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1、交叉中隔壁法（CRD）施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-SD-0107-2011第五工程有限公司劉成峰1 前言1.1 工藝工法概況交叉中隔壁法又稱CRD法，是Cross Diaphragm的簡稱，將大斷面隧道分成4個或者6個相對獨立的小洞室分部施工.施工遵循“小分塊、短臺階、短循環、快封閉、勤量測、強支護”的施工原則,自上而下，分塊成環，隨挖隨撐，及時做好初期支護.交叉中隔壁法施工有利于圍巖穩定,保證施工安全，目前主要運用于級圍巖淺埋、偏壓地段以及級圍巖段的隧道施工。1.2 工藝原理交叉中隔壁法施工就是在隧道等地下工程掘進施工中,通過設置中隔壁和臨時仰拱（兩者交叉）將開挖斷面分成4個部分,然2、后再根據圍巖情況細分部進行開挖,此法是以新奧法的基本原理為依據，在開挖過程中盡量減少對圍巖的擾動,通過超前導管、錨噴網、格柵洞壁支護系統和中隔壁、臨時仰拱聯結，使斷面支護及早閉合，控制圍巖的變形，并使之趨于穩定。同時，建立圍巖支護結構監控量測系統，隨時掌握施工過程中的動態變化，合理安排，調整施工工藝和修改設計參數，確保施工安全。2 工藝工法特點2.1各部開挖及支護自上而下，步步成環，及時封閉，各分部封閉成環時間短，中隔壁能有效的阻止支護結構和收斂變形和下沉，在控制地面沉降和土體水平位移等方面優于其他工法。2。2充分利用了中隔壁和臨時仰拱的支撐作用，并輔以超前注漿小導管超前支護、掛網和格柵噴砼等3、支護手段，加之開挖對圍巖擾動小，故大大的提高了施工的安全度。2。3其支護系統能很好的適應圍巖的變化,與圍巖形成一個整體，能充分發揮圍巖的自承能力.2.4能有效應用監控量測等信息化管理方法指導施工，使整個施工過程處于受控狀態。2。5交叉中隔壁法施工作業空間狹小,工序繁多，各部各道工序相互干擾比較大，無法利用大型施工機械，施工速度較慢.3 適用范圍交叉中隔壁法主要適用級大斷面軟弱圍巖鐵路、公路隧道。4 主要引用標準4.1鐵路隧道工程施工安全技術規程(TB10304）、鐵路隧道工程施工質量驗收標準(TB10417）、鐵路隧道工程施工技術指南(TZ204)、鐵路工程測量規范（TB10101)、鐵路混凝4、土工程施工技術指南(TZ210)、公路隧道施工技術規范（JTG F60）、公路工程質量檢驗評定標準(JTG F80/1)。4。2設計圖紙、合同文件。5 施工方法交叉中隔壁法施工時采用將大的斷面劃分為四個部位開挖支護,交叉中隔壁工法分部圖1：圖1 交叉中隔壁工法施工圖開挖支護順序：先開挖部，部全封閉完成810m后開始開挖部，此時、部同時向前開挖，在部開挖開挖支護完成810m后，再開挖部同樣的方式開始開挖部，這樣就形成了以-開挖支護順序的CRD法開挖支護局面，四部同時施做，同時前進。6 工藝流程及操作要點6。1 施工工藝流程交叉中隔壁法施工工藝流程圖見圖2。6。2 操作要點6.2。1 施工準備1風5、水、電管線敷設、施工便道、施工現場布置，機具設備、人員配置、材料裝備、修建防排水設施等。2根據地質勘探資料和施工設計，詳細了解工程地質和水文地質情況，制定相應的施工方法和措施，編制施工組織設計，制定施工監測計劃.