CRD工法在客运专线隧道建设中的应用与思考

万俊峰

(中铁隧道集团有限公司，河南洛阳 471009)

在软弱破碎围岩、洞口及浅埋段以及有严格控制结构变形要求的隧道施工中，CRD工法是优先采取的施工工法，又名“中隔壁法”。是将大断面的隧道结构划分成多个相对独立的小断面洞室，每个小断面洞室单独依次开挖支护，并独立封闭成环，最后通过主体支护结构铰接而形成整个大断面隧道的支护结构体系。该方法以地层预加固(处理)为前提，以锚、网、喷和型钢拱架支护为基础，充分发挥加固后的地层与初期支护体系共同受力，承受外部荷载，以监控量测手段指导施工，控制初支结构的拱顶沉降和收敛变形，确保开挖洞室的安全。此方法具有开挖断面小，封闭及时，能够有效控制围岩变形，利于围岩稳定，相对比较安全的优点。

但CRD工法各部施工相互干扰很大，在工期要求较紧的情况下，很难取得满意的施工进度；由于断面小，短距离施工可以使用部分小型机具，但机械工作效率较低；长距离施工则完全依赖人工作业，工序转换复杂，施工进度缓慢。

1 工程概况

1.1 隧道工程地质和水文地质特征

武广铁路客运专线XXTJⅣ标段天鹅岭隧道洞口DK1850+320～DK1850+445段隧道埋深2～15 m，属于浅埋、超浅埋隧道，碳质页岩地质，开挖后围岩几无自稳能力，极易剥落、坍塌、片帮，支护不及时则易发展成为较大规模的冒顶塌方事故；由于在雨季施工，该地段受大气降雨补给，洞内地下水较为丰富，对混凝土有弱侵蚀性；碳质页岩遇水迅速软化，呈流塑状，对隧道施工地质条件产生严重的破坏作用。

1.2 隧道设计情况

(1)断面形式

为单心圆弧形隧道，围岩类别判定为Ⅴ级，其开挖半径为7.68 m(含施工误差5 cm，预留沉降量暂定为20 cm)，隧道全宽为15.36 m，开挖高度为12.99 m，隧道最大开挖断面为166.5 m2；建成后隧道净宽13.4 m，净高9.13 m。

(2)结构形式

超前支护：洞口设一组φ108大管棚，覆盖拱顶140°范围，环向间距40 cm，外插角1°～3°，布设50根，管棚长40 m，丝扣连接，管内安设钢筋笼；洞身设φ42小导管配合钢架使用，覆盖拱顶140°范围，长3.5～4.2 m，环向间距40 cm，尽量控制外插角度，不大于10°，每环打设48根，纵向搭接长度不小于1 m；超前管棚及小导管均压注1∶1水泥浆。

初期支护：为锚杆、钢筋网、型钢拱架和喷混凝土联合支护体系。拱部采用φ25中空注浆锚杆，边墙部位采用φ22砂浆锚杆，长4.0 m，间距0.8 m×1.0 m(环向×纵向)；拱墙均铺设φ8钢筋网，网格间距20 cm×20 cm；拱墙和仰拱全环架立Ⅰ20a型钢拱架，间距0.6 m，钢架单元间钢板夹橡胶垫板螺栓连接，拱架间φ22钢筋纵向交叉连接，间距1.0 m。喷掺改性聚酯纤维C25混凝土，厚28 cm。

二次衬砌：边墙、拱部和仰拱浇筑C35防水钢筋混凝土，防水等级P8～P12；C25混凝土仰拱填充。

2 施工方法

2.1 开挖施工方法和步骤

隧道上层1、3部开挖主要采用人工手持风镐进行，人力手推车运碴，自1、3部临时仰拱开孔处向2、4部弃碴；中下层(2、4、5、6部)主要采用人工配合小型挖掘机进行开挖，小型翻斗车出碴。开挖及支护主要施工步骤如下。

(1)1部开挖前，在拱顶设计范围内打设超前小导管(中隔墙范围亦需布设)并注浆，完成后人工手持风镐开挖，人力手推车运碴，断面开挖成型后及时进行Ⅶ部初期支护施工：初喷、布设系统锚杆并注浆、挂网、架立钢架(含临时仰拱和中隔墙支护)，并向中隔墙(3部未开挖岩体)打设临时锚杆；同时在两侧拱脚处布设锁脚锚杆，喷混凝土至设计厚度，循环进尺0.6 m。

