002.城市大断面隧道开挖CRD工法应用

/城市大断面隧道开挖CＲD工法应用（隧道工）论文姓名:蒋友义单位:中铁隧道集团二处有限公司城市大断面隧道开挖ＣRD工法应用蒋友义(中铁隧道集团二处有限公司，北京100055）摘要:本文通过北京地下铁路直径线工程实例，探讨CRD施工工艺在城市大断面隧道开挖中的应用以及过程控制标准，论述开挖过程中的主要问题及解决措施。本文将在施工工艺流程、超前小导管施工、开挖施工、支护施工等方面进行表述.着重强调施工过程中的控制以及对关键部位、关键工序所采取的技术措施。关键词：单洞双线大断面地下铁路CRD工法防塌限沉１工程概况本标段浅埋暗挖段ＣＲD法施工段位于北京市天宁寺桥西北角至白云观南里10号楼东侧,地面主干线莲花池东路为北京市联通东西的重要交通干线，隧道位于莲花池东路北侧机动车道下.与天宁寺立交桥的桩基础净距仅为6。97m.隧道穿过的主要岩土层为圆砾层、卵石层、粉质粘土层，属Ⅵ级围岩。土体稳定性差，在地下水作用下易发生涌水、涌砂等情况。本次开挖施工范围为DＫ6+895～DK7+０60。其中DK6+89５～DK7+025开挖净空为12。６*10.７５4ｍ,DK7+０25~ＤK７+06０开挖净空为11。6５2＊1０。36５m.五交化大楼位于采用ＣＲD工法施工的浅埋暗挖隧道北侧,大楼与隧道的净距为5.3８~5。５1m,隧道起止里程为DK6+9９０～ＤK7+0６0。２工程特点、重点2.１。工程特点⑴该区段施工专业性强、技术含量高，隧道穿越地质条件复杂,工期短暂,进度指标要求高，且与周边建（构)筑物及地下管线关系纵横交错，施工难度大，施工风险大。⑵该区段地表环境复杂、施工对周边环境影响大、沉降控制要求高。沿线两侧地面建筑物密集，若地层过量沉降易引起建筑物的倾斜甚至开裂。工程沿线隧道范围内各种地下管线繁多。包括煤气、热力、电力、污水等大型管线，有的与隧道平行，有的与隧道交叉，施工稍有不慎就有可能引起管线破坏，造成不利的社会影响。施工过程如何保证地下管线不受隧道施工影响，保证所有地下管线的安全运行等,对隧道施工沉降控制提出了很高的要求。２.2工程重点控制沉降，保护建筑物、管线为本工程的重点⑴工程施工影响五交化大楼和地下管线。在ＣＲＤ暗挖区间破坏土体三相平衡后，地层将进行重新固结，存在必然的地表沉降,加强施工过程控制，严格控制地表沉降是本合同段工程施工控制的重点。⑵施工中建立以“防塌、限沉”为核心的技术控制原则。“防塌”一方面是指杜绝塌方事故发生，另一方面是指施工过程中务必把可能存在的坍方隐患降至最低。“限沉”一方面是指控制地面沉降、把工程施工引起的地表沉降控制在规定范围之内；另一方面是指沉降的控制除限制在地表沉降标准内，还要针对不同的环境特征建立不同的沉降控制标准，并在施工中严格执行.⑶建立以“防塌、限沉”为核心的施工优化组合，除采用正常暗挖施工程序中列明的技术措施外,穿过五交化大楼采用了地表注浆加固地基,隧道Ⅲ部布置超前深孔注浆,隧道Ⅳ部、Ⅵ部布置超前加固注浆，在Ⅲ部进行洞内环向补偿性注浆等措施。⑷将回填注浆作为必需工序加以控制,施工过程及时采用扩散性好的浆液进行初支背后回填注浆、做到及时、饱满充填，减少对土体的扰动。3主要施工工艺及施工方法３。１施工工艺流程CRD法施工段初支施工工艺流程见图1。严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针指导施工。