论文部分内容阅读
【摘 要】优化CRD工法是针对隧道围岩极其破碎段或隧道埋深较浅、地质条件相对复杂段，开挖及支护的一种特殊方法。该工法采用6部分部预留核心土开挖掌子面，并利用临时仰拱、临时支撑，配合超前支护预加固等形式进行加强支护围岩。
【关键词】隧道；优化CRD工法；施工
Optimization of engineering methods in the tunnel under the CRD through Expressway
Liu Guo-xu
（China Railway Tunnel Group Co.， Ltd. No.1 company Chongqing 404013）
【Abstract】CRD construction method is optimal for the broken section of the tunnel or the tunnel wall rock is extremely shallow depth， relatively complex geological conditions section of excavation and support of a special method. Part 6 of the Ministry of Public Act set aside by the core of earth excavating face， and invert the use of temporary， temporary support， with the advance support and other forms of pre-reinforcement to enhance support rock.
【Key words】Tunnel；Optimization CRD engineering methods；Construction
1. 工程概况
笔架山隧道出口段DK222+250～+304下穿沈海高速公路，根据开挖后揭示地质情况，表层为MIQ人工填碎石土间夹块石，厚为1.5～2.0m；下伏浅红色二长花岗岩，中粗粒结构，弱风化，岩体完整，岩体质地坚硬。埋深浅，地质复杂，施工难度较大。
图1
2. 施工方法
2.1 施工工序：
2.1.1 利用上一循环架立的钢架施做隧道及中隔壁超前支护，机械或控制性弱爆破开挖①部，喷8cm厚混凝土锚网喷封闭掌子面，根据松散情况进行断面注浆加固。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.2 在滞后于①部0.6m左右距离后，机械或控制性弱爆破开挖②部。喷8cm后混凝土锚网喷封闭掌子面。施做②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.3 在滞后于②部0.6m左右距离后预留断面中部核心土开挖③部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.4 预留断面中部核心土开挖④部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.5 开挖核心土并封闭掌子面，采用锚杆将岩块与岩块间锚固，并挂网喷浆。
2.1.6 开挖⑤、⑥部并施做导坑周边的初期支护（⑤、⑥部错开施工）。
2.1.7 灌注仰拱及填充砼。
2.2 施工方法示意图（见图1、图2）：
图2
2.3 加强掌子面稳定措施：
2.3.1 根据围岩情况在拱部局部设置超前小导管注浆加固。在上下部拱架连接处设置锁脚注浆钢管。
2.3.2 每开挖一部完成后，对掌子面封闭采用喷射砼、锚杆、钢筋网等支护，对于松散体视情况采用断面注浆固结。在周边初期支护完成后，上部采取小导管注浆固结原高速路填筑物、并填充钢架与喷射砼之间的空隙，保证高速公路路面底部与隧道初支充分接触。二次衬砌结束后对二次衬砌与初期支护进行回填注浆，保证隧道结构的整体性。
2.3.3 施工期间暗挖采用控制松动爆破，特别是下部开挖时采用分块分段微差松动爆破以减小震动，振动速度满足设置要求。
2.3.4 施工应坚持"控制性弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则，并保证二次衬砌紧跟掌子面。
3. 施工工序
初喷立钢拱架 施作系统锚杆 挂钢筋网 复喷混凝土 小导管安装及注浆
4. 爆破设计
（1）根据本工程地质情况及采取的施工方法，采用多钻孔、间隔炮孔装药，分段分层微差松动爆破的方式，主要是针对台阶下部及隧底开挖，每段长度1.5m以内、宽度3m左右；对于上部周边土层采用机械开挖。
