论文部分内容阅读
摘要：结合宝兰客运专线魏家嘴隧道工程实例，介绍大跨度浅埋隧道采用CRD“六步法”的具体施工步骤，“分步开挖，化整为零，各自封闭成环”的原则，是合理可行的。施工后地表沉降最大仅为64mm，能最大限度地确保隧道施工安全隐患的发生。
关键词： CRD法；大管棚；小导管；施工工艺；大跨度
引言
新建铁路宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道全长2849.832（双线），设计采用三台阶临时仰拱法、三台阶横撑法、三台阶法、双侧壁导坑法施工。隧道衬砌结构类型有Ⅴe、Ⅴb、Ⅳb、Ⅴxc-Ⅱ四种类型。设计开挖断面有151.59m2、143.48m2、138.06m2、158.37m2，结构形式复杂，断面变化多达4种，断面变化点有22处，断面开挖最大高度12.88m，最大宽度15.02m。
1.预加固施工
开挖前对围岩采取了预支护等辅助施工措施，一般地段在隧道拱部144°范围内采用单层/双层小导管注浆加固，洞口段采用管棚+小导管注浆，从而确保了隧道掘进的施工安全。
1.1小导管注浆超前预加固参数：
小导管为热轧无缝钢管，外径42mm，壁厚3.5mm，长度4.0m/3.5m/5.0m，制成钢花管。环向间距为50cm/40cm/30cm，纵向间距为3.0m/2.4m/3.0m一环。施工时超前小导管紧靠开挖面的钢架为支点打入，然后注浆，形成超前支护环后进行开挖，每开挖100cm/60cm后立即架立钢架，喷锚支护。小导管搭接长度不小于1m，外插角采用10°～15°。注浆浆液：一般地段采用425号普通硅酸盐水泥浆液，水灰比为1，浆液里添加1～2%的氯化钙，浆压力0.5～1.5MPa。
1.2超前注浆小导管施工工艺
超前小导管注浆加钢支撑是隧道施工辅助稳定开挖的一种方法，简称小管棚施工工艺。在隧道开挖前或开挖中采用该辅助施工方法与稳定措施，以加强隧道围岩稳定。较大管棚施工，具有相对简单便捷，经济实效的特点。因此，目前隧道进出口Ⅴ级围岩浅埋段及隧道洞身Ⅴ级围岩深埋段一般普遍采用超前小导管注浆加钢支撑辅助开挖的施工工艺。
根据地质条件及围岩特性，注浆材料一般分为两类：第一类为注水泥浆单液浆；第二类为注水泥浆和水玻璃双液浆。
1.3超前小导管注浆的主要作用：
（1）浆液通过超前压注到岩体裂隙中经过物理化学作用，即能将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前预支护作用，为隧道开挖施工安全提供保障和增强围岩的整体稳定性；
（2）浆液填充岩（土）体的空隙，凝结固化后，阻隔了地下水向坑道的渗入，起到了堵水防水作用。在地质条件，施工操作工艺基本相同的情况下验证，注双液浆的效果明显优于单液浆，经测定水泥浆单液浆的固结时间一般为8h；水泥水玻璃双液浆的固结时间一般为4h。
1.4管棚+小导管注浆预加固参数：
管棚为热压无缝钢管，外径108mm，壁厚6mm，长度30m，每节钢管两端均预加工成外丝扣，以便连接接头钢管，每节钢管长4～6m，钢管及钢花管同一截面内的接头数不超过管数的50%；环向间距40cm；钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留长度不小于1m不钻孔的止浆段；外插角：00～10；注浆材料：水泥单液浆。
小导管为热轧无缝钢管，外径42mm，壁厚3.5mm，长度3.5m，制成钢花管。环向间距为40cm，纵向间距为2.4m一环。施工时超前小导管紧靠开挖面的钢架为支点打入，然后注浆，形成超前支护环后进行开挖，每开挖60cm后立即架立钢架，喷锚支护。小导管搭接长度不小于1m，外插角采用10°～15°。注浆浆液：一般地段采用425号普通硅酸盐水泥浆液，水灰比为1，浆液里添加1～2%的氯化钙，浆压力0.5～1.5MPa。
