6、中隔壁法施工工艺工法

1、中隔壁法（ CD法）施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0106-2011第五工程有限公司刘军1 前言1.1 工艺工法概况隧道施工的中隔壁法，也叫 CD法施工， CD是“ Center Diaphragm ”的简称，自隧道施工采用“新奥法”技术的不断成熟，和施工设备不断的改进，隧道在设计方面也敢于向大断面与不良地质层挑战，由此在施工中人们为了确保施工安全，对于不良地质隧道采取分隔施工的办法，就是将大、中跨的洞室开挖转换成中、小跨的洞室进行分部开挖与支护，然后逐步拆去临时支护，达到隧道全断面开挖目的。1.2 工艺原理中隔壁法（ CD法）施工基本原理：就是采用“新奥法”原理，施工中将隧道分为

2、左右两部分进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。2 工艺工法特点2.1 中隔壁法将大断面隧道施工分隔为小断面洞室施工，缩短了对开挖围岩的早期施工时间，从而扼止开挖围岩应力变化，有利于隧道安全施工。2.2将隧道分隔为多洞室施工，增加了施工作业面，合理地组织施工，有利于加快大断面不良地质隧道施工进度。3 适用范围本工艺工法适用于级围岩浅埋强风化层、土层、断层破碎带或熔岩发育区及围岩偏压、浅埋软弱地层段施工。4 主要引用标准4.1 高速铁路隧道工程施工技术指南 （铁建设【 2010】 241 号）、铁路隧道

3、工程施工技术指南（TZ204）、铁路隧道工程施工质量验收标准 （TB10417）、铁路工程测量规范（TB10101）、公路隧道施工技术规范 （ JTG F60 ）、公路工程质量检验评定标准（ JTG F80/1 ）。4.2 设计图纸、合同文件。5 施工方法按照“新奥法”原理，遵循“早预报、管超前、弱爆破、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则稳步前进。采用人工配合挖掘机和弱爆破开挖，超前支护一般在洞口段采用长管棚，在洞内采用小注浆导管，在完成超前支护后，从隧道的一侧自上而下采用台阶法分别完成开挖与初期支护，初期支护采用钢架、锚杆、网喷砼。第一侧施作的隧道中部临时支护即为

4、中隔壁；待第一侧开挖进尺1020m后，第二侧用同样的方法自上而下采用台阶法进行开挖与初期支护，第二侧完成开挖与支护后，整个隧道开挖形成带有中隔壁支撑的两个洞室支护系统；最后根据围岩情况和监控量测依据，逐步拆除中隔壁支护，施作仰拱、填充及拱墙衬砌。6 工艺流程及操作要点6.1 施工步序图及施工工艺流程施工准备超前地质预报右侧上台阶超前支护左侧上台阶超前支护1 右侧上台阶开挖4 左侧上台阶开挖右侧上台阶支护左侧上台阶支护2 右侧中台阶开挖5 左侧中台阶开挖右侧中台阶支护左侧中台阶支护3 右侧下台阶开挖6 左侧下台阶开挖右侧下台阶支护左侧下台阶支护拆除中隔壁临时支护仰拱浇筑、回填混凝土图 1 工艺流

5、程图监控测量下一循环施工图 1工艺流程图隧道中线142563图 2中隔壁法开挖横断面示意图6.2 操作要点6.2.1施工准备1 风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、水保设施。2 根据设计资料及隧道周边地形地貌详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划；对隧道的风险进行评估，找出风险源及制定出应对措施，储备必要的应急物资。6.2.2 超前地质预报一般采用本工法施工的隧道地质条件都比较差，在施工前需要进行地质核查和超前地质预报，并与设计隧道围岩地质核对， 确定围岩实际地质情

6、况， 为施工方法提供依据。超前地质预报可提前发现异常情况，及时制定科学合理的加固措施和应急物资。超前地质预报的现场使用的方法有：地质分析法（地质素描）、地质雷达扫描 (30米 ) 、超前探孔（ 3050 米）、地震波发射法（ TSP）（ 100150 米）。地质超前预报一般采用物探和钻探，长距离、中长距离和短距离相结合多种手段综合分析，相互印证。6.2.3 开挖及支护1 采用 TSP203雷达和超前钻孔作超前地质预报， 并与设计隧道围岩地质核对， 确定围岩实际地质情况，为施工方法提供依据。2 首先选择从隧道的一侧采用短台阶法自上而下开挖支护，台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定，台