图1CRD法分部开挖分部图图２CＲＤ法初支施工工艺流程图3。2施工方法3.２.１超前小导管安装及注浆在土体开挖过程中,采用超前小导管注浆方法进行土体预加固。超前小导管布设在拱部，环向间距每米3根，注浆小导管后端架在已经支好的钢格栅内，另一端深入地层。注浆后进行土体开挖。由于开挖断面较大，地面建筑物众多，一旦出现塌方将很难控制，后果严重，所以必须保证超前注浆的质量，真正起到超前加固土层的作用。严格按交底要求打设超前注浆管，保证打设角度、深度及间距要求，严格按交底要求配置浆液,严格控制注浆终压，压力达到0．5Mｐa，维持3分钟即可结束注浆.施工中,采取专人兑浆,专人注浆，开挖时如发现注浆效果不好,要根据情况及时处理，如挂网初喷混凝土。施工程序为：制作小导管→眼孔布置→顶入小导管→注浆→注浆效果检查.⑴注浆材料：超前加固注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。⑵注浆参数：①注浆终压：仅用喷射混凝土封闭孔口和工作面，注浆压力不宜太高,取0.5MPa；②浆注扩散半径(R）：0.5m;③注浆速度:与地层孔隙及连通情况、地层密实度有关,速度太快,地层吸浆慢,可能造成冒浆、漏浆等现象。因此注浆速度定为每分钟不大于50L；④注浆量估算:每个导管注浆量为50～100Ｌ；⑶浆液配置纯水泥浆液为水泥（P．O42。５)加清水按照1：1进行配置；水玻璃浓度控制为４0Be’模数2.4。⑷注浆采用由下向上隔孔注水泥－水玻璃双液浆，采用ＦＢY—５0／７0注浆机进行注浆，试运行机器正常后即开始注浆。当注浆量达到设计要求时停止注浆.⑸注浆技术要求①导管打入后,用吹管或掏勺将管内砂石吹（掏）出,以免堵塞。②配制好的浆液，经过过滤后方可进入泵体，以防杂物堵塞管路或泵体。③注浆结束后,对注浆泵管路进行清洗,以保证下次注浆的顺利进行。⑹注浆施工安全注意事项①注浆过程中，如发现注浆压力持续上升，超过0.5ＭＰa时,应停机检查原因.②严禁压力未下降至０时拆卸空气室、压力表、输浆管道、卸浆阀等。③闲杂人员不得进入作业面，以免高压浆喷出或小导管冲出伤人。④注浆过程中，不得无故停电，如需停电,必须事先通知注浆班。3．2．2开挖“CRＤ工法"施工,分6部开挖,各部开挖采用台阶法施工。⑴开挖循环进尺为每榀格栅间距0.5０m。严格控制开挖进尺,拱架最大间距不超⑵严格控制隧道开挖的中线和水平,开挖轮廓要圆顺，防止超挖，杜绝欠挖。每部上断面开挖底板比上下断面分界面高20～3０cｍ，防止上断面脚板悬空而造成沉降.下台阶开挖时先挖中间后挖两侧，防止因上断面脚板悬空时间过长,造成沉降，当超挖或土层塌方超过３0ｃm时,及时上报工程部。局部欠挖处人工修凿,但要充分考虑施工误差及预留变形量。⑶Ⅰ、Ⅲ部上断面开挖时，必须预留核心土.⑷台阶长度控制在2～２。5m，在遇水开挖困难地段台阶长度适当缩短，加快每环封闭时间。⑸开挖严格按照Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ的顺序执行，下一部的开挖滞后上一部的开挖按照５m控制。表1开挖允许超挖值项目允许偏差（ｍm）允许超挖值拱部平均1０0，最大150边墙及仰拱平均100，最大１50３。２．3格栅钢架安装待开挖轮廓修正合格后，及时铺设结构外层钢筋网片，进行格栅钢架架立.⑴钢拱架堆放和运输时不得损伤和变形,安装前先除锈。