(2)1部开挖3 m后，方可进行中层2部开挖及Ⅷ部初期支护作业(含临时仰拱和中隔墙支护)，施工方法同1部。

(3)2部施工超前3～5 m后，方可进行另一侧3部开挖及Ⅸ部初期支护作业，施工方法同1部；需拆除1部打设的临时锚杆。

(4)3部开挖3 m后，方可进行中层4部开挖及Ⅹ部初期支护作业，施工方法同2部；需拆除2部打设的临时锚杆。

(5)4部施工超前3～5 m后，方可进行下层5部落底开挖及Ⅺ部仰拱初期支护作业，施工方法同上；此部位系统锚杆为砂浆锚杆。

(6)5部施工超前3 m后，方可进行另一侧6部落底开挖及Ⅻ部仰拱初期支护封闭作业，施工方法同5部。

开挖支护施工顺序见图1、图2。

2.2 后步工序

隧道全断面开挖成型后，应及时分段进行仰拱和填充层混凝土施工，而后可逐步拆除临时仰拱和隔墙，再进行拱墙模筑混凝土浇筑。浇筑仰拱时若不能拆除临时支撑，可逐段凿除隔墙底部混凝土，便于仰拱钢筋穿过，并在填充层上预留中心水沟位置。

图1 CRD工法工序横断面示意

图2 CRD工法工序纵断面示意

3 资源合理化配置及进度分析

合理的施工资源配置能提高隧道开挖支护的功效，加快工程进度，快速穿越软弱破碎围岩段，为紧张的施工工期提供必要的保障条件。同时节省相关的人力、机具、材料消耗，缩短施工期降低直接工程成本和管理费用，取得良好的经济效益。

3.1 劳动力资源配置

CRD工法各部位施工人员配备情况见表1。

3.2 机械机具配置

根据作业面大小，选择适用的施工机械，合理搭配，尽可能发挥施工机械的效率优势，减少作业工人劳动强度，为快速施工创造条件，隧道开挖支护配备的施工机械资源见表2。

表1 劳动力资源配备

注：不含构件加工人员。

表2 开挖支护主要设备一览表

注：供风与通风设备为隧道施工正常配置，洞外运输设备同隧道主体。

3.3 施工进度

(1)分部循环时间统计

施工中各分部作业内容和工程量大致相同，循环时间亦相差不大，每循环时间基本可以控制在12 h以内，其各工序消耗时间分布情况见图3。

图3 各工序消耗时间分布情况

(2)工程进度

对于人工作业的隧道，出碴不单独占用循环时间，随开挖随出碴，此工序消耗的时间最长，是影响施工进度的关键因素。由于地质条件和施工方法的限制，无法发挥机械作业的优势，在正常的情况下，每个作业面日进尺在1.2 m左右，月进度多于30 m，在下层(5、6部)无法及时开展施工时，每月开挖支护折合全隧只有24 m延长米的施工进度，这对于独头掘进的长大隧道的施工工期影响是严重的。对于围岩相对较为稳定，人工开挖难度较大时，可尝试局部浅孔微差松动爆破，以缩短开挖出碴时间，谋取较快的施工速度。

4 几点体会

4.1 开挖断面尺寸选择

作为先期开挖的上层1、3部，封闭成环的结构起到了超前探测、稳定围岩、安全防护的作用，其开挖断面选择为：高度为4.1 m，宽度约为6 m，高跨比约为0.67；中层2、4部高度4.0 m，余下为下层5、6部开挖高度；确定断面尺寸应遵循的原则是：

