浅析CD法及台阶法在浅埋偏压隧道施工中的综合运用

摘要 山区隧道工程多因为山体斜度较大和岩石节理发育的问题，形成偏压隧道，并且部分区段属于浅埋段，为了解决西南地区复杂地质环境条件下的浅埋偏压隧道进洞和洞身段施工，以成渝高速铁路郭家寺隧道为例，通过CD法进洞施工和分台阶预留核心土带临时仰拱的方法，解决了Ⅴ级软弱围岩下的隧道进洞和洞身施工难题，基于特殊工艺及特点解决施工中的重难点和注意事项，为类似项目提供借鉴。

关键词 浅埋偏压;CD法;台阶法

中图分类号 U455.4 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0144-03

收稿日期：2022-06-02

作者简介：辜文兵（1970—），男，本科，工程师，研究方向：轨道交通工程施工。

0 引言

高速铁路沿线的隧道在西南山区时，浅埋偏压效应均比较常见，在复杂地质条件下进行隧道施工会面临围岩压力、衬砌结构受力影响等施工的重难点，施工方法选择不当，会造成隧道塌方的事故不断出现，给隧道施工带来影响，同时对施工企业也会造成巨大的经济损失。山区的隧道一般有矿山法和新奥法等工艺，解决偏压隧道的施工方法一般通过设计管棚支护、锚杆支护等，该文结合设计与现场的施工环境，提出一种CD法进出洞口，正台阶法施工洞身的方法，通过实际施工对工艺进行研究探讨。

1 工程概况

郭家寺隧道位于四川省内江市东兴区的郭北镇郭家村，郭家寺隧道的里程DK160+525.00～DK161+005.00，全长480 m，为单洞双线隧道，旅客列车设计时速250 km，设计使用年限为100年，洞内采用Ⅲ型板式无砟轨道，铺设60 kg/m钢轨，轨道结构高度742 mm。隧道主体结构位于丘陵地带，地表上面是覆盖的第四系全新的坡洪积软土、松软土和残积的粉质粘土。底层的基岩为侏罗系的泥夹砂岩，隧道区域位于川中山坳，主体结构位于华蓥山断裂带，在断裂带以西。属于单斜岩石构造。隧道区域的地表水主要是山川的沟水，或者是坡面的暂时流水，地下水位第四系土层孔隙水及基岩裂隙水。洞身的土质主要是泥岩和夹砂岩，隧道围岩均为Ⅴ级。

郭家寺隧道的地形处于一个斜交状态，洞口拱顶覆盖层厚度只有3～8 m，埋深浅，属于标准浅埋隧道。隧道两边山体覆盖厚度不一样，并且山坡坡面斜度大，覆土厚度差距有较大的悬殊，洞口两侧相对高程差距达到22 m，地形超级不对称，造成隧道两边的荷载不对称，形成偏压地层，属于典型的浅埋偏压隧道。

2 工艺介紹

2.1 CD法

CD法是以台阶法作为基础演变而来的。在行业内CD法通常称为中隔壁法（Center Diaphragm），其施工方法是将隧道的设计断面分为左右两个部分，同时上下台阶也进行分开，开挖后每个区域都形成一个独立的闭合区间，CD法在软弱围岩的施工中，均先采用机械开挖一个单元，然后进行中隔墙施工，逐步开挖对称一侧。每个单元封闭的时间较短，结构受力均匀稳定，整体变形和沉降也比较小，施工过程中容易进行质量和安全控制，施工的总体原则就是将大跨调整为小跨，逐步封闭。开挖时候扰动土层的范围相对较小，封闭时间短，结构在较短的时间内就达到较好的整体受力状态。临时仰拱和中隔墙对于结构刚度同时起到增强作用，减弱结构变形。CD法适用于地质较差和地质复杂的隧道，如：采用人工开挖，或者是人工加机械开挖的Ⅴ级围岩、浅埋偏压隧道和洞口段。但是CD法的缺点是分解的单元多，工序相对来说比较复杂，整体进度较为缓慢，临时结构的施工和拆除更为困难，成本上来说不占优势[1]。

