浅埋软弱地层隧道CRD法施工工法研究

孙 寿 文 辉

(中交隧道局第二工程有限公司，陕西 西安 710007)



浅埋软弱地层隧道CRD法施工工法研究

孙 寿 文 辉

(中交隧道局第二工程有限公司，陕西 西安 710007)

以西北某浅埋富水软弱隧道工程施工为背景，对核心土台阶法、CD法、CRD法以及眼镜法等在本工程的适用性进行对比研究，研究表明，台阶法和CD法不能保证开挖安全，4步CRD法开挖跨度小，能确保掌子面的稳定，同时围岩与支护比较稳定，得出了宜采用CRD法施工的结论。

隧道工程，软弱地层，CRD法，断面

0 引言

隧道洞口段因埋深浅而施工难度较大，特别是如果再遇上富水、软弱破碎围岩，则施工更加困难。施工中，围岩自稳定能力差，极易坍塌甚至垮塌至地表，形成所谓“塌通天”，如何选择合理施工方法来确保施工安全并提高工作效率是施工方案制定中的重要内容。本文以西北某隧道洞口段的浅埋富水软弱隧道工程为背景，就施工方法进行了对比和研究，现将相关内容予以介绍，供类似工程参考。

1 隧道工程概况

西北某左右线分离型式的双线四车道隧道左线洞口段埋深20 m～30 m，隧道剖面如图1所示，洞口段围岩为残坡积、冲洪积碎石层，土体松散，粘结性差，遇水极易坍塌。同时隧道位于河床线以下，上游滞水通过碎石层向隧道内渗透，致使隧道围岩地下水富集，水量丰富。从隧道施工情况看，隧道内最大涌水量达1 200 m3/d，隧道施工难度很大。

2 浅埋软弱地层隧道施工方法

基于我国目前的施工装备和技术水平、既有施工经验等，浅埋软弱地层隧道主要施工方法有：预留核心土台阶法、CD法、CRD法、眼镜法等。

1)预留核心土环形开挖法可用于Ⅳ级～Ⅴ级围岩或一般土质围岩的中小跨度隧道。核心土及下部开挖在拱部初支保护下进行，施工安全性好，且施工灵活，可根据地质变化情况及时进行调整。预留核心土法在我国双车道高速公路隧道和双线铁路隧道中的软弱围岩段应用较多。

2)中隔壁法(CD法)适用于围岩较差、跨度大、埋深浅以及地表沉降需要控制的场合。

3)交叉中隔壁法(CRD法)适用于围岩较差、跨度大、浅埋以及地表沉降需要控制的场合。CRD法的施工顺序在工程实践中有所不同。在一些特别困难条件下，部分隧道采用三层CRD法。

4)双侧壁导坑法适用于浅埋、大跨度隧道及地表沉降下沉要求严格且围岩条件较差的情况。

3 隧道洞口段施工方法分析

鉴于隧道洞口段复杂的工程地质和水文地质条件，合理选择施工方法对于顺利通过该地段至关重要。以下就核心土台阶法、CD法、CRD法以及眼镜法等的适用性对比研究。

3.1 计算模型

选用ZK22+580断面作为分析断面，该断面处隧道埋深24 m，主要支护参数为：初期支护25 cm厚C20喷射混凝土，Ⅰ20工字钢间距50 cm。系统锚杆:φ42小导管，L=3.5 m，环向间距1 m。二次衬砌:55 cm厚C45S8防水混凝土。

初期支护、临时支撑均采用梁单元模拟，线弹性材料，而地层采用Mohr-Coulomb屈服准则。喷射混凝土和模筑混凝土材料参数按照设计规范选取，围岩参数参照地质勘察报告并结合类似工程经验综合确定。

3.2 计算工况

从收集的国内外类似复杂条件下施工案例来看，主要采用的施工方法有：三台阶预留核心土法、CD法(开挖顺序有两种)、CRD法以及眼镜法。眼镜法多应用于跨度15 m以上，因此，不对该法进行分析。对于CRD法，主要分6步开挖法和4步开挖法两种，同时，这两种施工开挖法又可分为上下顺序开挖和左右顺序开挖两种方案，且均有施工实例。

共有7种计算工况：1)台阶法(工况1)；2)CD法(分两种工况，上下顺序开挖为工况2，左右顺序开挖为工况3)；3)CRD法。该方法作为研究重点，对6步开挖和4步开挖以及左右顺序、上下顺序均进行分析和比较，共4个工况，即工况4～工况7。

3.3 工法分析与对比

施工引起的支护结构位移和内力。因篇幅原因，以4步CRD法为例，开挖完成后的位移场如图2所示。

由CRD开挖过程的支护及地层位移场可明显看出，CRD法相比CD法和台阶法，围岩的稳定性明显好于前二者，最大位移发生在右侧处(14.6 cm)。

开挖过程中，支护结构内力分布如图3所示，支护结构受力在允许范围内，没有出现屈服，支护结构是安全稳定的。

3.4 施工方法综合比较

根据计算以及技术难度、工序复杂程度、造价等方面的综合比较见表1。

表1 施工工法综合比较

从表1可知，台阶法和CD法由于在开挖过程中围岩和支护易坍塌或失稳，均不宜采用，CRD法开挖跨度小，能确保掌子面的稳定，同时围岩与支护比较稳定。当采用6步CRD法施工时，最大位移的减小量比较小，相比4步CRD法对于围岩的稳定性起到的作用有限，而工序增加却很繁琐，因此，本工程也不采用该方法。采用4步CRD法既保证了施工时围岩与支护的稳定，又不至于使工序过于繁琐。因此，本工程采用4步CRD法进行施工，且根据施工单位已有的施工经验，采用经典CRD上下断面施工顺序。

4 结语

本文针对隧道洞口段坡积洪积互层地层软弱且富水特点，对施工方法进行了比选和研究，研究表明，4步CRD法开挖跨度小，能确保掌子面的稳定，同时围岩与支护比较稳定，宜采用CRD法施工。目前该隧道已建成，并通车运营。

[1] 荆 涛.公路隧道软弱围岩浅埋段综合施工技术[J].铁道建筑,2005(4):42-44.

[2] 高虎军,王木群.浅埋软弱地层(滑坡体)隧道进洞施工技术研究[J].公路工程,2013,38(3):233-236.

[3] 田 佳,刘 军,王改鹏.三台阶七步法在大断面浅埋偏压软弱围岩隧道中的应用[J].隧道建设,2012,32(S1):85-90.

Research on construction method of shallow buried weak stratum tunnel CRD method

Sun Shou Wen Hui

(CCCC Tunnel Bureau Second Engineering Limited Company, Xi’an 710007, China)

Taking the northwest a shallow water rich soft tunnel construction engineering as the background, this paper made comparison research on the applicability of core soil step method, CD method, CRD method and glasses method in this engineering, the research showed that the step method and CD method could not guarantee the excavation safety, the 4 step CRD method had small excavation span, could ensure the stability working of tunnel face, and the surrounding rock and support was relatively stable, gained the conclusion suitable for CRD construction method.

tunnel engineering, weak stratum, CRD method, section

1009-6825(2017)16-0160-02

2017-03-23

孙 寿(1977- )，男，工程师

U455

A