①选择合适的高跨比和矢跨比，使隧道趋于圆弧状，受力状态合理，减少因受力复杂或受力不合理引起的变形、坍塌等事故。

②选择合适的作业面大小，以便于加快施工进度，缩短循环时间，减少围岩暴露时间，尽快形成封闭的支护结构。

③尽量提供满足机械作业的基本空间要求，发挥机械施工的效率，降低劳动强度，为快速施工创造条件。

④合理均衡分配各分部结构断面尺寸，减小后续部位施工难度，同时便于工序转换。

4.2 施工中注意的细节

(1)分部施工中各分部主体支护结构间铰接质量是隧道初期支护结构质量的保障。

(2)临时仰拱和中隔墙支护在分部施工过程中起到了初期支护的作用，其施工质量必须得到保证。

(3)左右分部临时仰拱和上下层中隔墙钢拱架脚板连接时，其弧形拱架轴心对应保持一致，以增强结构整体受力效果。

(4)有施工机械作业的部位，在临时仰拱喷射混凝土完成后，要及时采用钢板等材料铺设覆盖，避免机械碾压破坏，或统一浇筑混凝土层加以保护。

(5)隧底开挖施工要控制超挖，及早封闭，杜绝地下水浸泡基底围岩；如有浸泡扰动，则必须加以清除，并回填混凝土。

(6)注重锁脚锚管的作用，施工时可在管内插入钢筋，压浆饱满。

(7)保证钢架连接钢筋焊接质量，增强初支结构整体受力效果。

(8)尽可能采用较长的超前支护和必要的工作面稳定措施，以降低开挖后纵向破裂面对洞室稳定的影响。

4.3 地下水防治

由于碳质页岩遇水流塑软化的特性，地下水的防治效果直接关系结构稳定，可以从以下几个方面加以整治：

①超前支护注浆尽可能压注水泥-水玻璃双液浆，加大浆液扩散半径，控制浆液凝固时间，减少对碳质页岩水化影响；

②对于开挖过后洞身有渗漏水地段，须进行径向围岩注浆堵水；对于渗漏下来的水，防止任意流淌而浸泡围岩，要采取措施及时引导排出洞外；

③对于隧道底部出水或底板软弱地段，需按软弱基底进行治理：浅层部分以清除后换填为主，深层部位则须采取注浆、粉喷桩或其他基底加固措施加以治理。

4.4 临时支撑拆除

(1)拆除临时支撑的条件

①隧道全断面开挖支护施工完成，并确认利用临时支护结构作为支撑条件进行围岩加固、注浆等施工的其他工作内容亦完成。

②完成需要拆除临时支撑范围内的仰拱和填充混凝土浇筑，并达到设计强度。

③阶段时间内由监控量测结果判定：结构稳定、基本无变形或无变形发展趋势。

④二次衬砌的需要。

(2)临时支撑拆除顺序

①拆除作业便于安全控制。

②拆除时随时进行监控量测，出现明显变形必须恢复支撑时，便于临时支撑的恢复。鉴于此，本段隧道临时支撑拆除顺序为：首先自上而下按①～②的顺序拆除上中层中隔墙支撑，而后由上而下按③～④～⑤～⑥的顺序拆除临时仰拱，最后拆除下层中隔墙⑦。拆除①、②段中隔墙时，切割点可选择在临时仰拱上缘，凿除喷射混凝土后，跳段拆除。具体步骤见图4。

图4 临时支撑拆除步骤

4.5 施工期监控量测

(1)隧道在分部施工过程中，针对每一个独立的工作面均需进行单独的监控量测和数据分析。

(2)临时支撑拆除过程中和拆除后短期内需加大频率对隧道洞身断面进行监控，及时发现结构变化，及时分析反馈，出现异常情况及时采取措施，确保结构安全，其监控断面设置。

(3)在软弱围岩中分部开挖施工，通过监控量测调整支护参数，以增强结构的强度和刚度，避免拆除临时支护时产生过大的变形。

5 结束语

CRD工法是把整个断面划分成多个相对独立、封闭成环的小断面进行分部开挖的施工方法，借助临时支护把主体支护结构通过铰接而形成稳定的整个大断面隧道支护结构受力体系。在整个施工过程中，通过大量的量测数据分析及时反馈指导施工，针对地下水的防治、临时支护的拆除等技术，成功地解决了大跨软弱围岩地质进行隧道建设的难题，在确保安全的前提下，使各工序变得有序可控，安全通过了软弱破碎围岩、洞口浅埋偏压段。

[1] TZ214—2005 客运专线铁路隧道工程施工技术指南[S]

[2] 王建宇.隧道工程的技术进步[M].北京:中国铁道出版社，2004

[3] 铁道部工程设计鉴定中心.高速铁路隧道[M].北京:中国铁道出版社，2006

[4] 铁建设[2005]160号 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准[S]

[5] 汪纲领.新大瑶山隧道[M].徐州：中国矿业大学出版社,2005