7、交叉中隔壁法施工实用工艺工法

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Cross Diaphragm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 W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。2.5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W切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(JTG F60)、公路工程质量检验评定标准(JTG F80/1)。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:图1交叉中隔壁工法施工图开挖支护顺序：先开挖部，部全封闭完成810m后开始开挖部，此时 、部同时向前开挖，在部开挖开挖支护完成810m后，再开挖部同样的方式开始开挖部，这样就形成了以-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操作要点施工准备1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622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 7mm的注浆孔，以便钢管进入底 层后对围岩空隙注浆。注入纯水泥浆时，水泥浆水灰比控制在1:0.51:1.25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 1.0MP&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。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.系统径向锚杆（L=4m）隧23图3交叉中隔壁法施工工序横断面丿/42超前小导管（L=3.5m）41横撑临时钢架道中Y心42超前小导管（L=3.5m ） 线 15 6 - 7 LI I a 11-4 i /一22疋位锚杆（L=2m）横撑锁脚锚杆L=4m_ 一壬士二三土-亠二22定位锚杆（L=2m）1部施工超前支护一开挖部一喷混凝土封闭掌子面一施作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）T钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。2部施工开挖部并施作导坑周边的初期支护和临时仰拱，步骤及工序同。3部施工开挖部一喷混凝土封闭掌子面一初喷混凝土一接长型钢钢架和临时钢架并 设锁脚锚杆一钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。4部施工开挖部并施作导坑周边的初期支护和临时仰拱，步骤及工序同。5在滞后于部一段距离后，开挖部；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810m每侧导坑采用正台阶法开挖，上下台阶长度 35m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初期支护施工施工程序：开挖后初喷混凝土一系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢架）一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，以尽早圭寸闭开挖面，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12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 35m8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出U U0/3可正常施工nU0/3 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。3) 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 v 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。627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w 2mm净空位移量控制在7d间的增量w 4m(拱顶下沉量的2倍)。2) 拆除临时支护作业点离最近的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 5 m为宜。拆除顺序为：破除上部中隔墙混凝土一割除上部中隔墙工字钢一破除右侧临 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 临时仰拱工字钢一破除下部中隔墙混凝土一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 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厳工现厉績K捋孚，毘工过喘武壬否制，超前理內班按勿色畝样 段童训丄作其中浏常丄八，訓场技木員3人屮*操含F幵挖、洼浪心丸讲韻期*蓟嗣贾噴人.