施工準備超前地質預報上半部超前支護左（右）上部導坑開挖左（右）上部導坑支護并設臨時仰拱左（右）下部導坑開挖左（右）下部導坑支護右（左）上部導坑開挖右（左）上部導坑支護并設臨時仰拱右（左）下部導坑開挖右（左）下部導坑支護拆除中隔壁臨時支護仰拱澆筑、回填混凝土監控量測下一循環施工圖2 交叉中隔壁法施工工藝流程圖6。2。2 超前小導管施工小導管一般采用無縫鋼管，鋼管前端做成尖楔狀，便于打插6、入孔中或直接打入，在管身前部2.0m范圍內按梅花形布置，鉆7mm的注漿孔，以便鋼管進入底層后對圍巖空隙注漿。注入純水泥漿時,水泥漿水灰比控制在1：0.51：1。25之間,水泥漿由稀到濃逐漸變換，即先注稀漿，然后逐級變濃.為注漿后盡快開挖，選用普通水泥或早強水泥并摻入一定量的水玻璃溶液，以縮短初凝、終凝時間，注漿壓力0。51。0MPa。6。2。3 超前地質預報隧道施工通過超前地質預測預報，可主動獲取地質信息，及時發現異常情況。預報開挖面前方不良地段的位置、規模和性質,為優化、完善設計、制定科學、合理的施工方法提供地質信息依據。為施工提前做好準備，及早制定預案，采取相應的技術和安全措施，以保證施工7、的正常、安全進行。 交叉中隔壁法洞身開挖 交叉中隔壁法施工共將隧道分為六部分,具體劃分為見圖3.圖3 交叉中隔壁法施工工序橫斷面1 部施工超前支護開挖部噴混凝土封閉掌子面施作部導坑周邊的初期支護和臨時支護(按設計初噴混凝土，鋪設鋼筋網，架立型鋼鋼架，設鎖腳錨桿,必要時擴大鋼架拱腳，安設橫撐）鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。 2 部施工開挖部并施作導坑周邊的初期支護和臨時仰拱，步驟及工序同。3 部施工開挖部噴混凝土封閉掌子面初噴混凝土接長型鋼鋼架和臨時鋼架并設鎖腳錨桿鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。4 部施工開挖部并施作導坑周邊的初期支護和臨時仰拱，步驟及工序同。5 在滯后于部一段距離后8、，開挖部;隧底周邊部分按設計初噴混凝土;接長臨時鋼架，復噴混凝土至設計厚度;安設仰拱型鋼鋼架。6 開挖部并施作導坑周邊的初期支護,步驟及工序同5。并使型鋼鋼架之封閉成環。采用交叉中隔壁法施工，將隧道共分四部分完成.相鄰開挖導坑施工間隔為810m,每側導坑采用正臺階法開挖，上下臺階長度35m。分部開挖后及時施作臨時支護和初期支護，使分部支護成環，各部每次開挖進尺不大于1m。6.2。5 初期支護施工施工程序：開挖后初噴混凝土系統支護施工（錨桿、鋼筋網、鋼架）復噴混凝土至設計厚度。1開挖完成后，檢查斷面并對欠挖部分進行處理，及時進行混凝土的初噴,以盡早封閉開挖面，確保施工安全，混凝土初噴厚度不小于49、cm，且不大于6cm。為了保證初噴厚度，可根據現場施工情況在拱頂掛設金屬網。 2 初噴完畢后進行鋼支撐的架設，鋼支撐縱向連接采用螺紋鋼筋連接，按照設計設置鋼支撐及連接鋼筋的間距。3 鋼支撐施工完畢后進行鋼筋網的安設，鋼筋網搭接長度應為12個網格邊長，鋼筋網必須和工字鋼焊接牢固。4 安設鋼拱架,每榀鋼架分拱、墻兩次架成，鋼架的拱腳或腳底不得置于虛碴上，若是虛碴則先夯實，用混凝土找平并支墊槽鋼或砼預制塊，然后再架設鋼拱架。5 鋼筋網施工完畢后進行復噴，復噴至設計厚度。6 鎖腳錨管要緊隨鋼拱架施作，鎖腳小導管與拱架焊接必須牢固.7 臨時仰拱距掌子面距離要嚴格控制，一般為35m。8 錨桿按照設計要求布10、設，錨桿鉆眼安裝時要求定位要準確,鉆孔應與圍巖壁面或其所在部位巖層的主要結構面垂直，鉆孔深度應大于錨桿設計長度10cm.6。