2.CRD“六步法
魏家嘴隧道IIDK957+253～IIDK957+360段为洞口浅埋黄土段，地质情况为砂质黄土和粉质黏土。砂质黄土土质均一，颗粒以粉粒为主，土体松散，虫孔及针状孔隙发育；粉质黏土土质较均，多以黏粒为主，手搓具粘性，局部粉感强，局部有轻微异味。通过超前地质预报探测隧道洞身前方，及地下水位线分布情况，地下水位抬高，隧道将穿过地层分界处，及岩层风化分界处，该段围岩围岩地质含水率将增高，承载力降低，围岩自稳性更差，软塑性更强，属II类普通土。施工时，采用双层小导管注浆超前预加固，采用CRD“六步法”掘进初支。
正常CRD工法开挖分六部，每部开挖需距离3-5m，这样则纵向距离过长，单循环开挖长度则需15m左右，导致衬砌与开挖面距離过长、不能紧跟掌子面。施工中基本没有采用爆破。
大跨度暗挖隧道一般地段采用超前小导管注浆加固；洞室采用“CRD”工法，采用“分步开挖，化整为零，各自封闭成环”的原则。分步开挖、衬砌是合理可行的。施工实践表明，依据模拟计算所确定的施工参数进行施工，可使施工后地表沉降最大仅为24mm，能最大限度地降低隧道施工安全风险，有效地保证了隧道施工质量。
围岩材料的结构模式采用Druber-Pnagen（D-P）模型，隧道结构与地层在开挖过程中发生非线形变形特性。计算程序采用ANSYSV5.5版分析软件。计算中土体和隧道结构采用六面体8节点实体单元。根据计算结果分析得出：通过对各部开挖施工错开距离的模拟计算，在确定的错开距离范围内，可有效地将地表沉降控制在30mm以内；因仰拱二衬施工，需拆除中隔墙和横隔墙，通过计算，一次拆除最大长度不超过4.5m，否则会发生较大变形。
新奥法施工初喷混凝土厚度一般在35cm左右，基本与二次衬砌混凝土数量不相上下。提高混凝土湿喷工艺水平极其重要，不仅关系到施工进度，更重要的是关系到施工安全。常规的方法一次喷射混凝土厚度只能达到6cm；如掺入微量硅粉，一次喷射混凝土厚度可达10cm以上。
4.效益分析
宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道CRD法施工中，在确保安全和质量的前提下，提高了效率，保证了工期。在施工中通过加强超前地质预报和监控量测，不断优化施工方案，总结出比较完善的针对Ⅴ、Ⅵ级软弱围岩特殊地质隧道的CRD施工工法。各道工序紧密衔接，机械施工与人工施工配合推进，节约了成本，取得较好的经济效益。
在CRD法施工中，每一部皆成环，安全系数高，较CD法更有保障，较双侧壁导坑法施工进度快，再加上通过超前地质预报和监控量测数据反馈的信息，提前采取应急加固措施，攻破了技术含量高、施工难度大、工期紧的难关，不仅确保了总体工期，而且实现零伤亡事故目标，赢得了很好的社会口碑，树立了良好的施工信誉和形象。
5.结束语
宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道大跨度段进洞采用大管棚注浆超前加固，一般地段采用超前小导管注浆加固，洞内小导管注浆和掌子面封闭注浆超前预加固；洞室采用“CRD”工法，采用“分步开挖，化整为零，各自封闭成环”的原则。分步开挖、紧跟施工二次衬砌是合理可行的。施工实践表明，大跨度段通过CRD法施工，使施工后沉降最大仅为：15mm，能最大限度地降低隧道施工对周边环境的影响，有效地保证了隧道施工安全。
参考文献：
[1] TZ 204-2008铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2008：23-140.