2.2 台阶法

台阶施工法对于隧道施工也是较为常见的，就是将隧道的上断面先进行开挖，开挖打一定距离后，开挖下断面，上下的断面台阶同步施工，两个台阶的开挖距离长度基本是根据地质条件来确定的，主要是初期支护的时间，以及封闭成环的速度，其次就是断面开挖、支护和出渣的机械设备操作空间，地质较差的围岩隧道，主要考虑支护和封闭成环的因素。

从大的范围划分，台阶法是属于矿山法的一种类型。其结构传力的原理是利用围岩结构的自身承载性能和围护结构共同作用来形成总体的稳定结构。台阶法上下台阶错开同时施工，同时对仰拱、二衬紧跟施工，下面一个台阶的土体是落后于上面一个台阶的，相对与掌子面的距离比较短，为后面的仰拱施工、衬砌施工形成比较好的空间作业环境，非常适合于围岩情况不好的初期支护施工，可以促进二次衬砌和封闭成环。这种施工工艺在隧道或者地下工程应用的最为广泛，并且相对变化的方法有很多，如二台阶法、三台阶法、多步开挖或者环形开挖预留核心土法。断面较高的可以用多台阶方法施工，每层台阶可以选择高度为3.5～4.5 m，或根据人工、机械设备方便操作的台阶高度进行控制。施工过程中根据围岩的变化，适当调整台阶延长或者缩短的长度，确保开挖、支护和施工的安全稳定为基本原则[2]。

3 施工方法

3.1 进出洞口施工

项目经过充分的技术研究，进洞采用CD法进行施工，适应郭家寺隧道Ⅴ级围岩破碎及浅埋段DK160+550～570、DK160+900～980。CD法施工断面图见图1，CD法施工工艺流程图见图2。

CD法进洞具体施工工序为：

工序1：（1）利用前一个环架，施作隧道侧壁及导坑，隧道的侧壁采用φ42 mm小导管超前支护。小导管根据项目情况，选择在现场进行加工，采用气动凿岩机进行钻孔，成孔后采用凿岩机将小导管顶推入孔并灌注水泥浆，小导管前端做成尖锥形。

（2）开挖断面图中单元①的土体。

（3）施作单元①导坑周边的初期支护和临时支护，再进行初喷施工，初喷混凝土的厚度为40 mm，将事先制作好的钢筋网片进行安装，安装完之后将钢架和工字钢安装好，安装锁脚锚杆。

（4）沿着隧道的径向钻孔，安装锚杆，之后喷射混凝土至设计厚度。

工序2：类似工序的施工方法开挖单元②的土体，接长钢架和I18的临时钢架，施工完成径向锚杆后，再次喷射混凝土到设计厚度。

工序3：同样滞后于单元②一段的距离之后，再开挖单元③的土体。

工序4：在单元③开挖一段距离后，再开挖单元④。并且进行导坑之间的初期支护进行施工。施工步骤与工序1一致。

工序5：开挖单元⑤和单元⑥的土体，施工步骤和工序同工序2和工序3.

工序6：监控量测隧道变形的数值，初期支护验收合格后拆除临时钢架结构和灌注单元Ⅶ边墙基础与仰拱，灌注仰拱填充Ⅷ部至设计高程。

3.2 洞身施工

郭家寺隧道的浅埋偏压特性非常强，项目部针对原设计的施工工艺进行优化，采用台阶法带临时仰拱法进行施工。先开挖隧道的上面断面，开挖到一定的距离之后，再进行下一个断面开挖，上下断面同时进行的施工方法。施工工艺流程见图3。

