砂质黄土大断面隧道CRD法施工技术

摘要：郑西客运专线函谷关隧道为大断面砂质黄土隧道，施工采用CRD法施工，施工过程中临时支护体系繁多，受力复杂。文章主要详细介绍了CRD法开挖支护以及临时支护拆除的各部步骤、步长关系及其变形特征，并介绍了CRD施工过程中施工要点。

关键词：大断面隧道  砂质黄土  CRD法施工

1、工程概况

函谷关隧道起讫里程DK270+429～DK278+280，隧道全长7851m。是国内最长的黄土隧道。隧道穿越第四系上更新统（Q3）砂质黄土及中更新统（Q2）黏质黄土。其中砂质黄土地段长3521m，结构疏松，具有中等～严重自重湿陷性，设计为V级围岩，采用CRD法施工。

1.1砂质黄土段地质情况

隧道V级围岩地段洞身主要穿过<2-2>、<2-3>砂质黄土层（Q3eol+al），隧道范围内发育多层粉细砂（Q3eol+al）,呈水平透镜状，厚度2～4m。分别位于隧道拱顶、拱腰、边墙部位。黄土结构疏松，具有中等～严重自重湿陷性。

<2-2>砂质黄土（Q3eol+al）：局部为黏质黄土，浅黄色，松散～稍密，稍湿～潮湿，大孔隙发育，含蜗牛壳化石，湿陷性轻微至中等，厚15～25m，属II级普通土。

  <2-3>砂质黄土（Q3eol+al）：局部为黏质黄土，浅黄、灰黄、黄褐色，松散～稍密，稍湿～潮湿，大孔隙发育，含蜗牛壳化石，属II级普通土。

<2-4-1>粉细砂（Q3eol+al）：褐黄、浅黄色，稍湿～潮湿，稍密～中密，呈透镜体状，厚0～4m，属I级松土。

表1黄土地层物理力学指标表

地层序号	时代	岩性	状态	承载力	天然快剪		天然密度	含水量	干密度	孔隙率
					凝聚力	内摩擦角
				KPa	KPa	φ	g/cm3	％	g/cm3	％
<2-2>	Q3eol+al	砂质黄土	稍密	150	20	26	1.58	8.7	1.44	45.7
<2-3>	Q3eol+al	砂质黄土	中密	190	27	27	1.74	10.8	1.55	41.1
<2-4-1>	Q3eol+al	粉细砂	中密	150	\	30	1.65	\	\	\

1.2设计参数

V级围岩（CRD法）支护参数：φ50超前小导管，每根长5米，环向间距0.4m，每环46根，纵向3.2米一环，φ8钢筋网网格间距20×20cm，拱墙布置，拱部锚杆长2.5米，边墙锚杆长4米，间距1×1米，I25型钢钢架，每榀间距0.6米，全环布置；中壁及临时仰拱采用I18型钢钢架。

2、CRD法施工工艺

2.1 CRD法施工工艺流程图

CRD法施工工艺流程见图1

2.2 CRD法施工工艺流程说明

CRD法施工工序见图2

2.2.1①部施工

利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁Ф50小导管及导坑侧壁Ф22水平锚杆超前支护。然后机械开挖①部，人工配合整修。必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架立型钢钢架和I18临时钢架，并设锁脚锚杆（管），安设I18横撑。安装径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2.2.2②部施工

滞后于①部3～4m，机械开挖②部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同①。

2.2.3③部施工

滞后于①部6～7m（一个小型挖掘机的距离），滞后②部3～4m，机械开挖③部，必要时喷5cm厚混凝土封闭掌子面，导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，接长型钢钢架和I18临时钢架，安装锁脚锚杆（管），安设I18横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2.2.4④部施工

滞后于②部6～7m（一个小型挖掘机的距离），滞后③部3～4m，机械开挖④部，人工配合整修，并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同③。

2.2.5仰拱施工

滞后于④部4m，机械开挖仰拱，人工配合整修，然后隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。接长Ⅰ18临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。拆除下部横撑，安设型钢钢架仰拱单元，使之封闭成环。仰拱开挖支护5～6m时，分两次灌注仰拱砼与填充砼。

2.2.7临时支撑拆除

根据量测结果分析，仰拱施工结束后，隧道变形趋于稳定。可以拆除中隔墙和临时仰拱。拆除时，先凿除中隔墙和临时仰拱间喷砼，然后至上而下逐榀拆除临时钢架。拆除长度不宜过长。满足一环衬砌长度即可。