7、阶长度一般为35m，也可视围岩情况和施工设备而定，但循环每开挖长度一般要求不能大于设计1 榀钢架间距，先行的这一侧中隔壁设置为向外鼓的弧形。3 左右洞体同时施工时， 纵向间距应拉开不大于15 米的距离。在一侧开挖支护 1015m时，开挖另一侧，施工方法同样采用自上而下短台阶法开挖支护，但这一侧不再作中隔墙支护施工。4 每侧按两部或三部分台阶开挖，开挖后及时施作初期支护、中隔壁，在各部开挖时，相邻部位的喷混凝土强度必须达到设计强度的 70以上。5 每循环开挖出来后及时支护并对掌子面喷混 48cm封闭，并根据围岩变形情况施工临时仰拱，对初期支护及时封闭成环。6.2.4 临时支护拆除在下部施工开挖

8、3040m后，逐段拆除中隔墙进行仰拱和二次衬砌施工，中隔壁一次拆除长度根据监控量测结果确定，不宜大于15m。特殊情况下可将中隔壁浇筑在仰拱中，待铺设防水板时再割断。6.2.5 仰拱二衬施工仰拱初期支护每循环进尺不能大于3 米，开挖初支及仰拱应在8 小时和 12 小时内完成开挖、架设钢架、喷射混凝土作业。确保初支仰拱快挖、快支、快速封闭。仰拱和填充要分开进行施工。二衬应在初期支护和围岩稳定后在进行施工，隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和，水平收敛小于0.2mm/D，拱部下沉速度小于0.15mm/d。二衬施工前应对初期支护的净空断面进行复测，并对初期支护的表面平整度进行测量，符合要求后在进行防水板

9、及二衬施工。如初期支护不能趋于稳定，二次衬砌可提前施做，并与设计联系保证二衬有足够的强度和刚度。如在围岩稳定情况下施工的，二衬混凝土强度达到8mpa时可进行模板拆除，如提前进行混凝土施工的二衬，混凝土强度达到设计强度的100%方可进行模板拆除。6.2.6 施工注意要点1 开挖1) 隧道施工应坚持 短进尺、强支护、早封闭、勤量测 的原则。2) 开挖方式均采用机械辅以人工开挖，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。各部开挖时，尽量保证开挖轮廓圆顺，减少应力集中。3) 隧道采用机械开挖时时，每步开挖高度应和选用的机械设备相匹配，避免开挖时机械对已经施工完毕的初期支护造成破坏。4) 超前支护围围洞内长管棚的

10、， 在进行洞内管棚施工时根据开挖空间选择适当的管棚施工机械，避免拱顶部分管棚无法施工。2 初期支护及临时支护1) 工序变化处之钢架（或临时钢架）应设 50 锁脚钢管，必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。 钢架之间纵向连接钢筋应按要求设置， 及时施作并连接牢固。2) 右部导洞开挖，应滞后于左部导洞，距离不小于15m左右。临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，方可进行。3 喷砼施工：1）喷混凝土施工前，要对受喷岩面进行处理。一般岩面可用高压水冲洗受喷面上的浮尘、岩屑，当岩面遇水容易潮解、泥化时，采用高压风吹净岩面；若为泥、砂质岩面时可挂设细铁丝网（网格宜不大于2020mm

11、、线径宜小于3mm），用环向钢筋和锚钉或钢架固定，使其密贴受喷面，以提高喷混凝土的附着力。喷混凝土前，宜先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷混凝土。2）喷射作业要连续进行，喷射作业要分层、分段、分片，喷射顺序自下而上，分段长度不宜大于 6m。如岩面凹凸不平时， 先喷凹处找平，喷射时喷嘴料束呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形进行，转动半径一般在15cm左右，每次蛇形长度3 4m。喷混凝土后表面平整、光滑，无流淌现象。3）分层喷射时， 一次喷混凝土的厚度不小于40mm，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h 后再喷射，应先用风水清洗喷射表面。4）初喷混凝土在开挖后及时进行，复喷应根据开挖工

