CD法隧道开挖施工技术的应用

樊磊

摘要：随着公路交通的快速发展，公路隧道成为公路建设中很重要的一环。针对公路隧道中短小隧道围岩等级高、偏压、浅埋等不良地质普遍存在的特点，通过工程实例，介绍CD法在其中的应用。

关键字：隧道开挖；CD法；工程实例；应用

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

由中交第三公路工程局有限公司承建的“福建省莆田至永定（闽粤界）高速公路永春至永定泉州段A4合同段”路线位于福建省泉州市安溪县境内，起点位于安溪县湖头镇白山同隧道内，隧道穿过湖头镇沙堤村后在九町村出口，设下角溪大桥、下角溪隧道到达洋尾，设剑斗互通（A匝道）与S307和X340相接，终点K27+900位于剑斗互通终点，A4合同段右线贯通长度为6400m，线路总体走向是由东向西，全长约6.4公里。

下面我以具有典型代表意义的下角溪隧道为例，介绍公路隧道中短小隧道的开挖支护技术。下角溪隧道位于安溪县剑斗镇东阳村，隧道采用洞口小净距、洞身分离式形式，总长450m，净空为（宽×高）10.25×5.0m。设计时速80km/h，采用灯光照明，自然通风，属短隧道。

2、隧道地质情况

该地段属构造剥蚀低山丘陵地貌，山体呈圆顶状，地形起伏较大，岩体风化程度高。进出口洞口浅埋段最薄覆盖层仅为3m,隧道最大埋深约为50m,其余均在20-30m。该隧道埋深浅、岩体风化程度较严重、偏压、工程性质差，加大了施工难度。

2.1隧道地质状况

进口段围岩主要由坡残积粉质粘土及全-强风化凝灰岩组成；出口段围岩主要由粉质粘土及全-强风化砂岩组成，围岩节理裂隙发育，岩体分化强烈，稳定性差，易在降雨、开挖等外力影响下产生局部垮塌、滑坡等危害，施工难度极大。

2.2水文地质情况

隧址区地表水体不发育，主要地表水为进出口下方沟谷的季节性溪水，流量小。雨季时隧道进出口有淋雨状或股状地下水渗出，对隧道施工有一定影响，对洞身围岩稳定及隧道施工存在影响。

3、下角溪隧道施工技术

本隧道为复合式衬砌设计，按新奥法施工，按照“随开挖、随支护、早封闭、快衬砌”的原则组织施工。施工过程中采用超前预报系统进行超前地质勘探，对不同围岩类别采用不同钻爆设计。全隧道均为Ⅳ、Ⅴ围岩，Ⅳ围岩采用台阶法开挖，Ⅴ级围岩采用CD法开挖。采用超前管棚或超前小导管（锚杆）预注浆加固前方围岩，出碴采用挖掘机找顶、扒碴，侧卸式装载机装碴，自卸汽车运输出碴；初期支护采用环向中空注浆锚杆和砂浆锚杆支护，人工架立钢支撑，TK96-1型湿式混凝土喷射机喷射混凝土。下面只介绍CD法在Ⅴ级围岩施工中的应用。采用CD法开挖，减小软弱围岩隧道分部开挖跨度和开挖高度，通过增加中壁墙等临时支护构件，形成分部开挖初期支护快速封闭环，使分部开挖环环相扣，最后完成全部断面开挖与初期支护。

3.1施工参数

①超前支护：洞口段Ⅴ级围岩采用40根Φ108×6mm超前长管棚辅助施工，间距40cm；洞身Ⅴ级围岩采用Φ42×3.5mm小导管预注浆超前支护，每环34根，间距40cm，保持1m以上的搭接长度。

②初期支护：采用20b工字钢，间距为60㎝，设置Φ42×3.5mm锁脚小导管；钢筋网采用双层Ф6.5钢筋网，网格尺寸为20㎝×20㎝；系统锚杆采用长度为3.5m的D25中空注浆锚杆，间距60㎝；喷射混凝土厚度为26㎝。

③临时支护：采用16工字钢，间距为60㎝，设置Φ22砂浆锁脚锚杆；钢筋网采用单层Ф6.5钢筋网，网格尺寸为20㎝×20㎝；系统锚杆采用长度为2.5m的Φ22砂浆锚杆，间距60㎝；喷射混凝土厚度为20㎝。

