莞惠城际交通DK32+300竖井横通道下穿松山湖大道施工工艺探讨

卢伟滨，何有章

（中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021）

1 工程简介

莞惠城际轨道GZH－5标工程位于东莞市寮步镇和松山湖管委会境内，里程桩号为DK25+080～DK33+022，正线长 7.942 km，全部为地下工程，其中明挖段长3.946 km，暗挖段长3.555 km，两个地下车站，寮步车站和松山湖北站；包含4个功能井，1个施工竖井，桩号分别为DK30+300（辅泵）、DK30+750（主排泵）、DK31+700（辅泵及电力）、DK32+300（施工竖井）、DK28+883(风井)。

DK32+300施工竖井横通道位于东莞市常平镇松山湖大道南侧约22m处、DK31+700临时施工竖井内，横通道与区间隧道正交，起始于竖井内，先挖向右线，再由右线挖到左线，全长53.95 m。横通道拱顶埋深约9.52 m。根据横通道断面形式、埋深及所处地质条件，施工竖井横通道采用浅埋暗挖法及喷锚构筑法设计和施工。横通道中心里程为右线DK32+300，左线DZK32+296.781。横通道马头门段结构 尺寸7.3 m×9 m，进区间正洞挑高段结构尺寸7.3 m×12.95 m。横通道为曲墙拱形断面，采用复合衬砌。横通道初期支护采用小导管超前注浆+大管棚支护，格栅和网喷混凝土厚300 mm，加强环采用C25模喷混凝土，厚350 mm。

2 掘进方案选择

DK32+300竖井明挖开挖完毕，并施做了暗挖大管棚后，项目部通过凿除围护桩后，横通道掘进掌子面业已呈现在面前。通过对地质岩土层观察揭示，从掘进掌子面上看，上层有回填土，下部位于全风化红砂岩，有地下水岀漏现象，开挖导致地面沉降的风险大，开挖过程中拱顶、掌子面自稳时间短。在如此情况下，通过对各种施工工艺进行比较，项目决定采取CRD法进行横通道掘进施工。

所谓“CRD”法，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。

该工法主要特点如下：

（1）能有效地控制围岩变形和地表下沉。

（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、挂网和格栅喷混凝土等支护手段，加之开挖对围岩扰动小，故大大地提高了施工的安全度。

（3）其支护系统能很好地适应围岩的变化，与围岩形成一个整体，能充分发挥围岩的自承能力。

（4）能有效地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。

（5）采用分部开挖，其超前导坑可以起到超前预报的作用。

3 掘进实施过程

根据设计，隧道该段CRD法隧道开挖分1、3、5、7四部分进行（见图1）。由于每部开挖断面较大，每部中分两台阶开挖，以防止侧壁因开挖过高而出现坍塌；每分部施作中上下台阶步距2～3m，每部开挖步距3～5 m。CRD法施工中1、3部开挖采用人工配合小型机械进行；5、7部采用人工配合小型机械施作，大型机械辅助。

图1 CRD法施工断面图

隧道CRD法施工段隧道开挖超前支护采用注浆小导管，注浆浆液为双液浆。隧道初期支护采用格栅钢架、喷C25混凝土、挂钢筋网；支护中锚杆采用中空注浆锚杆，中隔壁及临时仰拱采用I18工字钢、挂钢筋网喷C25混凝土支护。

3.1 超前注浆小导管施工

施工方法：在1部和5部开挖之前对拱部按设计施作超前小导管，并注水泥－水玻璃双液浆。首先用凿岩机钻孔后放入小导管，双液注浆机注浆。

施工参数：

（1）选Φ42钢插管，管长5.0 m，在管段中部设梅花形Φ8出浆孔，孔距0.2 m；双液注浆一定要保证注浆效果。

（2）钢管沿开挖轮廓线布置，外插角5°～10°，间距 0.4 m。

（3）注浆压力控制在0.5～1.0 MPa。注浆时先采用较小压力，当压力升高至1.0 MPa时，停止注浆，等待几分钟后（不得长于浆液凝胶时间），当压力降低后重新注浆。这样反复几次，直到压力不再下降为止，以达到最佳注浆效果。当进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短浆液凝胶时间。

（4）双液注浆：注1:1水泥－水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.5～1.0 MPa。注浆时先采用较小压力，当压力升高至1.0 MPa时，停止注浆，等待几分钟后（不得长于浆液凝胶时间），当压力降低后重新注浆。这样反复几次，直到压力不再下降为止，以达到最佳注浆效果。

（5）小导管端部应与钢架联接，和钢架与注浆小导管配合使用，以形成棚架支护体系，在拱部根据设计要求布置。

3.2 开挖及支护

(1)开挖顺序：1部先开挖，随即依次开挖3部－5部－7部；1部、3部采用人工配合小型机具开挖，架子车运土至下台；5部、7部采用人工开挖两侧边墙，中间采用装载机（挖掘机）开挖，自卸车出渣。开挖分部见图1所示。开挖循环进尺与设计钢架间距相同（0.5 m/榀），即每次开挖进尺为0.5 m。

(2)初期支护为：C25喷射混凝土厚30 cm（II～VIII组成）；格栅钢架0.5 m/榀；φ6.5钢筋网，网格间距15 cm×15 cm；拱墙布设系统锚杆，采用φ25中空注浆锚杆；每两榀拱架之间设纵向φ22连接筋，环向间距0.8 m。