12、作面的地质情况分层、分时段进行喷射作业，以确保喷混凝土的支护能力和喷层的设计厚度；喷混凝土终凝后3h 内不得进行爆破作业。 复喷混凝土的一次喷射厚度： 拱部为 50100mm，边墙为 70 150mm。5）喷混凝土应强化工艺管理，要严格控制风压和水压，降低喷射回弹率。操作时风压要稳定，压力大小要适当，水压一般要比风压高，在喷头水环处形成水雾，使干拌料充分湿润。喷射角度一般要垂直于岩面，在喷墙面是下俯10左右为最好。 喷射距离以混凝土最小回弹量为宜，一般控制在0.6 1.5m 较好，确保喷混凝土的回弹量在可控范围内。6）冬期喷混凝土时必须采取保暖措施，在结冰的层面上不得进行喷混凝土作业，喷射温度

13、不应低于5。混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。4 锚杆安装 :锚杆有砂浆锚杆、中空注浆锚杆和自进式锚杆三种形式，设计上一般锚杆按系统布置，对于砂浆锚杆实际大多使用药卷式锚固剂。锚杆钻眼安装时要求定位要准确，钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直，钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm。5 钢筋网片安装：钢筋网铺设应在初喷混凝土后安装，钢筋网要与锚杆连接牢固，一般钢筋网片为 8 圆钢，网孔为 2020cm。6 支护钢架安装：钢架应在开挖或初喷混凝土后及时安装，安装钢架型号必须符合设计要求，钢架靠隧道开挖轮廓一侧严格按设计净空尺寸控制安装，中隔墙临时钢架与初期支护钢架等级间距对应安装，联

14、接处与初期支护钢架采用焊接或螺栓连接牢固，相邻钢架之间采用 22 钢筋纵向连接，间距为 1.0m，中间台阶底部可视围岩情况设置临时钢支撑，形成临时封闭支护体系，底部钢支撑在下台阶开挖施工时逐步拆阶，仰拱钢支撑按设计要求设置并与中隔墙临时钢架作临时连接形成隧道先期开挖施工一侧支护体系。每台阶安装钢架底脚应置于牢固的基础上，并设置锁脚锚杆（或锚管）固定，锁脚锚杆（或锚管）长不应小于 3.5m，每侧数量为 2 3 组（每组 2 根），下半部开挖后钢架应及时连接落底，对于锚管必要时注浆加固。 钢架应与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实，各种形式的钢架应全部被喷混凝土覆盖，保护层厚度

15、不得小于 4cm。先施工一侧的钢架安装时，要注意临时钢架和主钢架之间的链接形式，为方便拆卸采用螺栓链接，并且现在加工场地放大样试拼，杜绝直接采用焊接的方式链接。中隔壁施工时注意中间弧度弯曲方向，它作为初期支护受力的的一部分，施工时不能仅仅把他当做临时支护来做，中隔壁锁脚锚杆以后要进行拆除，为减少浪费拆除时杜绝野蛮施工。7 隧道 46 步开挖时应注意另一半边临时支护的锁脚钢管。8 施工中，应按有关规范及设计要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。9 按设计要求做好隧底地质检测工作，检测结果为弱软围岩及有溶洞、溶沟及溶槽隧底应按要求采取加

16、固措施。10 应及时对隧道环境水进行取样化验， 对有侵蚀性，但设计无要求的水应立即向相关单位提出变更，采用侵蚀性砼。11 由于本工法主要针对软弱围岩施工， 仰拱开挖出来后，需对地基承载力进行核查，如达不到设计要求，则需对地基进行加固处理，避免后期发生沉降而导致衬砌开裂。6.2.3监控量测1 主要施工监测项目表 1监控量测项目表序量测项目量测方法和仪器测点布置号现场观测，地质素1洞内外观测描及初期支护状每榀拱架态观测收敛剂、反射膜片每 10 30 米一个断2水平收敛量测面，上下 2 条基线 4配合全站仪个点3拱顶下沉水准测量的方法， 每 10 30 米一个断水准仪、钢尺等面，1个点测量测量频率精

17、度施工前洞顶现场勘测，施工中开挖后进行 5mm（ 01B）2 次 /d ；1 5（ 12B）1 次/d ；0.1mm0.5 1 （12B）1 次/2 3d ；0.2 0.5 （25B）1 次 /3d ； 0.2（1mm5B）1 次 /7d 。注： B隧道开挖宽度， 变形速速2 量测方法和要求拱顶下沉、净空收敛量测起始读数宜在3 6h 内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数， 最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近，当隧道开挖跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点。按各项量测操作规程安