⑵开挖完成后及时安装钢拱架及钢筋网片。⑶钢拱架标高、中线净空、垂直度、间距严格按交底要求控制。⑷拱架各节连接牢固,安设位置正确、稳固并垂直隧道中线。⑸钢拱架与围岩之间的间隙用喷混凝土喷密实，禁止用石块、木楔等填塞。⑹钢拱架要全部被喷射混凝土覆盖,净保护层厚度不小于３０mｍ。施工中Ⅰ、Ⅲ部拱架的控制最为关键,因为Ⅰ、Ⅲ部的标高、中线净空、垂直度误差过大，将直接影响其余四部的控制。拱架控制实际标准：⑴中线净空：Ⅰ、Ⅲ部为0-±10mm，其余四部为0—±20mｍ。⑵标高:0—+30mm。⑶垂直度：5‰之内.⑷拱架间距：0—＋50mm。⑸连接筋：Φ２0螺纹钢连接筋,环向间距为1.0ｍ，内外呈梅花型布设，考虑到施工中拱架间距的实际误差，连接筋加工３种：500mm、５５0mm、7００mm,采用直螺纹套筒连接,外露丝扣不超1扣，连接筋间距不符要求时,要及时调整。连接筋套筒连接数量不低于８0％，连接筋外露长度不低于2０ｃm,以便套筒不能正常连接时搭接焊能保证搭接长度。⑹网片：网格间距150ｍｍ＊150mm，环向采用φ8钢筋,纵向采用φ6钢筋，网片搭接不小于一个网格(15ｃm），绑扎时要与拱架密贴，而且要绑扎牢固。⑺连接板：连接板螺栓必须带齐,拧紧后用电焊点焊牢固，连接板有张口的要用钢筋帮焊牢固。⑻为防止沉降,架立格栅时,格栅下面要垫方木或加气砖。3。２．４喷混凝土支护施工为了降低粉尘，减少回弹量,提高喷射混凝土的质量,喷射混凝土采用潮喷法。混凝土由洞外搅拌站拌合，通过竖井提升机,出渣车运至工作面，人工抱喷嘴喷射。永久性初支喷混凝土厚度为３5cm，临时支护喷混凝土厚度为3０cm，施工工艺流程见图3：喷混凝土作业前，检查开挖断面尺寸，清除所有的松动岩石，并使岩面保持一定湿度,混合料应随拌随喷，喷射作业分段、分片、分层，由下而上，对称依次进行，拱部一次喷射厚度5～6cm，边墙一次喷射厚度7~1０cm，分层喷射的间隔时间一般为15～2０mｉn.喷射混凝土时先喷射钢拱架与基面之间的空隙.喷射作业时先供风，再上料；喷射作业结束时先停料再停机、后关风.每次喷混凝土完毕后,及时检查厚度，若厚度不够需进行补喷达到设计厚度，禁止将回弹料做为喷射料使用,同时严禁添加渣土。碎石混凝土搅拌机砂碎石混凝土搅拌机砂少量水水泥少量水水泥混合料运输混合料运输高压风混凝土湿喷机高压风混凝土湿喷机水速凝剂喷头水速凝剂喷头受喷面受喷面图3潮喷混凝土工艺流程图严格按照设计配合比搅拌喷射混凝土原材料；喷射混凝土结构，不得出现脱落和露筋现象；表面应平整圆顺，无大的起伏凹凸。不能出现因喷射混凝土厚度过厚，造成不必要的欠挖，同时喷射混凝土厚度应满足设计要求，保证拱架主筋净保护层厚度。初支喷混凝土是结构防水的第一道防线，加强对其质量控制,保证喷层厚度及密实度，可以大大提高初支的防水效果。喷射混凝土前，前后榀接茬部位虚渣必须清理干净，以保证初支厚度及前后榀拱架喷射混凝土的搭接质量。3。2.５锁脚锚管施工在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部每榀拱架的上下断面拱脚处各打设1根锁脚锚管,规格为Φ42,长度为３.5m，注1：1纯水泥浆，对防止隧道沉降有着极大作用.从DK７＋92０开始Ⅲ部北边墙上下断面分界处土层为80ｃm厚细砂，细砂层自稳性极差,开挖过程中极易发生塌方，我们在施作Ⅲ部上断面时，每榀打设两根锁脚锚管，同时下断面开挖前对两根锁脚锚管施作超前注水泥－水玻璃双液浆,开挖完成后立拱之前,及时对上断面拱脚处至下50cm的区域施作挂网初喷混凝土，从而成功消除了塌方的隐患。