(3)施作工序（见图2）：

a.先开挖1部上台阶，开挖单循环0.5 m；开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设拱部及中隔壁钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

b.1部上台阶施工2～3 m后，开挖1部下台阶，每循环进尺0.5 m；开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设上边墙、中隔壁、及临时仰拱钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

c.1部下台阶施工2～3 m后，开挖3部上台阶，每循环进尺0.5 m，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设下边墙、中隔壁钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

d.3部上台阶施工2～3 m后，开挖3部下台阶，每循环进尺0.5 m，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设下边墙、中隔壁及仰拱钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

e.3部下台阶施工后，开挖5部上台阶，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设拱部及中隔壁钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

f.5部上台阶施工2～3 m后，开挖5部下台阶，每循环进尺0.5 m，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设上边墙、中隔壁及临时仰拱钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

g.5部下台阶施工2～3 m后，开挖7部上台阶，每循环进尺0.5 m，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设下边墙、中隔壁钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。

h.7部上台阶施工2～3 m后，开挖7部下台阶，每循环进尺0.5 m，开挖后初喷3～5 cm混凝土，挂钢筋网，架设下边墙、中隔壁、仰拱钢架，施工系统及锁脚锚杆，最后复喷至设计厚度。仰拱钢架每3 m封闭一次。

图2 CRD法开挖台阶分部图

（4）施工注意事项：

a.施工1、3、5、7部上断面时，要做好钢架锁脚导管，并注浆加固，初期支护及中隔壁钢架底部垫设混凝土预制块，防止出现过大收敛和沉降变形。

b.7部下台阶仰拱初期支护，每3 m封闭一次，以便中心排水管施工。

3.3 拆除中隔墙，仰拱及填充施工

7部下台阶仰拱初期支护封闭完成，超前设计仰拱6～8 m后，仅靠设计仰拱端拆除底部中隔墙喷射混凝土及工字钢架，拆除长度5 m，实际拆除时根据监控量测结果调整拆除长度，然后施工仰拱及填充。

3.4 二次衬砌施工

在施作二次衬砌前混凝土，采用整体定型钢模台车，配备混凝土输送泵灌注混凝土。仰拱及填充超前5 m后，二次衬砌施作一环，衬砌灌注10～20 h后进行养护。混凝土强度达到规范要求强度后拆模，施作下一循环。拆除中隔墙及临时仰拱，然后铺设防水层；二次衬砌为模筑钢筋根据监控量测反馈的信息，确定二衬施作长度并及时施作监控量测的项目及方法。

（1）地质及支护状态观察。对开挖掌子面进行观察、地质素描，对围岩及初期支护表面进行观察。

（2）拱顶下沉量测，在中隔壁的两侧即1部、5部的开挖拱顶，各设一个测点，采用水平仪测其下沉量。

（3）周边收敛量测，根据需要，在洞内拱脚、最大跨度线、边墙角等处布设水平基线，采用收敛仪量测。

（4）拆除中隔墙及临时仰拱过程拱顶下沉及周边收敛量测监控。量测拱顶下沉、收敛全部测点均埋设在同一断面。

（5）根据规范和设计要求，制定监控量测断面间距及量测频率等量测方案。

（6）施工测量组和监控量测组负责量测、数据整理、绘制回归曲线并及时反馈至隧道专业工程师，以采取相应的技术措施。

（7）喷混凝土、二次衬砌、钢架支立，仰拱填充等施工工艺与台阶法施工相同。

3.5 CRD法施工关键技术及作业要点

（1）保持各分部开挖断面和各部的纵向间距，分部开挖要严格按预定尺寸放线，开挖遵循“宁欠勿超”的原则（局部欠挖采用风稿修正），断面开挖力求圆顺，以减少出现应力集中现象。

（2）每块小断面开挖长度3～5 m，及时设置临时仰拱封闭、步步成环，尽量缩短成环时间，必要时进行掌子面喷射混凝土临时支护。

（3）中隔壁设置为弧形临时支护，隧道左右开挖小断面底部临时仰拱保持在同一断面上，各节点的连接一定要对齐，螺栓连接牢固，并及时施作锁脚锚管。

（4）必须保证中隔壁和临时仰拱钢架的规格数量和喷射混凝土的厚度，钢架之间纵向连接钢筋及时施作并连接牢固。

（5）为减小支护结构对地基的压力，提高地基的承载能力，对型钢拱架的底部设置40 cm×40 cm×20 cm的预制垫块。

（6）初期支护稳定后分段拆除中隔壁临时支护，拆除长度应根据变形监控量测信息和仰拱浇筑长度确定（一般为4～6 m）。但一次拆除长度不宜超过15 m，并加强拆除过程监控量测。

（7）中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。

（8）临时支护拆除后及时施作隧道仰拱和二次衬砌。

（9）加强对围岩的量测监控。

4 掘进实施情况

目前在DK32+300竖井横通道施工中，虽然也采用了此工法，通过地表和横通道内变形量测，局部位置仍然存在数据波动大，甚至有个别处超过设计变形值，但都有同样的规律性，即漏水、突泥量较大，帷幕注浆效果较差，即均存在变形过大的风险。

5 结语

从DK32+300横通道监测数据看，项目采用CRD法掘进是切实可行的，但掘进掌子面止浆墙效果和帷幕注浆情况，直接影响到掘进施工安全和地表沉降控制，在浅埋和突水突泥的风险隧道中，控制水量流失，是控制地表沉降的重要举措，若辅以地面注浆或设置止水隔离带，必定能做到隧道安全和地表沉降可控的良好施工基础。

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[2]GB50308-2008，城市轨道交通工程测量规范[S].

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