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隧道CRD法施工技术的应用

1.工程概况

新建宜河高速公路第4合同段都甘隧道位于德胜镇境内都甘村附近,全长1217m。里程:左线ZK43+928~ZK44+513,右线K43+930~K44+562。隧道左线ZK44+158~+289、右线K43+165~+293段共259米为Ⅴ级围岩,隧道穿越地层围岩岩性以三叠系砂质板岩及变质砂岩为主,弱风化,强卸荷,结构面发育,以层理为主,面多张开,走向与洞向夹角35~40°,垂直及水平埋深。诶矸⒂,围岩破碎,裂隙水发育,围岩稳定性差,为确保施工的安全,确保隧道二次衬砌的质量,该类围岩地段隧道开挖按CRD法施工。

2.CRD工法的特点

CRD工法又名“交叉中隔壁工法”。该方法以地层预加固为前提,以锚、网喷支护为基。浞址⒒蛹庸毯蟮牡夭阌氤跗谥Щぬ逑倒餐芰,承受外部荷载,以监控量测手段指导施工,控制初期支护结构的拱顶沉降和收敛,确保开挖洞室的安全。该工点具有以下特点:

CRD法充分利用了中隔壁和临时仰拱的支撑作用,并辅以超前注浆小导管超前支护、挂网和钢架喷砼等支护手段,由于CRD工法在掘进时对隧道围岩扰动。岣吡舜蠖厦嫠淼揽诘陌踩。且该工法具有结构简单,施工安全可靠,构件拆装方便、灵活,经济效益显著。

该工法采用的支护系统与围岩形成一个整体,能很好的适应围岩不同状况的变化,充分发挥了围岩的自稳性,提高了隧道施工的安全性。

建立围岩支护结构监控量测系统,随时掌握施工过程中的动态变化,应用监控量测等信息化管理方法指导施工,合理安排,调整施工工艺和修改设计参数,使整个施工过程处于受控状态。

3.CRD工法施工方法及施工步骤

CRD工法遵循“小分块、短台阶、多循环、快封闭”的施工原则,自上而下步步为营,分块成环,随挖随撑,及时做好初期支护。并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛已经稳定后,自下而上拆除初期支护结构中的临时中隔壁墙及临时仰拱,再施做外包防水层,施作二次衬砌结构。

CRD法施工分四部开挖支护,施工过程中加强对拱脚处理,每侧拱脚均设2根锁脚锚杆,采用φ42钢管,长度4.5m。隧道施工中严格控制临时支撑每次拆除长度,并根据现场监测情况进行适当调整;隧道初期支护及二次衬砌背后均回填注浆,注浆管预埋,注浆压力要控制适当;施工中必须根据监控量测及施工观测等反馈信息及时调整参数及施工方法,并及时闭合仰拱,以减少其临空时间,确保施工安全及控制地面沉降。

施工中严格控制开挖进尺,避免冒进。用多台激光指向仪控制开挖中线及水平,确保开挖断面圆顺,开挖轮廓线充分考虑施工误差、预留变形和超挖等因素的影响。

开挖过程中加强监控量测,当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或出现突变时,应及时采取加固措施或改变施工方法和支护参数。

开挖轮廓经尺寸检查满足设计要求,即开始初喷砼,并在拱部范围内施做拱部砂浆锚杆。满铺钢筋网片要铺设平顺,经检查符合要求后,即进行喷射混凝土封闭。喷射时由拱脚自下而上进行,保证混砼喷射密实,不留空洞。

3.1CRD法施工工序图

第一步:右上断面开挖支护

第二步:右下断面开挖支护

第三步:左上断面开挖支护

第四步:左下断面开挖支护

第五步:隧道仰拱二次衬砌及底板回填层施工

第六步:隧道拱墙二次衬砌施工

3.2CRD法纵向施工工序断面图

隧道CRD法施工工序纵断面图

4.监控量测及超前地质预报

4.1监控量测

施工中加强监控量测对准确判定围岩的安全状态、合理确定二次衬砌的施作时机非常重要。同时通过监测数据的反馈分析,可验证施工设计的科学性和合理性,以及施工方法、支护方案的可行性,以便及时、准确地调整支护参数,修正施工方法及施工程序,确保施工安全。

隧道监控量测的项目及内容为围岩和支护状态观察、浅埋段地表下沉、周边位移、拱顶下沉。

1)洞内观察:开挖面观察内容:岩层种类和分布情况,岩层强度、风化和变质情况;节理裂隙发育程度和方向性、填充物的性态;断层的位置、走向和破碎程度;开挖面稳定状态,拱部有无围岩剥落和坍塌现象;涌水位置、涌水量、涌水压力和水质。已施工地段观察内容:有无锚杆拉断,托板松动或陷入围岩的现象;喷射砼是否产生裂缝、剥离和剪切破坏;钢架变形、压屈位置和状态,钢架与喷射砼粘结情况;二次衬砌变形、开裂和破坏情况;漏水大小和范围;有无底鼓现象。

