7、交叉中隔壁法施工工艺工法

1交叉中隔壁法（CRD）施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0107-2011第五工程有限公司刘成峰1前言1.1工艺工法概况交叉中隔壁法又称CRD法，是CrossDiaphragm的简称，将大断面隧道分成4个或者6个相对独立的小洞室分部施工。施工遵循“小分块、短台阶、短循环、快封闭、勤量测、强支护”的施工原则,自上而下,分块成环,随挖随撑,及时做好初期支护。交叉中隔壁法施工有利于围岩稳定，保证施工安全，目前主要运用于Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段以及Ⅴ级围岩段的隧道施工。1.2工艺原理交叉中隔壁法施工就是在隧道等地下工程掘进施工中，通过设置中隔壁和临时仰拱（两者交叉）将开挖断面分成4个部分，然后再根据围岩情况细分部进行开挖，此法是以新奥法的基本原理为依据，在开挖过程中尽量减少对围岩的扰动，通过超前导管、锚喷网、格栅洞壁支护系统和中隔壁、临时仰拱联结，使断面支护及早闭合，控制围岩的变形，并使之趋于稳定。同时，建立围岩支护结构监控量测系统，随时掌握施工过程中的动态变化，合理安排，调整施工工艺和修改设计参数，确保施工安全。2工艺工法特点2.1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，中隔壁能有效的阻止支护结构和收敛变形和下沉，在控制地面沉降和土体水平位移等方面优于其他工法。2.2充分利用了中隔壁和临时仰拱的支撑作用，并辅以超前注浆小导管超前支护、挂网和格栅喷砼等支护手段，加之开挖对围岩扰动小，故大大的提高了施工的安全度。2.3其支护系统能很好的适应围岩的变化，与围岩形成一个整体，能充分发挥围岩的自承能力。2.4能有效应用监控量测等信息化管理方法指导施工，使整个施工过程处于受控状态。22.5交叉中隔壁法施工作业空间狭小，工序繁多，各部各道工序相互干扰比较大，无法利用大型施工机械，施工速度较慢。3适用范围交叉中隔壁法主要适用Ⅳ～Ⅵ级大断面软弱围岩铁路、公路隧道。4主要引用标准4.1《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304)、《铁路隧道工程施工质量验收标准》(TB10417)、《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204)、《铁路工程测量规范》(TB10101)、《铁路混凝土工程施工技术指南》(TZ210)、《公路隧道施工技术规范》（JTGF60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1）。4.2设计图纸、合同文件。5施工方法交叉中隔壁法施工时采用将大的断面划分为四个部位开挖支护，交叉中隔壁工法分部图1：4132图1交叉中隔壁工法施工图开挖支护顺序：先开挖①部，①部全封闭完成8～10m后开始开挖②部，此时①、②部同时向前开挖，在②部开挖开挖支护完成8～10m后，再开挖③部……同样的方式开始开挖④部，这样就形成了以①-②-③-④开挖支护顺序的CRD法开挖支护局面，四部同时施做，同时前进。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程交叉中隔壁法施工工艺流程图见图2。6.2操作要点6.2.1施工准备31风、水、电管线敷设、施工便道、施工现场布置，机具设备、人员配置、材料装备、修建防排水设施等。2根据地质勘探资料和施工设计，详细了解工程地质和水文地质情况，制定相应的施工方法和措施，编制施工组织设计，制定施工监测计划。图2交叉中隔壁法施工工艺流程图6.2.2超前小导管施工小导管一般采用无缝钢管，钢管前端做成尖楔状，便于打插入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范围内按梅花形布置，钻φ7mm的注浆孔，以便钢管进入底层后对围岩空隙注浆。