[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[m].北京.人民交通出版社.2003.
[3]李新皇.大窝山隧道超前注浆小导管施工技术[J].山西建筑.2008（27）.
关键词： CRD法；大管棚；小导管；施工工艺；大跨度
引言
新建铁路宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道全长2849.832（双线），设计采用三台阶临时仰拱法、三台阶横撑法、三台阶法、双侧壁导坑法施工。隧道衬砌结构类型有Ⅴe、Ⅴb、Ⅳb、Ⅴxc-Ⅱ四种类型。设计开挖断面有151.59m2、143.48m2、138.06m2、158.37m2，结构形式复杂，断面变化多达4种，断面变化点有22处，断面开挖最大高度12.88m，最大宽度15.02m。
1.预加固施工
开挖前对围岩采取了预支护等辅助施工措施，一般地段在隧道拱部144°范围内采用单层/双层小导管注浆加固，洞口段采用管棚+小导管注浆，从而确保了隧道掘进的施工安全。
1.1小导管注浆超前预加固参数：
小导管为热轧无缝钢管，外径42mm，壁厚3.5mm，长度4.0m/3.5m/5.0m，制成钢花管。环向间距为50cm/40cm/30cm，纵向间距为3.0m/2.4m/3.0m一环。施工时超前小导管紧靠开挖面的钢架为支点打入，然后注浆，形成超前支护环后进行开挖，每开挖100cm/60cm后立即架立钢架，喷锚支护。小导管搭接长度不小于1m，外插角采用10°～15°。注浆浆液：一般地段采用425号普通硅酸盐水泥浆液，水灰比为1，浆液里添加1～2%的氯化钙，浆压力0.5～1.5MPa。
1.2超前注浆小导管施工工艺
超前小导管注浆加钢支撑是隧道施工辅助稳定开挖的一种方法，简称小管棚施工工艺。在隧道开挖前或开挖中采用该辅助施工方法与稳定措施，以加强隧道围岩稳定。较大管棚施工，具有相对简单便捷，经济实效的特点。因此，目前隧道进出口Ⅴ级围岩浅埋段及隧道洞身Ⅴ级围岩深埋段一般普遍采用超前小导管注浆加钢支撑辅助开挖的施工工艺。
根据地质条件及围岩特性，注浆材料一般分为两类：第一类为注水泥浆单液浆；第二类为注水泥浆和水玻璃双液浆。
1.3超前小导管注浆的主要作用：
（1）浆液通过超前压注到岩体裂隙中经过物理化学作用，即能将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前预支护作用，为隧道开挖施工安全提供保障和增强围岩的整体稳定性；
（2）浆液填充岩（土）体的空隙，凝结固化后，阻隔了地下水向坑道的渗入，起到了堵水防水作用。在地质条件，施工操作工艺基本相同的情况下验证，注双液浆的效果明显优于单液浆，经测定水泥浆单液浆的固结时间一般为8h；水泥水玻璃双液浆的固结时间一般为4h。
1.4管棚+小导管注浆预加固参数：
管棚为热压无缝钢管，外径108mm，壁厚6mm，长度30m，每节钢管两端均预加工成外丝扣，以便连接接头钢管，每节钢管长4～6m，钢管及钢花管同一截面内的接头数不超过管数的50%；环向间距40cm；钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留长度不小于1m不钻孔的止浆段；外插角：00～10；注浆材料：水泥单液浆。
小导管为热轧无缝钢管，外径42mm，壁厚3.5mm，长度3.5m，制成钢花管。环向间距为40cm，纵向间距为2.4m一环。施工时超前小导管紧靠开挖面的钢架为支点打入，然后注浆，形成超前支护环后进行开挖，每开挖60cm后立即架立钢架，喷锚支护。小导管搭接长度不小于1m，外插角采用10°～15°。注浆浆液：一般地段采用425号普通硅酸盐水泥浆液，水灰比为1，浆液里添加1～2%的氯化钙，浆压力0.5～1.5MPa。
