隧道CRD法施工指导性施工工法1

1 前言

CRD又称交叉中隔法，在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。主要应该于Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段以及Ⅴ级围岩段的施工。

2 工法特点

CRD法施工是大跨度、软弱围岩隧道分部开挖、钢架支撑、仰拱先行施工方法的一种。CRD法一般上下分3层、左右两侧共6部施工。先开挖隧道一侧的上、中层开挖及支护，施工横竖中隔壁；待喷射混凝土达到设计强度等级的70%后，进行另一侧的上、中层开挖及支护，施作横中隔壁；最后开挖左右侧底部，完成初期支护和中隔壁，形成带有竖向中隔壁和2层横向中隔壁的网格状支护系统。最后，拆除中隔壁，施作仰拱、拱墙衬砌和填充。CRD法的每部开挖均形成环形封闭支护体系。其优、缺点为：

优点：各部开挖及支护自上而下，步步成环，及时封闭，各分部封闭成环时间短，中隔壁能有效的阻止支护结构和收敛变形和下沉，在控制地面沉降和土体水平位移等方面优于其他工法。

缺点：拆除中隔壁时风险较大；工序繁杂，施工速度较慢。

   4 工艺原理

CRD法又称交叉中隔壁法，即在隧道断面中部设置竖横中隔壁，将断面分块，达到减小开挖跨度和降低开挖高度的效果。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。同时在施工中，加强监控测量，依靠测量数据指导支护施工。

5 工艺流程及操作要点

5.1  CRD法施工工艺流程

图5-1      CRD法施工工艺流程图

5.2 施工要点

5.2.1 施工准备

5.2.1.1风、水、电管线敷设、施工便道、施工现场布置，机具设备、人员配置、材料装备、修建防排水设施等。

5.2.1.2 根据地质勘探资料和施工设计，详细了解工程地质和水文地质情况，制定相应的施工方法和措施，编制施工组织设计，制定施工监测计划。

5.2.2 超前小导管施工

小导管采用φ42的无缝钢管，钢管前端做成尖楔状，便于打插入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范围内按梅花形布置，钻φ10mm的注浆孔，以便钢管进入底层后对围岩空隙注浆。

注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比胃1:1，水泥浆由稀到浓逐渐变换，即先注稀浆，然后逐级变浓。为注浆后尽快开挖，选用普通水泥或早强水泥并掺入一定量的水玻璃溶液，以缩短初凝、终凝时间。

注浆采用PF-40A型注浆，注浆压力0.4-0.6MPa。

图5-2     超前小导管施工工艺流程图

5.2.3  超前地质预报

隧道施工通过超前地质预测预报，可主动获取地质信息，及时发现异常情况。预报开挖面前方不良地段的位置、规模和性质，为优化、完善设计、制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。为施工提前做好准备，及早制定预案，采取相应的技术和安全措施，以保证施工的正常、安全进行。超前地质预报工作流程图见图5-3。

图5-3        超前地质预报工作流程图

5.2.4 CRD法洞身开挖施工步序：

CRD法施工共将隧道分为六部分，具体划分为见图5-4

图5法施工工序横断面

5.2.4.1  开挖①部

（1）利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁及导坑侧壁 42小导管超前支护。（2）开挖①部，（3）喷混凝土封闭掌子面。（4）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I22型钢钢架和I22临时钢架，并设锁脚锚杆，安设I22横撑。（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

5.2.4.2 开挖②部

（1）在滞后①部一段距离后，开挖②部。（2）喷混凝土封闭掌子面。（3）导坑周边部分初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，（4）接长型钢钢架和I22临时钢架，并设锁脚锚杆，根据实际地址情况，必要时安设I22横撑，（5）钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

5.2.4.3 开挖③部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同1。

5.2.4.4 开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时支护，步骤及工序同2。

5.2.4.5 （1）在滞后于④部一段距离后，开挖⑤部。（2）隧底周边部分初喷4cm厚混凝土。（3）接长I22临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。（4）安设型钢钢架之仰拱单元。