2.6 監控測量監控測量工作必須緊接開挖、支護作業，應按設計要求進行布點和監控，并根據現場施工情況及時調整測量項目和內容，量測數據應及時分析處理，并與工程類比法相結合,及時調整支護參數或施工決策。1 監測項目交叉中隔壁法施工主要監測項具體見下表:表1 監控量測必測項目序號監測施工測試方法和儀器測試精度備 注1洞內、外觀察人工觀察、地質羅盤2凈空變化收斂計0.1mm一般進行水平收斂量測全站儀1mm一般進行三維多點量測3拱頂下沉水準測量，水準儀、銦鋼尺0.1mm4地表下沉水準11、測量,水準儀、塔尺0.5mm淺埋隧道必測（H02B）2 測量結果分析在取得監測數據后,及時由專業監測人員真理分析監測數據。結合圍巖、支護受力及變形情況，進行分析判斷，將實測值與允許值進行比較，及時繪制各種變形或應力時間關系曲線,預測變形發展趨向及圍巖和隧道結構的安全狀況，并將結果反饋給設計、監理、從而實現動態設計、動態施工.3 圍巖穩定性判定圍巖穩定性的綜合判別，應根據量測結果按以下方法進行。1）按變形管理等級指導施工，見表2.表2 變形管理等級表管理等級管理位移施工狀態UU0/3可正常施工U0/3U2U0/3應加強支護U2U0/3停工，采取特殊措施后方可施工注：U為實測位移值；U0為最大允許12、位移值2）根據位移變化速度判別凈空變化速度持續大于5.0mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護。水平收斂(拱腳附近）速度小于0。2mm/d，拱頂下沉速度小于0。15mm/d，圍巖基本達到穩定.在淺埋地段以及膨脹性和擠壓性圍巖等情況下，應采用監控量測分析判別.3）根據位移時狀態曲線的形態來判別當圍巖位移速率不斷下降時（du2/d2t0),圍巖趨于穩定狀態；當圍巖位移速率保持不變時（du2/d2t=0),圍巖不穩定，應加強支護;當圍巖位移速率不斷上升時（du2/d2t0），圍巖進入危險狀態,必須立即停止掘進，加強支護。圍巖穩定性判別是一項很復雜的也是非常重要的工作，必須結合具體工程情況采13、用上述幾種判別準則進行綜合評判。 臨時支護拆除1 拆除的前提條件支護拆除前必須保證拆除段的永久支護已經封閉完成，且結構符合規范和設計要求。實踐證明:封閉后若背后存在空隙、空洞，初支仍然會有一定量的變形，甚至會開裂。此時的初期支護為半剛性結構,必須加強注漿回填工作，充填初支背后空隙、空洞，增強初支的剛性，避免因拆除中隔壁引起初支下沉和變形，導致隧道出現險情。2 拆除判定標準及原則1）拆除的判定標準規定如下:支護拆除前該拆除段沉降和收斂量測結果都滿足穩定條件，沉降收斂達到穩定的標準為收斂不超過0.2mm/d。拱頂下沉量控制在7d時間的增量2mm；凈空位移量控制在7d間的增量4mm(拱頂下沉量的2倍14、)。2)拆除臨時支護作業點離最近的部開挖掌子面距離不得小于60m，臨時支護拆除后能盡快進行二次襯砌支護，確保隧道結構的穩定和安全。3）加密布置監控量測點，做好監控量測工作，拆除期間認真分析監控量測結果,若有異常情況，停止拆除作業,確保施工安全。3 拆除順序拆除時采用破碎錘破除噴射混凝土，用氧炔焰割除連接，局部采用風鎬破碎。臨時支護拆除時一次性拆除長度以不大于5m為宜。拆除順序為：破除上部中隔墻混凝土割除上部中隔墻工字鋼破除右側臨時仰拱混凝土破除左側臨時仰拱混凝土割除右側臨時仰拱工字鋼割除左側臨時仰拱工字鋼破除下部中隔墻混凝土割除下部中隔墻工字鋼。