（2）隧道爆破设计主要确保下部暗挖与新增1、6车道行走时振动影响，考虑到施工中爆破的直接接触，1、6车道边缘距离附近2、5车道边缘为2m，保持一定距离。根据《爆破施组》车道施工顺序，实际上只考虑开挖距离1、6车道在2～11m之间的隧道爆破作业影响，据此确定最大单段爆破用量。隧道掘进爆破作业，设计图纸允许隧道爆破的最大振速控制在6cm/s的要求。
单段最大炸药用量的计算
V=K（Q1/3/R）α
式中
V为质点爆破震动速度
K为与岩石地质等有关的系数取250
Q为炸药量（Kg）
R为爆心至增加车道边缘的距离
α为衰减系数取1.8
（3）最大段炸药用量和车道距离之间的关系为（见表1）：
（4）根据以上数据确定单段最大炸药用量，开挖时实行分块分段微差爆破。根据施工水平及进度安排和现有装备选用42mm钻头，成孔直径45mm.。
（5）每次开挖的围岩方量。
由公式V=Q/q
V——开挖方量
Q——开挖总药量
q——岩石炸药单耗Ⅴ级取1.25Kg/m3
（6）每循环开挖断面积
s=V/L
s——隧道开挖断面积
L——隧道开挖循环进尺
（7）炮眼数量的确定。
由公式N=qs/r
式中N——炮眼数量，个，
q——岩石炸药单耗，取1.25Kg/m3
s——隧道开挖断面积
r——每米长度炸药重量，取0.8Kg
（8）根据以上公式确定爆破设计参数。
说明：根据车道边缘的位置动态调整炸药用量，增加段别数量，对分部开挖断面实施多次起爆，增加爆破次数和增加段数是减少药量的方法。由于路面以下1m左右均为填土，施工时可以提前挖空，减少围岩爆破的接触面，尽量采用机械开挖，减少爆破的次数。施工中对爆破部位加强覆盖，减少振动、飞石距离等，在洞门外设置门帘，减少飞石距离。施工中应根据地质变化及时调整爆破参数，符合现场实际。（见图3）
（9）示意图中的单块围岩用药量及炮眼个数的计算方法：
根据掌子面距行车道边缘距离R查上述关系表确定单段最大用药量Q单，然后确定段别n 依据Q总=nQ单计算出所用炸药总量，依据公式V=Q总/q（q取1.25Kg/m3）计算出每次开挖的围岩方量，依据公式S=V/L（L为隧道开挖循环进尺）计算出每次循环的开挖面积，最后依据公式N=qs/r（r取0.8Kg/m） 计算出炮眼布置的数量。本示意图采用了3种段别，每循环进尺0.6 m（即炮眼深度为0.6m）。
参考文献
[1] 关宝树，国兆林 隧道及地下工程 成都：西南交通大学出版社.
[2] 铁路隧道新奥法施工技术指南.北京：人民铁道出版社，1985.
【关键词】隧道；优化CRD工法；施工
Optimization of engineering methods in the tunnel under the CRD through Expressway
Liu Guo-xu
（China Railway Tunnel Group Co.， Ltd. No.1 company Chongqing 404013）
【Abstract】CRD construction method is optimal for the broken section of the tunnel or the tunnel wall rock is extremely shallow depth， relatively complex geological conditions section of excavation and support of a special method. Part 6 of the Ministry of Public Act set aside by the core of earth excavating face， and invert the use of temporary， temporary support， with the advance support and other forms of pre-reinforcement to enhance support rock.
【Key words】Tunnel；Optimization CRD engineering methods；Construction
1. 工程概况
笔架山隧道出口段DK222+250～+304下穿沈海高速公路，根据开挖后揭示地质情况，表层为MIQ人工填碎石土间夹块石，厚为1.5～2.0m；下伏浅红色二长花岗岩，中粗粒结构，弱风化，岩体完整，岩体质地坚硬。埋深浅，地质复杂，施工难度较大。
图1
2. 施工方法
2.1 施工工序：