④开挖工作面间距：开挖每循环进尺按1榀钢架控制；每个分部开挖间距控制在3~5m,初期支护要紧跟下台阶封闭成环。

⑤注浆参数：对超前管棚注浆采用水泥水玻璃双液浆，水泥浆的配合比通过现场试验确定，以利施工，参考水泥浆水灰比为1:1，注浆压力初压0.5～1MPa，终压为2MPa；对超前导管注浆采用水泥浆液，水泥浆的配合比通过现场试验确定，以利施工，参考水泥浆水灰比为1:1，注浆压力0.5～1MPa；对系统锚杆注浆采用水泥砂浆，水灰比为1:1，标号M20，掺加0.5～1%的早强减水剂，5%的膨胀减水剂，注浆压力0.5～1MPa；对药卷锚杆采用专用锚固剂药包锚固。

3.2施工方法

3.2.1开挖方法

隧道分为左、右导坑进行开挖，每侧导坑又分为两步台阶。为保护好围岩，围岩尽量采用机械辅人工开挖，每循环进尺按每榀钢架间距0.6m,当围岩稳定性较差时，考虑采用中部预留核心土法施工。开挖方法见下图：

Ⅴ级围岩中壁法施工示意图

3.3.2施工步骤

施工步骤①为先行导坑上台阶：利用上一循环架立的钢架施作隧道侧壁超前支护及导坑侧壁超前导管超前支护；然后开挖①部，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20b型钢钢架和I16临时钢架，并设锁脚锚管；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

施工步骤②为先行导坑下台阶：滞后①3～5m开挖②部；初喷4cm厚混凝土，接长立型钢钢架和I16临时钢架，并设锁脚锚管；钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

施工步骤③为先行导坑隧底：在滞后于②部一段距离后，开挖③部；初喷4cm厚混凝土，接长立型钢钢架和I16临时钢架；复喷混凝土至设计厚度。

施工步骤④为后行导坑上台阶：在滞后于先行导坑5～10m，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①。

施工步骤⑤为后行导坑下台阶：滞后④3～5m开挖⑤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。

施工步骤⑥为后行导坑隧底：在滞后于⑤部一段距离后，步骤及工序同③。

施工步骤⑦为仰拱施工：根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除I16临时钢架，灌注⑦部边墙基础与仰拱及隧底填充（仰拱与隧底填充分次施工）。

施工步骤⑧为二次衬砌：利用衬砌模板台车一次性灌注⑧部衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.2.3中壁拆除

在CD法中的一个关键问题是拆除中壁，据以往经验，中隔壁拆除时间应在全断面成环后，各部位位移充分稳定后，才能拆除，其要求如下。

1） 中壁拆除参数

(1)拱顶下沉量：7d的增量小于2mm；

(2)净空收敛值：7d的增量小于4mm（拱顶下沉的2倍）

2)安全管理参数

3.2.4监控量测

在施工管理中全过程以监控量测为管理依据，通过监控量测数据的及时反馈，用以指导设计与施工。

监控量测的项目及其方法：

1）地质支护状态观察

对开挖掌子面进行观察、地质描述，对围岩及初期支护表面采用放大镜等仪器观察。

2）地表沉降量测

在地表浅埋段埋设测点，采用水平仪测其下沉量，量测时间在开挖面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直至衬砌结构封闭、下沉停止结束。

3）拱顶下沉量测

在中隔墙两侧即1部、4部的开挖拱顶，各设一测点，水平仪测其下沉量。

4）周边收敛量测

在洞内大跨、边墙角共设二条水平基线，采用张力自鸣电子数显式收敛仪量测。

5）拆除中隔墙过程拱顶下沉与周边收敛量测监控。

洞内、洞外下沉、收敛全部测点均埋设在同一断面，量测断面间距为5米。施工测量及监控量测组负责量测、数据整理、绘制回归曲线并及时反馈至生产管理组，以便采取相应的措施。全部数据处理与曲线回归采用计算机程序。

3.3施工注意事项

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。

3.工序变化处之钢架（或临时钢架）应设Φ42锁脚钢管，以确保钢架基础稳定。

4.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。

5.右部导洞开挖，应滞后于左部导洞，距离不小于6m为宜。

6.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。

7.施工中，应按有关规范及标准图的要求，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。

4、结语

通过对下角溪隧道Ⅴ级围岩开挖方法的研究，得出对浅埋、小净距、偏压、围岩风化程度大的隧道制定出科学合理的开挖方法，采用合理的施工技术、方法和步骤开展施工，能够有效地解决隧道施工的安全隐患和质量问题，同时能为隧道加快施工进度提供有力的条件。随着现代化建设的发展，隧道建设的高潮已经来到，做好技术是当代隧道工程师的责任，从实例工程中对隧道施工工艺进行研究，总结出灵活、实用的施工工艺为以后类似地质的隧道施工设计提供一些经验。

参考文献：

《公路隧道施工技术规范》(JTGF60-2009).

福建省高速公路施工标准管理指南.隧道/福建.北京：人民交通出版社，2010.

《工程测量规范》(GB50026-2007).