗盘2净空变化收敛计0.1mm一般进行水平收敛量测全站仪1mm一般进行三维多点量测3拱顶下沉水准测量，水准仪、铟钢尺0.1mm4沉降缝两侧底板不均匀沉降水准测量，水准仪、铟钢尺0.5mm沉降缝两侧底板（或仰拱填充层面）沉降5洞口段与路基过渡段不均匀沉降观测水准测量，水准仪、铟钢尺0.5mm洞口底板（或仰拱填充层面）与洞口过渡段的沉降6地表下沉水准测量，水准仪、塔尺0.5mm浅埋隧道必测（H02B）表5-4 监控量测选测项目 序号监测施工测试方法和仪器测试精度备注1地表下沉水准测量、水准仪、塔尺0.5mmHo2B时2隧底隆起水准测量、水准仪、钢尺0.5mm3渗水压力渗压计、频率接受仪0.01MPa4围岩内部位移多点位移计、频率接受仪0.1mm5围岩压力压力盒、频率接受仪0.01MPa6二次衬砌接触压力压力盒、频率接受仪0.01MPa7钢筋受力钢筋计、频率接受仪0.01MPa8喷射混凝土压力混凝土应变计、频率接受仪9锚杆杆体应力钢筋计、频率接受仪0.01MPa10二次衬砌内应力混凝土应变计、频率接受仪11爆破振动观测爆破振动记录仪、振动器临近建筑物12围岩弹性波速度弹性波测试仪注：1、Ho-隧道埋深； B-隧道最大开挖宽度5.2.6.2 测量结果分析现场量测所取得的原始数据，不可避免的会有一定的离散性，其中包含着测量误差。因此，应对所测数据进行一定的数学解决。数学解决的目的是：将同一量测的各种量测数据进行分析对比、互相印证，以拟定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，鉴定围岩的初期支护系统稳定状态。在取得监测数据后，及时由专业监测人员真理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理、从而实现动态设计、动态施。目前，回归分析是量测数据数学解决的重要方法，通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。具体方法如下：（1）将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制中横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线，见图5-9u（mm）t（d）abt（d）u（mm）正常曲线反常曲线图5-9 位移U-时间的关系曲线（2）若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表白围岩和支护已呈不稳定状态，加强支护，必要时暂停开挖并进行施工解决。（3）当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据解决或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。（4）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定，进行二次衬砌的施作。5.2.6.3 监控量测围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。（1） 按变形管理等级指导施工，见表5-5。管理等级管理位移施工状态UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3应加强支护U2U0/3停工，采用特殊措施后方可施工注：U为实测位移值；U0为最大允许位移值（2） 根据位移变化速度判别净空变化速度连续大于5.0mm/d时，围岩处在急剧变形状态，应加强初期支护。水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达成稳定。在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。（3） 根据位移时状态曲线的形态来判别当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。6施工材料与机具设备6.1施工材料施工材料所用材料的规格、性能符合设计及规范规定，并经检测合格后方可使用。其重要材料有：表6-1 重要材料表 序号材料名称型号规格备注1粗骨料级配碎石根据现场及实验拟定2细骨料中粗砂根据现场及实验拟定3水泥P.042.5根据现场及实验拟定4粉煤灰级根据现场及实验拟定5外加剂根据现场及实验拟定6水玻璃模数m=2.43.4浓度BE=3040根据现场及实验拟定7钢筋根据现场及实验拟定8纤维素纤维素纤维实验拟定9中空锚杆2510砂浆锚杆2011锚杆托板1501506mm12型钢根据设计拟定13无缝钢管根据设计拟定14防水板PVC厚度大于2mm15无纺布400g/m216缓膨性遇水膨胀止水带P-201（1518）根据设计拟定17背贴式橡胶止水带3008R16（300830）根据设计拟定18中埋式钢边止水带3508R20根据设计拟定19L-600闭孔泡沫朔料板根据设计拟定20双组份聚硫密封胶根据设计拟定214mm厚自粘式防水层双面自粘橡胶沥青防水卷材根据设计拟定22接触网预埋件HTA52/34-Q根据设计拟定23高密度碳素管100/80HDPE根据设计拟定24隧道内标志电光标志根据设计拟定6.2机具设备 表6-2 机具设备表序号设备名称规格单位数量1轴流式通风机Jan-90台12低压变压器400KvA台13高压风机20m3/min台34凿岩台车自制台15管棚钻机MKG-5S台26风动凿岩机YT-28台127挖掘机320型台18装载机Z5型侧翻台19自卸车10m3台410锚杆钻机MZ165台411混凝土搅拌机JZC500台112混凝土喷射机TK-961台413搅拌运送车8m3台214注浆机BW-250/50台27 质量控制7.1 严格按设计、规范规定施工。