配立班衆&人，劭抉趣工UA#喷取闱艇二9人八* 7妹合二班25，號克拱处11人，卿養二扎,丹注扛撕脚尉曽5 Z推水3人23k尹居注耀$人，立畤10人 喷嶠議二9入 莊耀応 删旻 鼠5 *5/粽合囚班*-吒立和赭吐5人奔疣、扛期曰营乜人 推水2人.3机6人焊工处人 1$违工E人，仝压札冃札2人，恭狀工3人 耗掘观可机：人，曾疋二5人SFI空可机,8人，出葩牟曰机十人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部、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序号3A单位数量邮郁S1喷射机KSP2000合22112电烬机BX1-315台44333自和汽车红岩32160台224醫斗车1 pc-io :台335强制攪样机JS500台26射流风机SDF-911台1 （在二次村砌模板台车上）7宇压机4L-20/8台48挖掘机PC78台1119r抽水机台212210真空泵台11111注嫁r SGB萨12台J11112p通风机台213詁机rr-28台44449质量控制9.1易出现的质量问题支护不及时，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；各部部距不合理，仰拱（或临时仰拱）距各部掌子面距离太大；拱架落底处承载力不足，落底处不密实或悬空；沉降未稳定，过早拆除中隔壁；喷射混凝土不密实，背后存在空洞。9.2保证措施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 是关键，并要充分运用交叉中隔壁法所赋予的手段，力求在最短时间内用临时仰 拱圭寸闭断面，做到“自圭寸闭”。各工作面要保持一个合理的距离：隧道各相邻掌子面应相距1012m以保证导坑开挖的稳定，各导坑内上下台阶距离35m为宜。每榀钢架分拱、墙两次架成，认真加固拱脚，如采用扩大拱脚、槽钢 支垫、打拱脚锚杆、加强纵向连接等方法，使上部初期支护与围岩形成完整体系。 钢架的拱脚或底脚不得置于虚碴上。924交叉中隔壁法施工的一个关键问题是拆除中壁。在这一作业施工管理 中，最重要的问题是判定中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性；要根据规范或有 关规定，以中壁拆除前的拱顶下沉量（一般一天的下沉量小于2mm）净空收敛值来 定，以及中壁拆除中、中壁拆除后的拱顶下沉增量（不大于6mm作为管理基准。925完成隧道开挖及初期支护后，根据量测结果进行模注二次衬砌的浇注。 926施工过程要认真执行“三严、五及时”的施工原则，三严即严格管理、 严格纪律、严格工艺；五及时即及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及 时修正。927加强综合超前地质预报工作，地质预报时应遵循“长期预报与短期预 报相结合、物探手段与钻孔直接预测相结合、区域性地质预报与掌子面地质预报 相结合”的“三结合”原则。928加强监控量测工作，采用统计分析的方法得出每部封闭时沉降量占总 沉降量的百分比，在施工中可以根据每部的沉降量反算总沉降量，进行动态调整， 确定合理的预留沉降量和施工支护参数。采用综合辅助施工措施进行沉降控制，如高压选喷桩地表预加固、地 表深井降水、超前预注浆、打设锁脚导管、钢支撑脚板增加支垫、仰拱注浆加固、 控制开挖步距、缩短封闭时间等。10安全措施10.1主要安全风险分析在风险识别阶段，由于主观性较大，为了力求识别的准确性、完整性和系统 性，必须确保数据来源的准确和分析的科学性。根据交叉中隔壁法施工特点，在 交叉中隔壁法施工风险管理中，建议采用分解分析、核查表和专家问卷三种相结 合的方法。首先，将收集的数据中所涉及的工程项目按照WBS分解成单位、分部和分项工程。然后将归纳的各种风险事件按照以上介绍的项目风险分类标准加以 分类；如此，将工程结构分解和分类的风险事件作为核查表的横竖列形成风险识 别表。最后，将核查表请专家尤其亲身参加过类似工程的专家加以评价，去伪存 真。根据交叉中隔壁法施工特点，对施工过程中存在的风险进行了分析，具体如 下表：序号施工风险项目潜在损失危险1开挖施工风险直接经济损失、社会信誉损失坍塌、工人伤亡2初期支护施工风险直接经济损失、社会信誉损失坍塌、机械伤害、触电、工人伤亡3拆除中隔壁施工风险直接经济损失坍塌、高处坠落、工人伤亡:4不良地质未探明风险直接经济损失坍塌、涌水、涌泥表5 交叉中隔壁法施工风险项目一览表根据以上隧道的风险分析，应采取适当的方法以确定各风险事件大小的先后 顺序，确定风险事件间的内在联系，把握风险之间的相互关系，并进一步认识风 险发生的概率和引起的损失。在此可借助一此具体的工具和技术，例如：计划评 审方法PERT MC模拟方法、AHP法、故障树法、效用理论、模糊分析法、影响图 分析法等等。10.2保证措施开始施工前，必须对施工工艺中存在的危险源进行辨识并编制安全风 险管理实施方案，并制定相应的应急预案。