施工准备超前地质预报上半部超前支护左（右）上部导坑开挖左（右）上部导坑支护并设临时仰拱左（右）下部导坑开挖左（右）下部导坑支护右（左）上部导坑开挖右（左）上部导坑支护并设临时仰拱右（左）下部导坑开挖右（左）下部导坑支护拆除中隔壁临时支护仰拱浇筑、回填混凝土监控量测下一循环施工4注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比控制在1:0.5～1:1.25之间，水泥浆由稀到浓逐渐变换，即先注稀浆，然后逐级变浓。为注浆后尽快开挖，选用普通水泥或早强水泥并掺入一定量的水玻璃溶液，以缩短初凝、终凝时间，注浆压力0.5～1.0MPa。6.2.3超前地质预报隧道施工通过超前地质预测预报，可主动获取地质信息，及时发现异常情况。预报开挖面前方不良地段的位置、规模和性质，为优化、完善设计、制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。为施工提前做好准备，及早制定预案，采取相应的技术和安全措施，以保证施工的正常、安全进行。6.2.4交叉中隔壁法洞身开挖交叉中隔壁法施工共将隧道分为六部分，具体划分为见图3.图3交叉中隔壁法施工工序横断面1①部施工超前支护→开挖①部→喷混凝土封闭掌子面→施作①部导坑周边的初期支护和临时支护(按设计初喷混凝土，铺设钢筋网，架立型钢钢架，设锁脚锚杆，必要时扩大钢架拱脚，安设横撑)→钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。2②部施工开挖②部并施作导坑周边的初期支护和临时仰拱，步骤及工序同⑴。3③部施工隧道中心线临时钢架横撑横撑系统径向锚杆（L=4m）Φ42超前小导管（L=3.5m）Φ42超前小导管（L=3.5m）约400约600Φ22定位锚杆（L=2m）Φ22定位锚杆（L=2m）123456锁脚锚杆L=4m5开挖③部→喷混凝土封闭掌子面→初喷混凝土→接长型钢钢架和临时钢架并设锁脚锚杆→钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。4④部施工开挖④部并施作导坑周边的初期支护和临时仰拱，步骤及工序同⑶。5在滞后于④部一段距离后，开挖⑤部；隧底周边部分按设计初喷混凝土；接长临时钢架，复喷混凝土至设计厚度；安设仰拱型钢钢架。6开挖⑥部并施作导坑周边的初期支护，步骤及工序同5。并使型钢钢架之封闭成环。采用交叉中隔壁法施工，将隧道共分四部分完成。相邻开挖导坑施工间隔为8～10m，每侧导坑采用正台阶法开挖，上下台阶长度3～5m。分部开挖后及时施作临时支护和初期支护，使分部支护成环，各部每次开挖进尺不大于1m。6.2.5初期支护施工施工程序：开挖后初喷混凝土→系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢架）→复喷混凝土至设计厚度。1开挖完成后，检查断面并对欠挖部分进行处理，及时进行混凝土的初喷，以尽早封闭开挖面，确保施工安全，混凝土初喷厚度不小于4cm，且不大于6cm。为了保证初喷厚度，可根据现场施工情况在拱顶挂设金属网。2初喷完毕后进行钢支撑的架设，钢支撑纵向连接采用螺纹钢筋连接，按照设计设置钢支撑及连接钢筋的间距。3钢支撑施工完毕后进行钢筋网的安设，钢筋网搭接长度应为1～2个网格边长，钢筋网必须和工字钢焊接牢固。4安设钢拱架，每榀钢架分拱、墙两次架成，钢架的拱脚或脚底不得置于虚碴上，若是虚碴则先夯实，用混凝土找平并支垫槽钢或砼预制块，然后再架设钢拱架。5钢筋网施工完毕后进行复喷，复喷至设计厚度。6锁脚锚管要紧随钢拱架施作，锁脚小导管与拱架焊接必须牢固。7临时仰拱距掌子面距离要严格控制，一般为3～5m。8锚杆按照设计要求布设，锚杆钻眼安装时要求定位要准确，钻孔应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直，钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm。6.2.6监控测量监控测量工作必须紧接开挖、支护作业，应按设计要求进行布点和监控，并根据现场施工情况及时调整测量项目和内容，量测数据应及时分析处理，并与工6程类比法相结合，及时调整支护参数或施工决策。