方立风
山西铁诚工程监理有限公司山西省032700
摘要：松散软弱岩层中开凿隧道等地下工程时,施工难度比较大,当隧道从铁路路基下面穿过时,由于埋深浅、极易受地面火车运行而形成的不均匀动荷载的影响,施工难度则更大。合理选择施工方案、施工工艺方法,加强隧道及地面的变形监测,对既能按时完成工程任务,又保证其上部设备及结构的安全,具有极其重要的作用。
关键词：既有路基下隧道施工;软岩隧道；CRD法
一、CRD法原理
CRD法又叫中隔壁法,即在隧道断面中部设置中隔墙,将断面分块,达到降低开挖跨度和开挖高度的效果,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。
二、工程概况
隧道为某二线控制工程,隧道全长4010m,为黄土质双线电气化铁路隧道。出洞口DK1672+600-DK1672+794段194m,下穿既有陇海铁路路基及浅埋段。隧道与既有线呈890交叉,交叉里程为DK1672+737.19,既有线线路位于R=350m圆曲线上,路基面至隧道外拱顶高度约25m,其中路基填土高15m,原地面覆土厚度约10m,既有线右侧边坡坡脚至洞口长29m,左侧边坡坡脚下为一自然低洼段,长35m,隧顶覆土厚度仅为6-8m。洞口段隧道穿越第四系冲积砂质黄土,黏质黄土,浅黄色,土质均匀,具孔隙,半干硬至硬塑,有自重湿陷性,为Q4al3新黄土,属Ⅰ级围岩,含水量20.6%-24.1%。
三、施工方案论证
1.工程施工特点和难点。(1)既有线交通量大,动荷载大。既有陇海铁路为我国铁路运输的大动脉,每天有37对列车通过,为不均匀动荷载。隧道施工之时正值全路第2次列车全面提速,列车慢行限速不得低于45km/h,既有线路位于R=350m的圆曲线上,对既有轨道加固困难,线路有较大的沉降或坍塌就会酿成中断行车重大事故,施工危险性大。(2)地质条件差。隧道穿过第四系冲击砂质黄土,黏质黄土,具有自重湿陷性且含水量达到24%,呈半干硬至硬塑状,自稳能力差。(3)结构浅埋。隧顶原地层厚度仅为6-8m,由于覆盖层薄,隧道上方的土体很难形成自承体系,如果对隧道变形控制不当,围岩会很快松弛,容易导致直达地表面的塌陷。(4)跨度大、结构扁平、受力条件差。隧道净宽9.86m,开挖跨度达12.60m,结构矢跨比为0.5。洞体扁平,受力条件差。
2.CRD法有限元模拟分析论证。将隧道中的DK1672+737.17(选择交叉点断面)断面用平面单元进行有限元网格划分,共划分为2546个平面单元,2636个节点,上边界为自由边取自地表,另三边为约束边,约束边至洞中心距为隧道开挖洞径的5倍。两侧受水平约束,底边受竖向约束。隧道岩体物理力学参数由地质资料提供,材料力学参数按规范和试验确定。计算分析表明:(1)底脚和侧壁处产生应力集中,产生较大松弛底压,底脚和侧壁松弛范围均较大,要求底脚有较大的承载力;(2)设置仰拱后,底脚处的塑性区范围变小,因此,要求仰拱超前早形成封闭结构,对提高底部承载力,稳定整个隧道结构具有重要作用;采用其他施工方法,仰拱难以超前施工,不能及早封闭成环,难以控制沉降量;(3)在以上计算条件下,CRD法支护结构各截面能满足要求,并有较大的安全储备。因此,洞口段采用CRD法施工是合理的。
四、CRD法施工技术