5.2.4.6 开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同5。并使型钢钢架之封闭成环。

5.2.4.7 （1）根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I22临时钢架及上部临时横撑。（2）灌注Ⅶ部仰拱衬砌及底板。

5.2.4.8 利用脚手架支撑、固定拱顶模板灌注侧墙Ⅷ部至设计高度。

5.2.4.9 利用脚手架支撑、固定拱顶模板一次性灌注Ⅸ部衬砌（拱墙衬砌一次施作）

5.2.5开挖注意事项

5.2.5.1 开挖之前应根据施工图纸施做超前支护。

5.2.5.2  开挖进尺应控制在0.5~0.75m

5.2.5.3 开挖后及时施做初期支护，尽早封闭成环。

5.2.5.4  施工中随时关注中隔壁下的地基稳定情况。

5.2.5.5  加强施工中的监控量测工作，及时反馈信息，以调整支护参数，及确定拆除临时支护的时间。

5.2.5.6 临时支护应在全部开挖和初期支护完成，并形成全断面环形封闭，且围岩变形收敛后进行。每次拆除长度不应大于6m，并立即进行仰拱施做。

5.2.5.7  为了保证拆除中隔壁时的安全，可先施做仰拱、填充，然后拆除中隔壁。

5.2.6  初期支护施工

5.2.6.1 施工程序：开挖后初喷混凝土     系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢架）   复喷混凝土至设计厚度。

5.2.6.2  喷射混凝土

（2）喷射混凝土拌合物的停放时间不得大于30min。

（3）必须在隧道开挖后及时进行施作。喷射混凝土厚度应预埋厚度控制标志，严格控制喷射混凝土的厚度。

（4）喷射前应仔细检查喷射面，如有松动土块应及时处理。喷射机应布置在安全地带，并尽量靠近喷射部位，便于掌机人员与喷射手联系，随时调整工作风压。

（5）喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面粘结情况，可用锤敲击检查。同时测量其平整度和断面。并将此断面与开挖断面对比，确认喷射砼厚度是否满足设计和规范要求。当有空鼓、脱壳时，应及时凿除，冲洗干净进行重喷，或采用压浆法充填。

（6）在喷射侧壁下部时，需将上半断面和喷射时的回弹物清理干净，防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。

（7）经常检查喷射机出料弯头、输料管和管路接头，发现问题及时处理。管路堵塞时，必须先关闭主机，然后才能进行处理。

（8）喷射完成后应先关主机，再依次关闭计量泵、震动棒和风阀，然后用清水将机内、输送管路内残留物清除干净。

（9）喷射混凝土冬期施工时，洞口喷射混凝土的作业场合应有防冻保暖措施；作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C ;在结冰的层面上不得进行喷射混凝土作业；混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。