18、装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后23 周后结束。对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。表 2项目监控量测断面间距围岩级别断面间距（ m）105表 3按位移速度确定的量测频率位移速度（ mm/d）量测频率 52次/天1 51次/天0.5 11次/2 3天0.2 0.51 次/3天0.21 次/7天3 测点布置净空变化，拱顶下沉和地表下沉 （浅埋地段）等监控必测项目， 应设置在同一断面。n5m24m4 2m4

19、2m2 4mn5m地面下沉线隧道H中线内轨顶面图 3洞顶地表下沉量测断面布置图拱顶测点隧道中线起拱线左1右1上下部分界线左2右2图 4CD 、 CRD法拱顶测点和测线示例7 劳动力组织由于隧道施工进尺短，人员安排多则浪费，安排少则不能正常工作，人员配置很重要，通过实践，总结出一个工作面比较理想的人员配置，某单个工作面劳动力配置见表2（供参考）。表 4某隧道单工作面作业劳动组织表（2 班）序号工作项目作业内容人数风镐手61开挖矿用电钻手2挖掘机司机2自卸车司机6型钢加工62钢筋网片加工2初期（临时） 支护8钢架安装喷射混凝土153测量及其他技术员2测工4队长1技术负责人1质检工程师1专职安全员1

20、4其他试验员2电工3修理工2空压机司机3调度3辅助人员58 主要机具设备中隔壁法施工用配套机械多， 施工时合理安排机械不但可以加快施工进度同时还可以节约施工成本。根据机械工作能力和实际工作量，某隧道单个工作面主要机械配备如表 3，供参考。表 5某隧道单个开挖面机械设备配备表序号作业机具设备名称规格型号单位 数量备注1施工通风轴流式通风机SDF（ c） -NO110台1通风2施工照明低压变压器24v,10kw台2掌子面及二衬施工平台3施工用电发电机250kw台1备用变压器500kw台1施工及生活用电4开挖挖掘机PC-300-6台1开挖序号作业机具设备名称规格型号单位 数量备注东风（斯太尔）15t

21、辆3出碴自卸车空压机LWJ-20/7-1台3高压供风风镐台10矿用电钻50台5掘进打锚管、锚杆工字钢弯曲机GW1-200台1型钢加工钢筋弯曲机GW台1钢筋加工钢筋切断调直机GQ台1钢筋加工5初期支护等离子切割机GW台1钢板切割交流电焊机BX1-500台6钢架、网片加工及安装台式钻床24025台1钢板加工压浆机台1锚杆注浆混凝土湿喷机TK-500台3喷浆全站仪莱卡 402台1方向控制水准仪莱卡 N2台1标高控制塔尺5m个2标高控制6量测及测精密水准仪莱卡 N2台1沉降观测量仪器因瓦尺个2收敛仪JSS30A个2量测锚杆拉拔仪BL 150B个1锚杆拉拔应力测试仪套1应力测试9 质量控制9.1 易出现

22、的质量问题9.1.1洞口偏压浅埋段预留沉落量考虑预留较小，可能出现初支侵线。9.1.2开挖进尺过大及掌子面与仰拱及二衬之间步距超标，造成掌子面局部坍塌及回头塌。9.1.3中隔壁拆除时，由于受力体系变化以及锁脚初支施工不到位，存在一定安全风险。9.1.4中隔壁上部钢架锁脚施工不到位，下部开挖时造成钢架下沉量较大。9.2 保证措施9.2.1严格施工技术交底制, 对作业人员定期进行质量教育和考核,教育作业队人员严格按设计及规范要求施工, 确保施工工程质量。加强施工现场培训制度，严格按照自检和报检程序，尤其是隐蔽工程施工。9.2.2 实行工序及步距达标及工程师负责制，上道工序施工不到位不进行下道工序施

23、工。严格控制步距，步距超标时暂停掌子面施工，及时跟进仰拱及二衬施工，掌子面与仰拱之间距离不大于35m，仰拱与衬砌之间距离不大于70m。9.2.3 按照要求布置好沉降观测点和及时对围岩进行变形观测，及时进行数据分析，动态调整支护参数和预留变形量。加强监控量测，及时反馈信息，依量测数据为依据，提高应变能力。9.2.4 施工中采用增设锁脚钢管、放大拱脚和墙脚、增加纵向连接导管和增强基底承载力等措施，有效防止了初期支护整体沉降；尤其是对锁脚钢管与钢架之间采用“U”型钢筋连接，锁脚钢管的打设及注浆过程中必须全程监控。9.2.5做好超前地质预报工作，采用TSP、超前钻孔、地质雷达等综合预报手段对开挖面前方