1.工艺原理。在软弱围岩并且有动荷载的浅埋大跨度隧道中,确保施工安全与上部结构设备的稳定,关键在于支护结构的迅速成环。CRD法施工,即在隧道断面中部设置中隔墙,将断面分块,达到降低开挖跨度和开挖高度的效果,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(图1);同时在施工中,加强监控量测,依靠量测数据进行支护与施工。
图1CRD法施工断面(单位:cm)
2.施工工艺。(1)开挖及支护台阶分部断面(图2)。
图2CRD法开挖及支护台阶分部断面
(2)CRD法施工工艺流程为:边、仰坡加固,施工准备→小导管加工制作,超前小导管钻孔插管、注浆,监控量测→1部位开挖,进尺0..7m→初喷混凝土5cm封闭工作面→安置系统自钻式锚杆→架立拱部中壁临时仰拱钢架→挂网锚固喷射混凝土封闭成环→3→5→7→9→11部位开挖,进尺0..7m→施作仰拱混凝土6~8m→一次拆除中隔墙6m,监控量测→挂防水板→模筑钢筋混凝土衬砌。(3)CRD法支护工艺要求。①洞外地表预加固在浅埋段穿越既有线段设置地表砂浆锚杆预加固,主要设计参数为锚杆直径Ф25mm,长6m,间距1.0m,按梅花形布置,地表清理后,挂Ф6钢筋网,喷C20混凝土20cm厚。②超前支护，使用超前导管注浆防护。小导管采用Ф42mm,L=4.0m热轧钢管,管上钻Ф5mm梅花形注浆孔,小导管布于隧道拱部,间距0.3m,外插角5。~10。。每3档钢架打设1次,插管前先用大功率干煤电钻成孔,高压风吹孔,工作面喷混凝土封闭后,注1：1水泥浆。③小分块、早成环、环套环，a，1部、5部开挖及支护成环，人工开挖1部,手推车运输弃碴至下台,进尺0.7m与设计钢架间距相同。初喷1部混凝土3-5cm,并对工作面进行封闭。设置系统自钻式锚杆(L=3m),安装1部钢筋网。架立1部拱部、中壁及临时仰拱型钢钢架。为确保钢架整体受力并防止拱架下沉,在施工时采用纵向连接筋(Ф25mm,环间距0.8m),将每榀钢架连成一体。挂网、喷混凝土,1部初期支护成环。人工开挖5部,保证同台阶左、右作业面间距不大于2-3m,其支护成环工艺同1部。5部拱脚用工字钢顶撑,形成第一层临时封闭环。B.3部、7部开挖及支护成环，采用人工开挖,手推车运输弃碴至下台,进尺与设计钢架间距相同,并保证同台阶左右作业面间距2-3m,上下台阶工作面间距3-5m。其支护成环工艺同1部、5部。C，9部、11部开挖及支护成环，装载机铲斗开挖9部、11部,人工修边至设计断面,自卸汽车运输弃碴。同台阶左右作业面间距2-3m,与上台阶工作面间距3-5m。在施工时对设计仰拱外扩20cm,设置型钢仰拱,隧底打入长2.0mGMR32N锚杆,间距1.0mx1.0m。挂双层钢筋网片,喷20cm厚C20混凝土,至此隧道初期支护全部完成。④仰拱及填充,全断面初期支护完成6-15m后,一次性施作仰拱混凝土6-8m。⑤二次衬砌,隧道断面属扁平结构,矢跨比只有0.5左右。针对衬砌施工时,拆除中隔墙受力状态发生变化情况,通过监测数据分析确定每次拆除中隔墙4-6m。衬砌施工首先检查隧道断面尺寸,接着架设二次衬砌的边墙拱部钢筋骨架,人工立模(组合模板工字钢拱架)。混凝土集中拌制,搅拌车输送,泵送入模。环缝均设止水带并按防水施工规范要求严格施工。
在具有不均匀动荷载的软弱围岩中修建浅埋大跨度隧道,保证其上部设备及结构的安全,是隧道施工中的一大难题。
参考文献：
[1]张旭辉。浅谈既有铁路路基下软岩隧道的CRD法施工技术.2016.
[2]王学峰.李明，探讨既有铁路路基下软岩隧道的CRD法施工技术.2017.