（10）喷射质量检查

①喷射过程中检查喷射表面是否有松动、开裂、下坠、滑移等现象，如有及时清除重喷。

②喷体达一定强度后可用锤击听声，对空鼓脱壳处采用凿除重喷的方法及时进行处理。

③钻眼检查喷射厚度是否符合设计要求，厚度不够处补喷。

④及时测定回弹率，以指导下步施工。

⑤作喷体试件进行喷射砼强度试验，以检查其强度。

                   原材料每盘称量的允许偏差          表5—2

（1）锚杆钻孔利用开挖台阶搭设简易台架施钻，按照设计间距布孔；钻孔方向尽可能垂直结构面或初喷砼表面；锚杆孔比杆径大15mm，成孔后采用高压风清孔。

（2）孔位应按设计布置，偏差小于10cm，孔深误差±10cm；钻孔直径应大于锚杆直径15mm。

（3）钻孔本身成直线，方向沿隧道周边径向，并尽量与岩面垂直，不得平行于岩层面打设锚杆。

（4）孔内注浆前必须进行清孔，顺锚杆孔用高压风清除孔内积水、岩粉、碎屑等杂物，以免孔道堵塞造成锚杆插不到位。

（5）砂浆应随备随用，在砂浆初凝之前应使用完。注浆用的砂必须用1.5mm的方孔筛过筛。

（6）注浆压力控制在0.4MPa以内。注浆时将注浆管插入孔底，随着浆液的注入逐渐拔出注浆管，直到孔口有浆液流出为止。

（7）锚杆插入长度不得小于设计长度，并加设垫板。

（8）锚杆插入后不得随意敲击，三天内不准悬挂重物。

图5-6            锚杆施工工艺流程图 

5.2.5.4  钢架施工

隧道各部开挖完成出喷砼后，分单元及时安装钢架，利用系统锚杆及双侧锁脚锚管固定，纵向采用钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后复喷混凝土到设计厚度。钢架安装前把按设计加工好各单元钢架组织试拼，检查钢架尺寸及轮廓是否合格。

在施工过程中需加强对钢架安装以后的监控测量，必要时采取有效措施进行加固，以防止拱顶钢架下沉。具体措施如下：

（1）加强对钢架的锁脚固定措施

 由于采用分部开挖方法，拱部纲架安装后，钢架暂时不能全面封闭成环，拱部钢架必须采取锁脚措施，将钢架两底脚牢固锁定，以防止钢架下沉或两底脚回收，钢架锁脚采用两根L=4.0m的Φ42锁脚锚管锁定，锚杆采用钢花管，压注水泥浆液进行锚固，如地质较差时，采用加长锁脚锚管长度和再增设一根锁脚锚管以加强钢架的稳定。

（2）钢架基础的加固

为防止钢架下沉，视地质情况，必要时在拱部钢架底脚增设连续纵梁，纵梁采用32槽钢，与钢架底脚采用焊接连接，以增加钢架底脚的承力面积。

图5-7    型钢钢架施工工艺流程路

（3）及时喷射混凝土进行覆盖

钢架安装完成后，及时进行喷射微纤维混凝土，喷射时分层、分段进行，钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。

（4）防止施工过程中的碰撞和损坏

机械开挖时，为防止挖掘机等大型机械队已支护好钢架进行碰撞和冲击，造成钢架损坏，因此，开挖时，要委派专人对开挖作业进行指挥，严格机械作业界限，以防止碰撞钢架。

5.2.5.5  挂网施工

                         下一循环

图5-8    钢筋网片施工工艺流程图

（1）钢筋网使用前要除锈，在洞外分片制作好后，运输至洞内。

（2）钢筋网宜在初喷混凝土后挂设，使其与喷射混凝土形成一体，初喷混凝土的厚度宜不小于4cm。

（3）钢筋网搭接长度应为1～2个网格边长。

（4）喷射混凝土时，应调整喷头与受喷面的距离、喷射角度，以减少钢筋振动，降低回弹，并保证钢筋网喷射混凝土保护层厚度不小于4cm。

（5）喷射时如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除。

5.2.6 监控测量

监控测量工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监控，并根据现场施工情况及时调整测量项目和内容，量测数据应及时分析处理，并与工程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。

5.2.6.1监测项目

监测项目分为必测与选测两部分，具体见下表：

表5-3    监控量测必测项目

5.2.6.2 测量结果分析

现场量测所取得的原始数据，不可避免的会有一定的离散性，其中包含着测量误差。因此，应对所测数据进行一定的数学处理。数学处理的目的是：将同一量测的各种量测数据进行分析对比、相互印证，以确定量测数据的可靠性；探求围岩变形或支护系统的受力随时间变化的规律，判定围岩的初期支护系统稳定状态。

在取得监测数据后，及时由专业监测人员真理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理、从而实现动态设计、动态施。