2.1.1 利用上一循环架立的钢架施做隧道及中隔壁超前支护，机械或控制性弱爆破开挖①部，喷8cm厚混凝土锚网喷封闭掌子面，根据松散情况进行断面注浆加固。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.2 在滞后于①部0.6m左右距离后，机械或控制性弱爆破开挖②部。喷8cm后混凝土锚网喷封闭掌子面。施做②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。
2.1.3 在滞后于②部0.6m左右距离后预留断面中部核心土开挖③部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.4 预留断面中部核心土开挖④部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。
2.1.5 开挖核心土并封闭掌子面，采用锚杆将岩块与岩块间锚固，并挂网喷浆。
2.1.6 开挖⑤、⑥部并施做导坑周边的初期支护（⑤、⑥部错开施工）。
2.1.7 灌注仰拱及填充砼。
2.2 施工方法示意图（见图1、图2）：
图2
2.3 加强掌子面稳定措施：
2.3.1 根据围岩情况在拱部局部设置超前小导管注浆加固。在上下部拱架连接处设置锁脚注浆钢管。
2.3.2 每开挖一部完成后，对掌子面封闭采用喷射砼、锚杆、钢筋网等支护，对于松散体视情况采用断面注浆固结。在周边初期支护完成后，上部采取小导管注浆固结原高速路填筑物、并填充钢架与喷射砼之间的空隙，保证高速公路路面底部与隧道初支充分接触。二次衬砌结束后对二次衬砌与初期支护进行回填注浆，保证隧道结构的整体性。
2.3.3 施工期间暗挖采用控制松动爆破，特别是下部开挖时采用分块分段微差松动爆破以减小震动，振动速度满足设置要求。
2.3.4 施工应坚持"控制性弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则，并保证二次衬砌紧跟掌子面。
3. 施工工序
初喷立钢拱架 施作系统锚杆 挂钢筋网 复喷混凝土 小导管安装及注浆
4. 爆破设计
（1）根据本工程地质情况及采取的施工方法，采用多钻孔、间隔炮孔装药，分段分层微差松动爆破的方式，主要是针对台阶下部及隧底开挖，每段长度1.5m以内、宽度3m左右；对于上部周边土层采用机械开挖。
（2）隧道爆破设计主要确保下部暗挖与新增1、6车道行走时振动影响，考虑到施工中爆破的直接接触，1、6车道边缘距离附近2、5车道边缘为2m，保持一定距离。根据《爆破施组》车道施工顺序，实际上只考虑开挖距离1、6车道在2～11m之间的隧道爆破作业影响，据此确定最大单段爆破用量。隧道掘进爆破作业，设计图纸允许隧道爆破的最大振速控制在6cm/s的要求。
单段最大炸药用量的计算
V=K（Q1/3/R）α
式中
V为质点爆破震动速度
K为与岩石地质等有关的系数取250
Q为炸药量（Kg）
R为爆心至增加车道边缘的距离
α为衰减系数取1.8
（3）最大段炸药用量和车道距离之间的关系为（见表1）：
（4）根据以上数据确定单段最大炸药用量，开挖时实行分块分段微差爆破。根据施工水平及进度安排和现有装备选用42mm钻头，成孔直径45mm.。
（5）每次开挖的围岩方量。
由公式V=Q/q
V——开挖方量
Q——开挖总药量
q——岩石炸药单耗Ⅴ级取1.25Kg/m3
（6）每循环开挖断面积
s=V/L
s——隧道开挖断面积
L——隧道开挖循环进尺
（7）炮眼数量的确定。
由公式N=qs/r
式中N——炮眼数量，个，
q——岩石炸药单耗，取1.25Kg/m3
s——隧道开挖断面积
r——每米长度炸药重量，取0.8Kg
（8）根据以上公式确定爆破设计参数。
说明：根据车道边缘的位置动态调整炸药用量，增加段别数量，对分部开挖断面实施多次起爆，增加爆破次数和增加段数是减少药量的方法。由于路面以下1m左右均为填土，施工时可以提前挖空，减少围岩爆破的接触面，尽量采用机械开挖，减少爆破的次数。施工中对爆破部位加强覆盖，减少振动、飞石距离等，在洞门外设置门帘，减少飞石距离。施工中应根据地质变化及时调整爆破参数，符合现场实际。（见图3）
（9）示意图中的单块围岩用药量及炮眼个数的计算方法：
根据掌子面距行车道边缘距离R查上述关系表确定单段最大用药量Q单，然后确定段别n 依据Q总=nQ单计算出所用炸药总量，依据公式V=Q总/q（q取1.25Kg/m3）计算出每次开挖的围岩方量，依据公式S=V/L（L为隧道开挖循环进尺）计算出每次循环的开挖面积，最后依据公式N=qs/r（r取0.8Kg/m） 计算出炮眼布置的数量。本示意图采用了3种段别，每循环进尺0.6 m（即炮眼深度为0.6m）。
参考文献
[1] 关宝树，国兆林 隧道及地下工程 成都：西南交通大学出版社.
[2] 铁路隧道新奥法施工技术指南.北京：人民铁道出版社，1985.