7 勞動力組織應根據開挖斷面大小,機械化程度高低15、及作業空間能否允許各主要工序間開展平行作業或影響各主要工序間開展平行作業程度等因素來確定勞動力配置。以某三車道公路隧道CRD法施工為例：現場共分6個組，即一個技術組、五個綜合班。技術組負責施工現場的技術和測量量測工作；綜合班分別負責交叉中隔壁部開挖支護工作.機械班負責機械、管路等的維修和機械開挖、出碴工作，如表3所示，供參考。表3 某公路隧道CRD法施工勞動力配置表8主要機具設備機械設備配置以先進、高效、適用、配套為原則，投入的主要施工機械設備的規格型號和數量必須充分滿足交叉中隔壁法施工工藝的需要。由于施工工序眾多，施工機械和設備要盡可能的部、部協調配合使用,充分發揮施工機具的最大效益。做到配16、套合理，經濟實用。某三車道公路隧道CRD法施工機械設備配置如表4所示，供參考.表4 某公路隧道CRD法施工機械設備配置表9 質量控制9.1 易出現的質量問題 支護不及時，封閉不及時，開挖后圍巖暴露時間過長，造成擾動松動圈擴大;9。1。2 各部部距不合理,仰拱（或臨時仰拱）距各部掌子面距離太大；9。1.3 拱架落底處承載力不足，落底處不密實或懸空;9.1。4 沉降未穩定，過早拆除中隔壁；9。1。5 噴射混凝土不密實，背后存在空洞。9.2 保證措施9.2。1導坑施工是隧道施工中的一個重要環節，必須十分重視保護圍巖，盡量減少對圍巖的擾動,施工中應采用機械開挖、人工配合，少使用爆破,以減少對圍巖的擾動17、。噴射砼緊隨開挖掌子面施作。由于圍巖松軟，因此及時封閉斷面是關鍵,并要充分運用交叉中隔壁法所賦予的手段，力求在最短時間內用臨時仰拱封閉斷面，做到“自封閉”。9。2。2各工作面要保持一個合理的距離：隧道各相鄰掌子面應相距1012m,以保證導坑開挖的穩定，各導坑內上下臺階距離35m為宜。9。2.3每榀鋼架分拱、墻兩次架成,認真加固拱腳，如采用擴大拱腳、槽鋼支墊、打拱腳錨桿、加強縱向連接等方法，使上部初期支護與圍巖形成完整體系.鋼架的拱腳或底腳不得置于虛碴上。9。2.4 交叉中隔壁法施工的一個關鍵問題是拆除中壁。在這一作業施工管理中,最重要的問題是判定中壁拆除時間和中壁拆除后的安全性；要根據規范或有18、關規定，以中壁拆除前的拱頂下沉量（一般一天的下沉量小于2mm)、凈空收斂值來定，以及中壁拆除中、中壁拆除后的拱頂下沉增量（不大于6mm)作為管理基準。9。2。5 完成隧道開挖及初期支護后，根據量測結果進行模注二次襯砌的澆注。施工過程要認真執行“三嚴、五及時”的施工原則，三嚴即嚴格管理、嚴格紀律、嚴格工藝；五及時即及時支護、及時封閉、及時量測、及時反饋、及時修正。9。2。7加強綜合超前地質預報工作，地質預報時應遵循“長期預報與短期預報相結合、物探手段與鉆孔直接預測相結合、區域性地質預報與掌子面地質預報相結合”的“三結合”原則。9.2。8 加強監控量測工作，采用統計分析的方法得出每部封閉時沉降量占19、總沉降量的百分比，在施工中可以根據每部的沉降量反算總沉降量，進行動態調整，確定合理的預留沉降量和施工支護參數.9.2。9采用綜合輔助施工措施進行沉降控制，如高壓選噴樁地表預加固、地表深井降水、超前預注漿、打設鎖腳導管、鋼支撐腳板增加支墊、仰拱注漿加固、控制開挖步距、縮短封閉時間等。10 安全措施10.1主要安全風險分析在風險識別階段，由于主觀性較大，為了力求識別的準確性、完整性和系統性，必須確保數據來源的準確和分析的科學性.