目前，回归分析是量测数据数学处理的主要方法，通过对量测数据回归分析预测最终位移值和各阶段的位移速率。具体方法如下：

（1）将量测记录及时输入计算机系统，根据记录绘制中横断面地表下沉曲线和洞内各测点的位移u-时间t的关系曲线，见图5-9

图5-9  位移U-时间的关系曲线

（2）若位移-时间关系曲线如上图中b所示出现反常，表明围岩和支护已呈不稳定状态，加强支护，必要时暂停开挖并进行施工处理。

（3）当位移-时间关系曲线如上图中a所示趋于平缓时，进行数据处理或回归分析，从而推算最终位移值和掌握位移变化规律。

（4）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定，进行二次衬砌的施作。

5.2.6.3 监控量测

围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。

（1）按变形管理等级指导施工，见表5-5。

净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护。

水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。

在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。

（3）根据位移时状态曲线的形态来判别

当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；

当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；

当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。

围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。

6施工材料与机具设备

6.1施工材料

施工材料所用材料的规格、性能符合设计及规范要求，并经检测合格后方可使用。其主要材料有：

7.1 严格按设计、规范要求施工。

7.2 严格控制质量及半成品加工质量。

7.2.1 所有进场原材料必须经过检验，合格后准许使用。原材料的堆放及储存应满足相关规定的要求。

7.2.2混凝土严格按照配合比施工，计量误差满足规范要求，缩短运输存放时间，随伴随用。

7.2.3钢构件按1:1大样加工，加工时尽量减小热变形，加工完用模具检验校正，焊点强度应严格把关管。

7.2.4泵送混凝土应严格控制坍落度损失，严禁擅自加水，外加剂严格计量。

7.3加强施工管理工作

7.3.1成立专门的质检小组，严肃质检程序，奖罚分明，质量不合格者必须返工。

7.3.2做好超前地质预报工作，以指导施工。

7.3.3超前支护严格按照设计及规范要求施工。必要时可提高超前支护参数。

7.3.4开挖按光面爆破施工，严格控制进尺，并将超挖控制在规范允许范围之内。

7.3.5喷锚支护应严格按规范要求控制施工。

7.3.6加强监控测量，及时反馈信息，提高应变能力。

8  安全措施

8.1开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识并编制安全风险管理实施方案，并制定相应的应急预案。

8.2施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专业施工机具和料具、施工用电、特殊环境中作业等应严格执行《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401）。

8.3施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格以后方能上岗。在推广技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和安全教育；

8.4进洞人员必须戴好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关人员进洞；

8.5开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；

8.6爆破后检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；

8.7开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理；

8.8开挖工作面与衬砌的距离必须在确保安全并力求减少施工干扰的原则下合理选定；

8.9开挖不得危及衬砌、初期支护及施工设备的安全

9  环保措施

9.1做到临时施工场地布置优化,加强临时防护,施工结束后及时进行迹地清理、土地平整，并复耕或恢复植被，要做好施工便道路基排水防护，加强施工过程中的临时防护措施，施工结束后及时迹地整治和道路两侧绿化措施。

9.2施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则，各种施工废油、废液集中储积，集中处理，严禁乱流乱淌，防止污染水源，破坏环境。施工作业产生的污水必须经过沉淀池沉淀，并经净化处理，符合要求后排放。食堂的废水处理应设置隔油池，定期清理油污，污水经过必要的处理后排入污水管道，施工、生活污水严禁排入农田和水源。

9.3隧道弃砟要堆放在固定的位置，在施工完成后，在隧道弃砟场表面值土，然后对隧道弃砟场进行植被；隧道弃砟中不得含有有毒有害物质，避免雨水冲刷后对地表、地下水造成污染。

10 经济效益分析

隧道CRD法施工的主要目的为隧道施工的风险降到最低，避免隧道塌方事故，加快隧道施工进度。

按照高速铁路的断面要求，按照规范施工要求，铁路隧道杜绝塌方，如隧道每塌方1方，造成经济损失为500～1000元，若为大面积塌方，则造成直接经济损失为塌方量×800元/方，而按照高速铁路最近塌方事故的处理结果，造成的间接经济损失不可估量。

11 工程应用实例

中交一公局南钦铁路项目中有6条双线隧道，设计中均有为软弱围岩，且浅埋、偏压。本项目2010年10月进场，进行隧道施工，在实际施工当中，应用CRD法进行施工，未造成一起隧道塌方事故，进而无事故处理，截止到2010年10月，有2条隧道顺利贯通，2条隧道即将贯通，隧道施工检查合格率高，受到南宁铁路局领导的一致认可，并在信用评价中成绩优秀、名列前茅。