2)地表观察内容:在浅埋或洞口附近施工时,对地表下沉、开裂、滑移、边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透、地表建筑物安全状况进行观察。

3)净空变形量测:根据变形值、变形速度、变形收敛情况等用以判断围岩稳定性、初期支护设计和施工方法的合理性、模筑二次衬砌时间。

4)测点布置:初期支护施作后,用风钻凿φ40mm、深200mm的孔,用1:1砂浆填满再插入测点固定杆,尽量使同一基线的两测点固定在同一水平线上,待砂浆固后即可进行量测工作。

5)量测方法:采用SL-2型收敛计监测。在施工过程中,Ⅳ、Ⅴ级围岩地段设置3条基线。基线在横断面上的布置见下图。

6)拱顶下沉量测:监测拱顶的绝对下沉值,掌握断面变化情况,判断拱顶的稳定性。拱顶下沉量测测点和地表下沉量测断面应在相应里程处,即每10m布设一个量测断面。隧底隆起观测点布设在仰拱中心,与拱顶下沉观测点在同一量测断面上。测点用风钻打眼埋设好固定杆,并在外露杆头设挂钩。测点大小适中,若测点过小测量时不容易找到,若测点过大爆破时容易损害。支护结构施工时要注意保护观测点,一旦发现测点被埋或损毁,要尽快重新设置,保证量测数据不中断。

拱顶下沉量测测点,一般布置在拱中和两侧拱腰,每断面布置三点,当受通风管限制或遇到其它障碍时,可适当移动位置。

测量方法:采用精密水准仪、挂钩式钢尺配合测量拱顶下沉,精度可达1~2mm,量测时用一把2~6m长的挂钩式钢尺挂上即可。

地表下沉量测:判断隧道开挖对地表产生的影响及防止沉陷措施的效果。隧道浅埋地段地表下沉的量测测点尽量设在隧道中线上,并与拱顶下沉测点设在同一断面上。为准确掌握地表沉降范围,在与隧道中线垂直的横断面上左右各25m范围内布置测点,间距一般为5m,每个断面11个测点。

7)量测数量的处理与反馈

及时对现场量测数据绘制时间—位移曲线和空间关系曲线。当位移-时间曲线趋于平缓时,进行数据处理、回归分析,推算最终位移和掌握位移变化规律;当位移-时间曲线出现反弯点时,表明围岩和支护已呈不稳定状态,此时增加量测频率、密切监视围岩动态,并加强支护,必要时暂停开挖。

4.2地质预报

1)隧道开挖面地质素描法

地质预报人员对隧道开挖面的地质状况作如实的调查和编录,采集必要的数据,具体包括:开挖面地层、岩性、节理发育程度、受构造影响程度、围岩稳定状态等进行编录。

2)TSP203超前地质预报

采用TSP203隧道地质超前预报系统,预测掌子面前方100m至200m范围不良地质,包括断层、特殊软岩、溶洞、暗河和岩溶陷落柱,通过专用数据处理软件进行处理,从而准确预报掌子面前方及周围区域的地质情况。

测量时在隧道边墙上布置爆破孔和接收器孔,将传感器套管借助风钻安置在接收孔中。隧道每开挖100m预报一次,预报作业安排在交接班期间完成,每次预报时间不超过2小时。安装接收器,然后逐孔爆破,同时接收地震波信号。为保证预报准确,采集数据时隧道掌子面停止作业。

根据地质条件的变化,对测量布置进行相应调整,增减传感器数量,增强或减弱激发信号等。预报作业完成之后立即在施工现场对测量数据进行分析处理,及时迅速提供下一步隧道施工所需要的有关决策信息,初步的评价结果在预报完成后8小时之内给出。预报结果以图形和表格的方式直观显示隧道施工前方和四周一定范围内的重大不良地质和不连续界面的位置。

5.一点体会及注意事项

1)施工中要按设计及规范要求开展监控量测工作,及时整理分析量测结果,反馈相关信息,及时调整支护参数指导施工,确保施工及结构安全。

2)因CRD工法将隧道断面分成四个小部分进行施工,使得作业面非常狭。┕ば枳橹檬┕ぐ才,确保人员机具的安全。

3)在各钢架连接处设置锁脚锚杆,以确保钢架支撑稳固。中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响,通过围岩监控量测进行确定。

参考文献

[1]宋秀清、刘杰.隧道施工[M].北京:人民交通出版社,2009。

[2]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社,2010。

[3]况世华.隧道工程技术[M].北京:高等教育出版社,2009。

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