根據交叉中隔壁法施工特點，在交叉中隔壁法施工風險管理中，建議采用分解分析、核查表和專家問卷三種相結合的方法。首先，將收集的數據中所涉及的工程項目按照WBS分解成單位、分部和20、分項工程.然后將歸納的各種風險事件按照以上介紹的項目風險分類標準加以分類；如此，將工程結構分解和分類的風險事件作為核查表的橫豎列形成風險識別表.最后，將核查表請專家尤其親身參加過類似工程的專家加以評價，去偽存真.根據交叉中隔壁法施工特點，對施工過程中存在的風險進行了分析，具體如下表：序號施工風險項目潛在損失危險1開挖施工風險直接經濟損失、社會信譽損失坍塌、工人傷亡2初期支護施工風險直接經濟損失、社會信譽損失坍塌、機械傷害、觸電、工人傷亡3拆除中隔壁施工風險直接經濟損失坍塌、高處墜落、工人傷亡4不良地質未探明風險直接經濟損失坍塌、涌水、涌泥表5 交叉中隔壁法施工風險項目一覽表根據以上隧道的風險分21、析，應采取適當的方法以確定各風險事件大小的先后順序，確定風險事件間的內在聯系，把握風險之間的相互關系，并進一步認識風險發生的概率和引起的損失。在此可借助一此具體的工具和技術，例如：計劃評審方法PERT、MC模擬方法、AHP法、故障樹法、效用理論、模糊分析法、影響圖分析法等等.10。2保證措施 開始施工前，必須對施工工藝中存在的危險源進行辨識并編制安全風險管理實施方案，并制定相應的應急預案.10.2。2 施工機械使用、操作人員條件、檢修保養、各種專業施工機具和料具、施工用電、特殊環境中作業等應嚴格執行公路工程施工安全技術規程（JTJ 076-95）。 施工過程中必須對施工人員加強安全技術交底,特22、殊工種必須經考試合格以后方能上崗。在推廣技術和使用新型機械設備時，應對員工進行再培訓和安全教育;10。2.4 進洞人員必須戴好安全帽,洞內作業人員應佩戴防塵面具.禁止無關人員進洞；10.2。5 開挖作業必須保證安全。開挖時必須減少對圍巖的擾動；10.2。6 爆破后檢查爆破和開挖面情況,清除瞎炮、殘炮和危石； 開挖面及未襯砌地段應隨時檢查，險情應及時處理;10.2。8 開挖工作面與襯砌的距離必須在確保安全并力求減少施工干擾的原則下合理選定。11 環保措施11.1做到臨時施工場地布置優化,加強臨時防護，施工結束后及時進行跡地清理、土地平整，并復耕或恢復植被，要做好施工便道路基排水防護，加強施工過程23、中的臨時防護措施，施工結束后及時跡地整治和道路兩側綠化措施。11。2 施工及生活廢水的排放遵循清污分流、雨污分流的原則,各種施工廢油、廢液集中儲積,集中處理，嚴禁亂流亂淌，防止污染水源，破壞環境。施工作業產生的污水必須經過沉淀池沉淀，并經凈化處理，符合要求后排放.食堂的廢水處理應設置隔油池,定期清理油污，污水經過必要的處理后排入污水管道，施工、生活污水嚴禁排入農田和水源。11。3 隧道棄砟要堆放在固定的位置,在施工完成后，在隧道棄砟場表面覆蓋種植土，然后對隧道棄砟場進行綠化；隧道棄砟中不得含有有毒有害物質，避免雨水沖刷后對地表、地下水造成污染。 11.4控制炸藥爆炸產生的有害氣體和粉塵含量，減24、少對空氣的污染，節約炸藥等能源的消耗。 11.5采用分部開挖,充分利用人力和小型機具，減少大型設備數量，從而減少油料的消耗，達到節能、減排的要求. 11。6優化設計支護參數,控制隧道超欠挖，節約錨桿和混凝土的數量,從而節約建筑材料，起到節約能源的目的。12 應用實例12。