7.2 严格控制质量及半成品加工质量。7.2.1 所有进场原材料必须通过检查，合格后准许使用。原材料的堆放及储存应满足相关规定的规定。7.2.2混凝土严格按照配合比施工，计量误差满足规范规定，缩短运送存放时间，随随着用。7.2.3钢构件按1:1大样加工，加工时尽量减小热变形，加工完用模具检查校正，焊点强度应严格把关管。7.2.4泵送混凝土应严格控制坍落度损失，严禁擅自加水，外加剂严格计量。7.3加强施工管理工作7.3.1成立专门的质检小组，严厉质检程序，奖罚分明，质量不合格者必须返工。7.3.2做好超前地质预报工作，以指导施工。7.3.3超前支护严格按照设计及规范规定施工。必要时可提高超前支护参数。7.3.4开挖按光面爆破施工，严格控制进尺，并将超挖控制在规范允许范围之内。7.3.5喷锚支护应严格按规范规定控制施工。7.3.6加强监控测量，及时反馈信息，提高应变能力。8 安全措施8.1开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识并编制安全风险管理实行方案，并制定相应的应急预案。8.2施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专业施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行铁路工程施工安全技术规程（TB10401）。8.3施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格以后方能上岗。在推广技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；8.4进洞人员必须戴好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。严禁无关人员进洞；8.5开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；8.6爆破后检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；8.7开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时解决；8.8开挖工作面与衬砌的距离必须在保证安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定；8.9开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全9 环保措施9.1做到临时施工场地布置优化,加强临时防护,施工结束后及时进行迹地清理、土地平整，并复耕或恢复植被，要做好施工便道路基排水防护，加强施工过程中的临时防护措施，施工结束后及时迹地整治和道路两侧绿化措施。9.2施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则，各种施工废油、废液集中储积，集中解决，严禁乱流乱淌，防止污染水源，破坏环境。施工作业产生的污水必须通过沉淀池沉淀，并经净化解决，符合规定后排放。食堂的废水解决应设立隔油池，定期清理油污，污水通过必要的解决后排入污水管道，施工、生活污水严禁排入农田和水源。9.3隧道弃砟要堆放在固定的位置，在施工完毕后，在隧道弃砟场表面值土，然后对隧道弃砟场进行植被；隧道弃砟中不得具有有毒有害物质，避免雨水冲刷后对地表、地下水导致污染。10 经济效益分析隧道CRD法施工的重要目的为隧道施工的风险降到最低，避免隧道塌方事故，加快隧道施工进度。按照高速铁路的断面规定，按照规范施工规定，铁路隧道杜绝塌方，如隧道每塌方1方，导致经济损失为5001000元，若为大面积塌方，则导致直接经济损失为塌方量800元/方，而按照高速铁路最近塌方事故的解决结果，导致的间接经济损失不可估量。11 工程应用实例中交一公局南钦铁路项目中有6条双线隧道，设计中均有为软弱围岩，且浅埋、偏压。本项目2023年10月进场，进行隧道施工，在实际施工当中，应用CRD法进行施工，未导致一起隧道塌方事故，进而无事故解决，截止到2023年10月，有2条隧道顺利贯通，2条隧道即将贯通，隧道施工检查合格率高，受到南宁铁路局领导的一致认可，并在信用评价中成绩优秀、名列前茅。