1022施工机械使用、操作人员条件、检修保养、各种专业施工机具和料具、 施工用电、特殊环境中作业等应严格执行公路工程施工安全技术规程(JTJ076-95)。施工过程中必须对施工人员加强安全技术交底，特殊工种必须经考试合格以后方能上岗。在推广技术和使用新型机械设备时，应对员工进行再培训和 安全教育；进洞人员必须戴好安全帽，洞内作业人员应佩戴防尘面具。禁止无关 人员进洞；开挖作业必须保证安全。开挖时必须减少对围岩的扰动；爆破后检查爆破和开挖面情况，清除瞎炮、残炮和危石；开挖面及未衬砌地段应随时检查，险情应及时处理；开挖工作面与衬砌的距离必须在确保安全并力求减少施工干扰的原 则下合理选定。11环保措施11.1做到临时施工场地布置优化，加强临时防护，施工结束后及时进行迹地 清理、土地平整，并复耕或恢复植被，要做好施工便道路基排水防护，加强施工 过程中的临时防护措施，施工结束后及时迹地整治和道路两侧绿化措施。11.2施工及生活废水的排放遵循清污分流、雨污分流的原则，各种施工废油、 废液集中储积，集中处理，严禁乱流乱淌，防止污染水源，破坏环境。施工作业 产生的污水必须经过沉淀池沉淀，并经净化处理，符合要求后排放。食堂的废水 处理应设置隔油池，定期清理油污，污水经过必要的处理后排入污水管道，施工、 生活污水严禁排入农田和水源。11.3隧道弃砟要堆放在固定的位置，在施工完成后，在隧道弃砟场表面覆盖 种植土，然后对隧道弃砟场进行绿化；隧道弃砟中不得含有有毒有害物质，避免 雨水冲刷后对地表、地下水造成污染。11.4控制炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，减少对空气的污染，节约炸药等能源的消耗。11.5采用分部开挖，充分利用人力和小型机具，减少大型设备数量，从而减 少油料的消耗，达到节能、减排的要求。11.6优化设计支护参数，控制隧道超欠挖，节约锚杆和混凝土的数量，从而 节约建筑材料，起到节约能源的目的。12应用实例12.1工程简介厦门海底隧道是中国大陆第一座海底隧道，是厦门市本岛第三条进出岛公路 通道，连接厦门市本岛和大陆架翔安区，采用钻爆暗挖法施工。隧道规模宏大， 工程全长8.695km,其中海底隧道长6.05km,跨越海域宽约4200m按照高等级公 路三车道标准设计，设计行车速度为 80km/h。隧道最大开挖断面尺寸为17.04mX 12.56m （宽X高），约170用。设计采用三孔隧道方案，两侧为行车主洞各设置3车道，中孔为服务隧道。主洞隧道建筑限界净宽13.50m,净高5.0m。服务隧道建筑限界净宽6.5m,净高6m主洞隧道测设线间距为52m服务隧道与主洞隧道净 间距为22m计算行车速度80 km /h。隧道最深处位于海平面下约 70m最大纵坡 3%左、右线隧道各设通风竖井1座，隧道全线共设12处行人横通道和5处行车 横通道，横通道间距为300m12.2施工情况厦门海底隧道于2005年9月开工建设，2009年6月13日右线贯通，2009年 11月5日全线贯通。该隧道右线出口端在浅滩段有约 900m均采用交叉中隔壁法施 工，四个导坑错开810米分部掘进，每循环掘进上导坑0.51.0m，下导坑1.01.5m；开挖出渣每循环需46小时；安装型钢、喷射混凝土每循环需 68小时, 安装型钢和出渣可同时进行；每天施工在合理安排下可完成2个循环。掘进时必须控制上部临时仰拱距下部掌子面的距离，相距35m （大于下部上台阶高度的1/2 ）较安全。2010年4月26日厦门海底隧道建成通车，交叉中隔壁法连续月掘 进速度超过60米，最高值达73米，创造了同等地质条件下世界特大断面海底隧 道施工进度纪录；填补了我国海底隧道施工技术空白，对我国隧道建设技术的进 步和发展，缩小与世界先进水平的差距，将起到里程碑式的作用。12.3工程结果评价2009年11月5日，厦门海底隧道历时4年多建设全线贯通，该隧道全长 8.695km,隧道最深在海平面下约 70m由我国完全自主设计、施工。设计使用寿 命100年。它的贯通对于探索适合我国国情的海底隧道建造技术，为类似工程的 动工兴建，具有里程碑式的意义。该隧道由两条行车主洞和一条服务中孔构成。主洞宽17.2m,高12m可同时行驶3车。贯通后，厦门岛与翔安区的车程将由1个半小时，缩短至8分钟，大大推动海峡西岸经济区的开发建设。厦门海底隧道拥有数项世界罕见难题一一世界上覆盖层最浅的海底隧道，最 薄处5.7米；行车主洞开挖断面面积达170.7m2，在世界海底隧道建设史上尚属首 例；软弱围岩、富水砂层、风化槽（囊）这些不良地质段规模之大也为世界罕见。 为攻克这些世界级难题，依靠科技进步，加强地质超前预报，使用传统与创新相 结合的办法，因地制宜，安全稳步推进隧道建设。采用当今世界最先进的C6多功能钻机，秉承“有险必探、无险也探、先探后干”的原则，确保建设的每一步都 心中有数；采用“地下连续墙井点降水 +超前小导管”法，成功穿越630多米的富 水砂层；用“全断面帷幕注浆技术”和“注浆小导管技术”，防范了强风化槽施工 的风险。依靠自主创新，厦门海底隧道安全性得到了最大程度保障。其抗腐蚀、抗渗 水度均为最高等级，能抵抗 8级地震，施工工艺达世界顶级水平，工程质量合格 率100%被交通运输部确定成为全国三大样板工程之一。12.4建设效果及施工图片图4 交叉中隔壁工法施工现场全景图图5喷射混凝土施工图图6喷射混凝土施工图图7锁脚锚管现场施工图图8 部开挖出碴现场施工图图9施工通风设备图10脚手架搭设示意图