大断面石质隧道CD法施工工艺探讨

陈跃进

合诚工程咨询集团股份有限公司

1 引言

CD 法也称中隔壁法CD 工法（Center Diaphragm），它是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并在设计中间部位作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道Ⅳ级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（Ⅳ级围岩）地段。这种方法是将断面从中间隔开，分为两侧，先沿一侧自上而下分为二或三部进行，再开挖另一侧。断面每块开挖和支护后形成闭合单元，有利于围岩稳定，减小净空位移及地表深陷。中隔壁法适用于断面跨度大，地表沉陷量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道。

优缺点：（1）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。（2）缺点：该工艺分部较多，施工速度慢，不利于机械化作业；后部开挖和拆除支护对前面已形成的理学平衡体系产生影响，围岩应力状态发生多次改变有可能引起最终较大的变形量，施工面多，作业干扰大；拆除临时支撑时，安全性较差。

2 工程概况

工程简介：本段为厦门海沧疏港通道工程B 标段，线路全长3260.883m（K3+580~K6+840.883），匝道分岔段由主线三车道隧道逐步加宽到“3+2”断面，主洞隧道与匝道隧道平交口分岔部分采用分段逐步扩大形式，断面轮廓宽度由14.45m（三车道）→16.2m（FCI）→18.2m（FC2）→21.45mm（FC3）→24.95m（FC4）→28m（FC5）逐步扩大，断面轮廓宽度最大开挖净跨度30.51m，最大断面开挖面积421.73m2。

3 工程地质情况

左线ZK3+917.8~ZK4+169大断面地质：

隧道通过燕山晚期第二次侵入花岗岩地层（Y53（1）b），中粗粒结构，块状构造，节理、裂隙稍发育，主要节理为N10~39°，E65/85°S，岩体较完整。

右线YK3+997.4~YK4+520大断面地质：

隧道通过燕山晚期第二次侵入花岗岩地层（Y53（1）b），中粗粒结构，块状构造，节理、裂隙稍发育，主要节理为N10~39°，E65/85°S，岩体较完整~较破碎。

4 本设计FC2/FC3分岔大断面围岩及支护参数

支护参数根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、结构跨度及施工方法等内容，以工程类比法拟定。分岔大断面各类围岩支护参数详见表1。

5 原设计开挖工法

表1

5.1 双侧壁导坑七步法开挖工法

主洞内分岔段衬砌类型为FC3FⅢ型，采用双侧壁导坑七步法施工，并且要求在辅助施工措施完成并达到强度后进行。

分岔FC3FⅢ(支护榀距0.75m)一次开挖1.0m~2.0m。（Ⅳ、Ⅴ级围岩一次1~2榀拱架、Ⅲ级围岩一次2~3榀拱架）。

6 开挖工法优化依据

6.1 施工图设计说明

施工设计图关于隧道支护参数的确定，要求应通过对现场监控量测分析，及时调整支护参数，实现动态设计、过程控制。对于大断面隧道制定合理的开挖支护方案是隧道设计中的关键环节。施工中应根据设计图纸的开挖方法严格进行，对于大断面开挖的经验不足，施工中可根据实际情况以及监控量测结果采用更为科学合理的开挖方法，由业主、设计、施工、监理和专项监控量测组等多方共同确定方可实施。

6.2 已开挖地段支护结构监测情况

左线FC2FⅢ分岔段已施工地段累计最大沉降22.2mm，单日最大沉降0.8mm；累计最大收敛位移15.9mm,单日最大收敛值2.5mm。

右线FC3FⅢ分岔段与横通道交叉体系转换部位，小里程累计最大沉降18.6mm，单日最大沉降0.7mm；累计最大收敛位移22.3mm,单日最大收敛值1.4mm。大里程累计最大沉降22.1mm，单日最大沉降1.2mm；累计最大收敛位移19.7mm，单日最大收敛值0.6mm。

以上各组监测数据显示，拱顶最大沉降均小于预设定预警值(累计50mm，单日最大3mm/d)，净空收敛均小于预设定预警值(累计30mm，单日最大2mm/d)，围岩及支护结构稳定。

根据现场已揭示围岩地质情况、超前地质预报情况及围岩监控量测结果，目前施工地段左洞FC2FⅢ，采用三台阶法能够满足支护稳定要求；右洞FC3FⅢ与横通道交叉段落围岩整体稳定，自稳能力较强，具备工法优化条件选用较简单、成熟的开挖工法，有利于节约投资、减少临时支护浪费、加快施工进度。