台阶法主要施工工序为：

工序1：开挖单元①后，随即进行上台阶的喷锚支护施工，架设钢架后再次喷射混凝土到设计厚度，形成稳定的承载拱。

钢筋网片在加工棚进行加工，人工挂设，钢筋网片的挂设在初喷混凝土施工完成后进行，并与钢格栅固定牢固，钢筋网片与喷射的混凝土面保持3 cm的距离。

喷射混凝土从下往上进行施工，分片分层进行施工，喷射前清理杂物和积水，保持受喷面干净。

工序2：在单元①开挖施工10～15 m后，进行单元②开挖，施工初期支护。

工序3：在单元②开挖施工10～15 m后开挖单元③，进行仰拱施工，填充混凝土，封闭成环。

工序4：根据围岩量测结果，适时施作二次衬砌，二次衬砌采用泵送混凝土施工，混凝土灌注过程中，用附着式及插入式振捣器振捣，在预埋件位置应该尤其注意混凝土施工质量，并且在钢筋密集的位置，事先进行预防处理，不允许漏振或者不振。

4 监控量测

隧道施工过程中及时进行监控量测，监控的内容主要是拱顶沉降、净空变化等情况，监测的项目设置在同一個断面，测量断面的间距要求和观测点的数量根据围岩的等级和隧道埋深进行确定，其监测的内容见表1[3]。

隧道内部拱顶下沉和洞身收敛量测的数据3～6 h内完成，最迟不得超过24 h，在下一个循环开挖施工前必须监测读取完成[4]。另外，测量的点位应该清楚牢固，并且注意保护不得破坏。隧道上方有建筑物的时候，需要对建筑物也要进行观测，观测建筑物在隧道施工期间的沉降值。

现场测量的数据及时归档和整理，同时根据已测数据与时间的关系进行分析，分析现有的测量数据，预测后续隧道开挖可能的位移、收敛和拱顶沉降，以及地表沉降的最终数值，对下一阶段的隧道施工提供指导。

5 施工注意事项

（1）偏压隧道进洞施工前，进行偏压结构处理，可以采取施工反压墙等结构，减少或者削弱偏压后再进行隧道进洞施工。

（2）临时的中隔壁墙必须在初期支护和仰拱施工完成后，并且隧道测量变形稳定之后才能进行。

（3）对于临时的中隔壁墙施工，必须采用2.5 m以上的锚杆，沿着隧道的横轴线方向布置，底部设置横撑临时结构，加强支护的强度，在工序转换的时候，设置锁脚锚杆，用以减少钢架的下沉。

（4）钢架和纵向连接的钢筋在开挖之后应该立即施工，保证连接牢固，在临时钢架的端头，竖向支撑的底部设置槽钢，作为纵向的托梁。

（5）对于二次衬砌施工，根据监控量测的数据进行确定，浇筑混凝土的时间根据规范指导进行。

（6）仰拱的施工进度需要跟进，不得停留超过规范允许的时间，尤其是软弱围岩的施工期间，必须保证进行施工仰拱，仰拱距离开挖面不得大于35 m。

（7）施工过程中如果遇到破碎带，尽量采用人工开挖，减少对围岩的扰动，并且遵循短进尺、快封闭的原则。

6 结束语

郭家寺隧道的洞口处于严重偏压的状态，围岩为遇水容易风化崩解的软弱围岩，工程地质环境差，施工方法和施工过程控制是项目成功的关键环节。通过项目实践表明，项目采用CD法施工洞口，台阶带临时仰拱的方法施工洞身，是科学的施工工艺，保质保量地完成了项目履约，也证明在项目初期，结合项目施工环境、地质条件等综合情况进行技术方案优化对于隧道安全施工是有必要的。

参考文献

[1]刘会. 偏压浅埋隧道洞口施工技术[J]. 现代隧道技术， 2008（4）： 44-47.

[2]高波. 高速铁路隧道设计[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2010.

[3]高速铁路隧道工程施工技术指南. 铁建设〔2010〕241号.

[4]高速铁路隧道工程施工质量验收标准： TB10753-2010J1149-2011[S]. 北京：中国铁道出版社， 2010.