24、的地质情况作出详细的预报.9.2.6 严格控制开挖进尺，上台阶开挖进尺为1 榀型钢的间距，下台阶开挖进尺为2 榀型钢的间距。开挖后及时对开挖面进行封闭成环，钢架、锚喷网支护要紧跟开挖进行，以利于发挥围岩的自承能力，保证施工安全。9.2.7 临时钢架拆除应在洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后进行。临时钢架拆除时，由于受力体系的变化，应采用空压机、风镐等破碎工具进行拆除，严禁采用挖机进行野蛮试工。钢架拆除时应加强沉降观测， 每次拆除的数量根据沉降观测数据来定。每拆除 36m立即施工仰拱及填充。围岩较软时，先施工仰拱及填充最后将中隔壁钢架拆除。9.2.8 架安装间距误差要求在 10cm内，锚杆间距

25、误差在 15cm内，锚杆长度不小于设计长度的 95%，钢筋网片搭接长度误差在 5cm内，钢架安装垂直度误差在 2内，型钢、网片、连接管之间焊接焊缝应饱满，不应有假焊漏焊现象。9.2.9 进入工地的主要材料严格按规定和设计要求把关，所有厂制材料须有出厂合格证和必要的检验、试验单。对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检验，并事先确定重点检验料。9.2.10 严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。10 安全措施10.1 主要安全风险分析采用 CD法施工的隧道，基本上围岩较差，施工中存在掌子面滑塌、初支变形较大、钢架拆除时发生拱顶下沉较大。10.2 保证措施10.2.1 进洞人员

26、必须戴安全帽，特殊工种应持证上岗。10.2.2 坚持安全交底制度和安全学习制度，提高全员安全意识。10.2.3 施工中应严格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距离不超过 35m，仰拱到二衬距离不超过 70m。10.2.4 施工中应做好监控量测工作， 确立临界值， 并根据量测结果指导施工。 当拱顶下沉及水平收敛速率达 5mm/d及累计达到 100mm时，应停止掘进，分析原因并采取措施，确保围岩稳定和洞内施工安全。及时对围岩进行超前地质预报工作，根据前方围岩情况，及时调整支护措施及施工方案。10.2.5施工时应严格按照设计要求挖大拱脚并安装好锁脚锚管，严格控制钢架下沉。10.2.6 施工时应做好防水和

27、引排水工作，防止钢架脚板被水软化， 引起过大下沉。10.2.7 施工中施工中严格执行铁建设【2010】120 号文及建技【 2010】352 号文件要求，加强沉降观测及地址超前预报工作，严格控制步距，初支仰拱每次开挖不能超过3 米，在 8 个小时以内完成封闭成环工作。10.2.8在浅埋偏压隧道拱顶范围内，按照要求埋设沉降观测点，观测频率和洞内同步。安排人员及时对洞顶地表进行观测，并做好洞顶排水系统。10.2.9 加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。10.2.10 加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。10.2.11 做好洞内外文明施工，保证良好的施工环境。11 环保措

28、施11.1 避免炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，减少了对空气的污染， 节约了炸药等能源的消耗。合理对选定施工配合比，减少高能耗材料的使用；按照施工进度进行原材料的发放和领用，杜绝超耗；采用油耗量较小的车辆机械，合理利用资源，杜绝铺张浪费。11.2 洞口开用上级沉淀池，施工用水经沉淀后在进行排放。11.3 隧道洞口和弃土场等及时修建挡护和排水系统，做到先挡后弃，防止水土流失，对环境造成影响。11.4 施工场地和运输道路经常洒水尽可能减少灰尘对生产人员和其它人员造成危害及对农作物的污染。12 应用实例12.1 工程简介范墩坪隧道全长 140.89m，位于福建省建阳市溪口村范墩坪组，隧道进出口里程分别为：DK603+703.11和 DK603+844；隧道明暗交界处分别为： DK603+726.11和 DK603+826。隧道围岩均为级， 进出口段表层均为粉质黏土， 棕红色、硬塑，厚约 3