6.3 超前地质预报情况

据超前地质预报显示，左线ZK4+035~ZK4+085 段FC3 围岩以中~微风化花岗岩、块状结构为主，节理裂隙稍发育，岩体较完整，围岩综合岩性较好，节理裂隙水弱发育，综合判定围岩等级为Ⅲ级。右线YK4+226~YK4+320段FC4围岩以中~微风化花岗岩为主，岩质较坚硬~坚硬，整体围岩较破碎，节理裂隙稍发育，裂隙水弱发育，整体稳定性较好，综合判定围岩等级为Ⅲ级。

7 工法优化方案

7.1 工法对比分析

7.1.1 双侧壁导坑法与CD法对比分析

两种工法都是属于将大断面隧道分割成小的断面，从而减小开挖断面面积和开挖跨度，针对大断面及软弱围岩隧道都能有效降低隧道开挖拱顶下沉及周边位移。

（1）双侧壁导坑法适合软岩及超大断面隧道开挖，开挖分部很多，导致单个分部断面开挖宽度很小，施工干扰性大，尤其是对爆破开挖的石质隧道扰动性大，隧道开挖宽度约为6.3m~7.9m，长4m~5m锚杆（管）不宜施作，且每个开挖断面不规则，尤其是侧壁导坑顶部较尖，爆破开挖成形困难，很难控制超欠挖，同时两侧导坑开挖完成后中间导坑开挖初期支护拱架很难在同一断面正好吻合拼接，施工过程中造成必然的施工安全隐患，同时临时支护拆除步骤繁琐，难度大，作业面较多，对于爆破开挖工序衔接很不利，单个循环施工周期很长，且拆除临时支撑不能重复利用，材料浪费很严重。

（2）CD 法适合软岩及超大断面石质隧道开挖，开挖分部较多，单个分部断面开挖宽度大，施工干扰性小，爆破开挖的石质隧道扰动性较小，隧道开挖宽度约为11m~13.9m，长4m~5m锚杆（管）宜施做，每个开挖断面较规则，超欠挖较好控制，两个导坑开挖完后初期支护拱架可以较好吻合拼接，可较好的确保施工过程中施工安全，作业面较少，对于爆破开挖工序衔接较为有利，单个循环施工周期较双侧壁有所降低，临时支护拆除较为简单，材料浪费少。

7.2 优化方案

7.2.1 FC3FⅢ双侧壁导坑七步法优化为CD法

实际勘测围岩与原设计Ⅲ级围岩相符时，将原设计双侧壁导坑七步开挖法优化为CD 法七步开挖，仰拱快速封闭成环；临时支撑由I18型钢加大为I20b型钢。同时：①对左右侧导坑拱顶初支拱架每榀分别增设2 根Φ42×3.5mm，长度4m 锁脚锚管，对拱部初期支护进行加固，各导坑拱脚位置均采用锁脚锚管进行固定。②下台阶边墙拱架拱脚处在原设计2根Φ42×3.5mm锁脚锚管的基础上增加2根，仰拱施作快速封闭成环。③仰拱拱架与边墙拱脚连接由设计底部顺接法改为侧接法，减少仰拱开挖时对边墙拱脚的扰动。

7.2.2 中隔壁临时支撑拆除

（1）临时支护拆除前该拆除段沉降和收敛量测结果都满足稳定条件：沉降收敛达到稳定的标准为收敛不超过0.2mm/d，拱顶下沉量控制在7d 时间的增量≤2mm；净空位移量控制在7d 间的增量≤4mm。

（2）采取隔3 拆1 的方法，在钢架顶部切开2m~3cm，观测隧道变形量和变形速率，当处于正常范围内时，采取隔1 拆1 的方法，切开钢架顶部，严禁连续切开钢架，以防中隔壁支撑突然失稳倒塌。

（3）分析监控量测数据，当变形稳定后，凿除临时支撑喷射混凝土，逐环拆除钢筋网及钢架。

（4）拆除时采用破碎锤破除喷射混凝土，用氧炔焰割除连接，局部采用人工风镐破碎。临时支护拆除时一次性拆除长度以不大于1m为宜，单循环拆除长度不大于6m，与仰拱施作同步推进。

（5）拆除临时支护过程中应加强监控量测工作，若拆除过程中，量测人员发现拱顶下沉异常时，或观测数据接近设计或计算预警指标时，暂停钢架拆除，并适当采取加固措施。

8 FC3 大断面CD法7步开挖法实际施工效果

表2

9 结论

综上所述，本文以海沧疏港通道工程B 标蔡尖尾山2#隧道FC3分岔段为例，介绍了CD法7步开挖法施工工艺的应用，由于隧道跨度较大，采用CD 法开挖操作后，减少了由于隧道地质原因造成的不稳定因素的影响，确保了工程的顺利进行。