1监测项目交叉中隔壁法施工主要监测项具体见下表：表1监控量测必测项目序号监测施工测试方法和仪器测试精度备注1洞内、外观察人工观察、地质罗盘2净空变化收敛计0.1mm一般进行水平收敛量测全站仪1mm一般进行三维多点量测3拱顶下沉水准测量，水准仪、铟钢尺0.1mm4地表下沉水准测量，水准仪、塔尺0.5mm浅埋隧道必测（H0≤2B）2测量结果分析在取得监测数据后，及时由专业监测人员真理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，并将结果反馈给设计、监理、从而实现动态设计、动态施工。3围岩稳定性判定围岩稳定性的综合判别，应根据量测结果按以下方法进行。1）按变形管理等级指导施工，见表2。表2变形管理等级表管理等级管理位移施工状态ⅢU＜U0/3可正常施工ⅡU0/3≤U≤2U0/3应加强支护ⅠU≥2U0/3停工，采取特殊措施后方可施工注：U为实测位移值；U0为最大允许位移值2）根据位移变化速度判别净空变化速度持续大于5.0mm/d时，围岩处于急剧变形状态，应加强初期支护。水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d，拱顶下沉速度小于0.15mm/d，围岩基本达到稳定。在浅埋地段以及膨胀性和挤压性围岩等情况下，应采用监控量测分析判别。73）根据位移时状态曲线的形态来判别当围岩位移速率不断下降时（du2/d2t＜0），围岩趋于稳定状态；当围岩位移速率保持不变时（du2/d2t=0），围岩不稳定，应加强支护；当围岩位移速率不断上升时（du2/d2t＞0），围岩进入危险状态，必须立即停止掘进，加强支护。围岩稳定性判别是一项很复杂的也是非常重要的工作，必须结合具体工程情况采用上述几种判别准则进行综合评判。6.2.7临时支护拆除1拆除的前提条件支护拆除前必须保证拆除段的永久支护已经封闭完成，且结构符合规范和设计要求。实践证明：封闭后若背后存在空隙、空洞，初支仍然会有一定量的变形，甚至会开裂。此时的初期支护为半刚性结构，必须加强注浆回填工作，充填初支背后空隙、空洞，增强初支的刚性，避免因拆除中隔壁引起初支下沉和变形，导致隧道出现险情。2拆除判定标准及原则1）拆除的判定标准规定如下：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（拱顶下沉量的2倍）。2）拆除临时支护作业点离最近的④部开挖掌子面距离不得小于60m，临时支护拆除后能尽快进行二次衬砌支护，确保隧道结构的稳定和安全。3）加密布置监控量测点，做好监控量测工作，拆除期间认真分析监控量测结果，若有异常情况，停止拆除作业，确保施工安全。3拆除顺序拆除时采用破碎锤破除喷射混凝土，用氧炔焰割除连接，局部采用风镐破碎。临时支护拆除时一次性拆除长度以不大于5m为宜。拆除顺序为：破除上部中隔墙混凝土→割除上部中隔墙工字钢→破除右侧临时仰拱混凝土→破除左侧临时仰拱混凝土→割除右侧临时仰拱工字钢→割除左侧临时仰拱工字钢→破除下部中隔墙混凝土→割除下部中隔墙工字钢。7劳动力组织应根据开挖断面大小，机械化程度高低及作业空间能否允许各主要工序间开8展平行作业或影响各主要工序间开展平行作业程度等因素来确定劳动力配置。以某三车道公路隧道CRD法施工为例：现场共分6个组，即一个技术组、五个综合班。技术组负责施工现场的技术和测量量测工作；综合班分别负责交叉中隔壁①②③④部开挖支护工作。机械班负责机械、管路等的维修和机械开挖、出碴工作，如表3所示，供参考。表3某公路隧道CRD法施工劳动力配置表8主要机具设备机械设备配置以先进、高效、适用、配套为原则，投入的主要施工机械设备的规格型号和数量必须充分满足交叉中隔壁法施工工艺的需要。由于施工工序众多，施工机械和设备要尽可能的①③部、②④部协调配合使用，充分发挥施工机具的最大效益。做到配套合理，经济实用。某三车道公路隧道CRD法施工机械设备配置如表4所示，供参考。表4某公路隧道CRD法施工机械设备配置表99质量控制9.1易出现的质量问题9.1.1支护不及时，封闭不及时，开挖后围岩暴露时间过长，造成扰动松动圈扩大；9.1.2各部部距不合理，仰拱（或临时仰拱）距各部掌子面距离太大；9.1.3拱架落底处承载力不足，落底处不密实或悬空；9.1.4沉降未稳定，过早拆除中隔壁；9.1.5喷射混凝土不密实，背后存在空洞。9.2保证措施9.2.1导坑施工是隧道施工中的一个重要环节，必须十分重视保护围岩，尽量减少对围岩的扰动，施工中应采用机械开挖、人工配合，少使用爆破，以减少对围岩的扰动。喷射砼紧随开挖掌子面施作。由于围岩松软，因此及时封闭断面