1工程簡介廈門海底隧道是中國大陸第一座海底隧道，是廈門市本島第三條進出島公路通道，連接廈門市本島和大陸架翔安區，采用鉆爆暗挖法施工。隧道規模宏大,工程全長8。695km，其中海底隧道長6.05km，跨越海域寬約4200m，按照高等級公路三車道標準設計，設計行車速度為80km/h。隧道最大開挖斷面尺寸為17.04m12。56m（25、寬高），約170m2。設計采用三孔隧道方案，兩側為行車主洞各設置3車道，中孔為服務隧道.主洞隧道建筑限界凈寬13.50m，凈高5。0m。服務隧道建筑限界凈寬6.5m，凈高6m.主洞隧道測設線間距為52m,服務隧道與主洞隧道凈間距為22m。計算行車速度80 km /h。隧道最深處位于海平面下約70m,最大縱坡3。左、右線隧道各設通風豎井1座,隧道全線共設12處行人橫通道和5處行車橫通道，橫通道間距為300m.12.2 施工情況廈門海底隧道于2005年9月開工建設，2009年6月13日右線貫通，2009年11月5日全線貫通.該隧道右線出口端在淺灘段有約900m均采用交叉中隔壁法施工，四個導坑錯開826、10米分部掘進，每循環掘進上導坑0。51。0m，下導坑1.01。5m;開挖出渣每循環需46小時；安裝型鋼、噴射混凝土每循環需68小時,安裝型鋼和出渣可同時進行；每天施工在合理安排下可完成2個循環。掘進時必須控制上部臨時仰拱距下部掌子面的距離，相距35m(大于下部上臺階高度的1/2）較安全。2010年4月26日廈門海底隧道建成通車,交叉中隔壁法連續月掘進速度超過60米，最高值達73米，創造了同等地質條件下世界特大斷面海底隧道施工進度紀錄;填補了我國海底隧道施工技術空白，對我國隧道建設技術的進步和發展，縮小與世界先進水平的差距，將起到里程碑式的作用。12.3 工程結果評價2009年11月5日，廈門27、海底隧道歷時4年多建設全線貫通，該隧道全長8.695km，隧道最深在海平面下約70m,由我國完全自主設計、施工.設計使用壽命100年.它的貫通對于探索適合我國國情的海底隧道建造技術,為類似工程的動工興建，具有里程碑式的意義。該隧道由兩條行車主洞和一條服務中孔構成。主洞寬17。2m，高12m，可同時行駛3車。貫通后，廈門島與翔安區的車程將由1個半小時，縮短至8分鐘，大大推動海峽西岸經濟區的開發建設。廈門海底隧道擁有數項世界罕見難題-世界上覆蓋層最淺的海底隧道,最薄處5。7米；行車主洞開挖斷面面積達170。7m2,在世界海底隧道建設史上尚屬首例;軟弱圍巖、富水砂層、風化槽（囊)這些不良地質段規模之28、大也為世界罕見.為攻克這些世界級難題,依靠科技進步,加強地質超前預報，使用傳統與創新相結合的辦法，因地制宜，安全穩步推進隧道建設。采用當今世界最先進的C6多功能鉆機，秉承“有險必探、無險也探、先探后干”的原則,確保建設的每一步都心中有數；采用“地下連續墻井點降水+超前小導管”法，成功穿越630多米的富水砂層；用“全斷面帷幕注漿技術”和“注漿小導管技術”，防范了強風化槽施工的風險.依靠自主創新，廈門海底隧道安全性得到了最大程度保障。其抗腐蝕、抗滲水度均為最高等級，能抵抗8級地震，施工工藝達世界頂級水平,工程質量合格率100%，被交通運輸部確定成為全國三大樣板工程之一.12。4 建設效果及施工圖片圖4 交叉中隔壁工法施工現場全景圖 圖5 噴射混凝土施工圖圖6 噴射混凝土施工圖圖7 鎖腳錨管現場施工圖圖8 部開挖出碴現場施工圖圖9 施工通風設備圖10 腳手架搭設示意圖