2.2.8隧道防水施作

临时支撑拆除后，利用防水层铺设平台对初期支护面进行处理，割除突出的钢筋头、锚杆头，用水泥砂浆抹平拆除临时钢架留下的坑凹。施作纵横向投水盲管，铺设防水层。

2.2.9隧道衬砌施工

利用衬砌模板台车一次性灌注拱墙衬砌。

2.3 CRD法资源配置

2.3.1单口主要机械：

小型挖掘机3台（1、2部各1台，3、4部及仰拱1台）；湿喷机4台（备2台）；空压机2台；装载机1台；自卸汽车3台；麻花钻4台，电焊机4台。

自动计量搅拌站1座供喷砼；仰拱栈桥2副，作业台架1个，衬砌台车1个；通风机1台。

2.3.2单口施工人员：

1部、2部开挖、钢架立设、锚杆、挂网：各6人，共12人。1、2部喷砼各5人，共10人；

3部、4部开挖、钢架立设、锚杆、挂网：各5人，共10人。3、4部喷砼各4人，共8人；

仰拱开挖、钢架立设、锚杆、挂网： 6人。

开挖共46人；衬砌60人（两个作业面共用）；单口施工作业人员：106人。

2.4循环时间

CRD法施工每循环0.6m，每天2个循环（22小时）；全断面开挖支护每天1.2m，每月最高进度指标为36m，考虑砂层和其他影响因素按每月30m考虑。见表2“CRD工序循环作业时间表”。

2.5 CRD法施工要点

2.5.1开挖要点：

1）严格按照设计尺寸开挖，严禁超挖，钢架底脚预留20～30cm，采用人工开挖。

2）开挖时，预留核心土，保证掌子面的稳定。

3）确保1洞室、2洞室有1台专用小挖掘机进行开挖，严禁小挖机开挖坡道上下。特殊情况下，回填坡道后，小挖机从上部室转移。转移后，立即恢复横撑。

4）各洞室施工，严格步长关系，尽量缩短隧道封闭成环的长度。

2.5.2钢架安装要点：

1）考虑洞室尺寸划分便于施工，和下部运输要求，钢架分节和洞室尺寸根据现场机具设备应做适当调整。拱部钢架分为5节，1洞室2节，2洞室3节，拱部钢架底脚较设计长约50cm左右。临时横撑改为直钢架，并满足3、4洞室4.2m的净空。

2）满足设计尺寸要求，考虑合理下沉量。边墙钢架长度应根据下沉量缩短其尺寸，避免造成上部下沉下部超挖的现象出现。

3）严格控制节点栓焊连接质量，确保节点的稳固。

4）底脚角钢是为减小拱部钢架在下部室施工前的下沉量设置的。角钢安装时，可以考虑在下部洞室开挖时取出，以便重复利用，节约成本。

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表2 CRD工序循环作业时间表
部位	工序	时间（h）
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
左上 1部	超前支护及加固
	开挖
	钢架、锚杆、挂网
	喷砼
右上 2部	超前支护及加固
	开挖
	钢架、锚杆、挂网
	喷砼
左下 3部	开挖
	钢架、锚杆、挂网
	喷砼
右下 4部	开挖
	钢架、锚杆、挂网
	喷砼
隧底	开挖
	钢架、锚杆、挂网
	喷砼
备注：  1、黑色部分为关键工序，灰色部分为非关键工序，CRD施工上方两部室的施工为关键工序。 2、CRD施工循环进尺0.6m，日进尺1.2m（22小时）。          3、月最高进度指标为36m，考虑砂层和其他因素按每月30m考虑。

5）钢架底脚30cm在立设后用土埋上，以免在喷砼时，节点位置喷砼料固结，造成钢架安装困难。

6）下部钢架连接时，清除钢架连接处的黄土。确保喷砼的上下连接质量。

7）左右横撑安置在同一水平线上，横撑下方应设置角钢，防止中隔墙变形横撑脱落。

2.5.3喷砼施工要点：

1）在永久钢架后有空腔时，采用喷砼回填，确保施工质量。

2）中壁背后有空腔时，钢架背后立设竹脚板，然后用土回填空腔后，在钢架间喷砼至设计厚度。以防止因超挖回填喷砼造成拆除临时支撑的工作量加大。

3）喷砼结束后，及时清理回弹料，防止回弹料固结在钢架底部，而影响后续工序的施工。

4）喷砼前，对钢架节点处进行清理，保证节点处喷砼的质量。

2.5.4仰拱开挖支护要点

1）仰拱开挖每循环2～3榀钢架，开挖后及时立设钢架。

2）中隔墙钢架接长后，底脚在仰拱钢架上。中隔墙钢架间不设钢筋网，连接筋布设只要满足立设施工即可。中隔墙钢架接长后不进行喷砼支护。

3）仰拱开挖时，搭设栈桥，保证洞内运输的顺畅。开挖长度满足一环长度时，注意栈桥的稳定性，随时进行加固，保证洞内行车安全。

2.5.5 CRD临时支撑拆除要点

1）CRD拆除时间：根据数据分析，CRD临时支护在仰拱填充施作完毕后，即可拆除，拆除后隧道是安全的。

2）CRD拆除顺序，先凿除喷砼，然后逐环进行拆除，每环拆除顺序1、2洞室横撑→3、4洞室横撑→上部中壁钢架→下部中壁钢架。

3）每个工区第一环拆除时，技术室应进行观测，进行数据分析，确保隧道安全万无一失。

4）拆除时注意安全，随时检查脚手架的稳固，高空作业人员必须系安全带，拆除地段要有专人防护，利用口哨信号统一指挥，保证施工人员和车辆的安全通过。

5）拆除钢架时，采用气焊切割，严禁施工机械生拉硬拽。