３。２.６为及时充填初支喷射混凝土与土层之间存在的空隙，Ⅰ、Ⅲ部初支结构封闭成环后应及时进行初支背后注浆，以控制初支结构变形，控制地表沉降。初支背后注浆，可以起到以下几点作用:①充填地层空隙，防止地表下沉。②加强结构防水.③控制初支结构的沉降和收敛。初期支护的背后回填注浆浆液为1:1纯水泥浆，注浆从拱脚开始向拱顶注浆,从无水向有水的注浆孔注浆,注浆过程中，要时刻注意压力流量的变化,严格控制注浆终压,每根回填注浆管必须注浆饱满后,再进行下一根注浆的操作，做好注浆记录，封闭段每5ｍ注浆一次。初支背后回填注浆主要施工工艺详见图4.图4初支背后回填注浆施工工艺流程图３。２．７量测桩点布置施工中为了便于加强监测，Ⅰ、Ⅲ部每5m在拱顶布设一个沉降点，在两侧边墙处布设一组收敛点；Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部每隔10ｍ，在两侧边墙处各布设一组收敛点。3．2.8初期支护参数表2初期支护参数表序号支护类型支护参数1超前注浆锚管拱部设置超前小导管，间距每米3根，每榀施作一次,注水泥-水玻璃双液浆超前加固地层：DK6+8９5～DK6＋９４５，Φ３2,L＝1.５ｍ，DＫ6+945～DＫ7+０60,Φ25，长度２.5米（3.５米),前后榀交错布置2超前注浆水泥－水玻璃双液浆3格栅钢架主筋为Φ25螺纹钢,格栅间距为0.5０m4钢筋网片网格间距１５0mｍ*150mm，环向采用φ8钢筋,纵向采用φ６钢筋,在拱墙布设５初支背后回填注浆管Φ4２,单长1.０ｍ，纵向间距５．０ｍ，环向间距1.0m6初支背后回填注浆1:１水泥浆7纵向连接筋相邻格栅钢架之间内外层设双排Φ20螺纹钢连接筋，环向间距为1。0ｍ，内外呈梅花型布设，连接筋单长5０0mm8喷射混凝土C25早强喷射混凝土（永久性初支35cｍ，临时初支３0cm4认识与体会４.１连接筋套筒连接与焊接的比较格栅钢架连接筋采用直螺纹套筒连接质量优于焊接，而且连接速度快，操作简单，多人可操作,不受施工环境的影响，对环境无污染,焊接不但费时费力,而且焊接质量一般难以达到规范要求,搭接长度一般情况下也很难保证,同时电焊作业人员属特殊工种,必须持证上岗.４.2防塌、沉降的控制大跨度区间暗挖隧道有效控制地表沉降，尽可能的减少对周边建筑物的影响，尤为重要。⑴严格控制超前小导管，并根据不同的地层进行注浆,加强超前注浆质量,切实起到超前加固土层的作用。⑵开挖过程中严格控制开挖进尺，减少地表下沉,严格控制同层、上下层开挖部分的断面间距；及时封闭掌子面，开挖完成后及时喷射素混凝土封闭掌子面，遇到自稳性较差的地层要增加铺设钢筋网,然后再喷射混凝土，防止掌子面土体变形。⑶及时施做初支背后回填注浆.⑷施工中加强监测，适当增加洞内监测点，增加隧道洞内及洞外的监测频率。正洞采用“CRD"工法“分步开挖，化整为零，各自封闭成环"，分步开挖是合理可行的，过五交化大楼时所采用的措施是正确的,施工实践表明，依据细致的验算所确定的施工参数进行施工,可使施工后地表沉降得到有效的控制，能最大限度地降低隧道施工对周边环境的影响，有效地保证隧道施工及周围建筑的安全。5结论ﻫ(1）从北京地下铁路直径线施工情况来看,由于隧道结构所处的地质环境（黏土、砂土、砂卵石或卵石等）差,