2.CRD“六步法
魏家嘴隧道IIDK957+253～IIDK957+360段为洞口浅埋黄土段，地质情况为砂质黄土和粉质黏土。砂质黄土土质均一，颗粒以粉粒为主，土体松散，虫孔及针状孔隙发育；粉质黏土土质较均，多以黏粒为主，手搓具粘性，局部粉感强，局部有轻微异味。通过超前地质预报探测隧道洞身前方，及地下水位线分布情况，地下水位抬高，隧道将穿过地层分界处，及岩层风化分界处，该段围岩围岩地质含水率将增高，承载力降低，围岩自稳性更差，软塑性更强，属II类普通土。施工时，采用双层小导管注浆超前预加固，采用CRD“六步法”掘进初支。
正常CRD工法开挖分六部，每部开挖需距离3-5m，这样则纵向距离过长，单循环开挖长度则需15m左右，导致衬砌与开挖面距離过长、不能紧跟掌子面。施工中基本没有采用爆破。
大跨度暗挖隧道一般地段采用超前小导管注浆加固；洞室采用“CRD”工法，采用“分步开挖，化整为零，各自封闭成环”的原则。分步开挖、衬砌是合理可行的。施工实践表明，依据模拟计算所确定的施工参数进行施工，可使施工后地表沉降最大仅为24mm，能最大限度地降低隧道施工安全风险，有效地保证了隧道施工质量。
围岩材料的结构模式采用Druber-Pnagen（D-P）模型，隧道结构与地层在开挖过程中发生非线形变形特性。计算程序采用ANSYSV5.5版分析软件。计算中土体和隧道结构采用六面体8节点实体单元。根据计算结果分析得出：通过对各部开挖施工错开距离的模拟计算，在确定的错开距离范围内，可有效地将地表沉降控制在30mm以内；因仰拱二衬施工，需拆除中隔墙和横隔墙，通过计算，一次拆除最大长度不超过4.5m，否则会发生较大变形。
新奥法施工初喷混凝土厚度一般在35cm左右，基本与二次衬砌混凝土数量不相上下。提高混凝土湿喷工艺水平极其重要，不仅关系到施工进度，更重要的是关系到施工安全。常规的方法一次喷射混凝土厚度只能达到6cm；如掺入微量硅粉，一次喷射混凝土厚度可达10cm以上。
4.效益分析
宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道CRD法施工中，在确保安全和质量的前提下，提高了效率，保证了工期。在施工中通过加强超前地质预报和监控量测，不断优化施工方案，总结出比较完善的针对Ⅴ、Ⅵ级软弱围岩特殊地质隧道的CRD施工工法。各道工序紧密衔接，机械施工与人工施工配合推进，节约了成本，取得较好的经济效益。
在CRD法施工中，每一部皆成环，安全系数高，较CD法更有保障，较双侧壁导坑法施工进度快，再加上通过超前地质预报和监控量测数据反馈的信息，提前采取应急加固措施，攻破了技术含量高、施工难度大、工期紧的难关，不仅确保了总体工期，而且实现零伤亡事故目标，赢得了很好的社会口碑，树立了良好的施工信誉和形象。
5.结束语
宝鸡至兰州客运专线魏家嘴隧道大跨度段进洞采用大管棚注浆超前加固，一般地段采用超前小导管注浆加固，洞内小导管注浆和掌子面封闭注浆超前预加固；洞室采用“CRD”工法，采用“分步开挖，化整为零，各自封闭成环”的原则。分步开挖、紧跟施工二次衬砌是合理可行的。施工实践表明，大跨度段通过CRD法施工，使施工后沉降最大仅为：15mm，能最大限度地降低隧道施工对周边环境的影响，有效地保证了隧道施工安全。
参考文献：
[1] TZ 204-2008铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社，2008：23-140.
[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[m].北京.人民交通出版社.2003.
[3]李新皇.大窝山隧道超前注浆小导管施工技术[J].山西建筑.2008（27）.