CD法隧道开挖施工技术探讨.doc

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摘要：

随着我国交通事业的发展，越来越多的道路工程得到了建设。

在道路施工中，隧道施工是非常常见的一项内容。

在本文中，将就cd法隧道开挖施工技术进行一定的研究与分析。

　　关键词：

cd法；隧道开挖；施工技术

　　中图分类号：

tu478文献标识码：

a文章编号：

1006-4311（2016）01-0149-03

　　0引言

　　在我国大部分地区，尤其是丘陵山区的山体隧道，都存在围岩软弱等地质特征。

如果在这些地区开挖隧道，软弱围岩无法为隧道提供有效的支撑，极易出现隧道变形、塌方等安全事故，这些事故不论发生在隧道开挖施工中，还是发生在隧道运营过程中，都会对洞内人员安全造成极大地威胁，并且会因为返工返修造成数额巨大的经济损失。

　　cd法施工在软弱围岩（ⅵ级围岩）及大跨度隧道中应用比较广泛，其开挖导洞断面较大，有利于大型机械作业，施工进度相对较快，并且能提高围岩的支撑强度，防止隧道变形、坍塌。

本文将结合具体工程重点分析运用cd法开挖隧道的工艺流程、技术措施及注意事项，以期为隧道施工领域提供可借鉴的技术资料。

　　1cd法综述

　　1.1cd法的概念

　　cd法也称中隔壁法，主要适用于地层较差和不稳定岩体、且地面沉降要求严格的地下工程。

呈块状但裂隙填充物少的硬质ⅳ级围岩，不适合采用中隔壁法，这类围岩一般采用弱爆破效果差，采用常规爆破则破坏临时支护，中隔壁无法失去作用，反而形成施工安全隐患。

该法要求考虑时空效应，每一步开挖必须快速施工，及时步步成环，采用喷射砼封闭，消除由于工作面应力松弛而增大沉降值的现象。

　　1.2cd法施工原理

　　cd法开挖及初期支护分6步，即6个导洞。

如图1所示，左侧上下两个导洞为先期开挖的第一、二导洞，左侧隧底为第三导洞，右侧按上下按顺序分别为第四、五导洞，右侧隧底为第六导洞。

cd法是在软弱围岩大跨度隧道中，先分部开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再分部开挖另一侧的施工方法。

其原理是：

就是把整个隧道大断面分成左右上下4个小断面施工（如图1所示），每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道，且利用岩层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用型钢等支护形式，采用初喷使围岩表面形成初期支护结构，确保掘进安全。

该法横向施工结构详见图2。

　　1.3施工要点

　　①如图2所示，cd法施工时，每步的台阶长度一般控制在5～7m。

为稳定工作面，中隔墙法一般与预注浆等辅助施工措施配合使用。

上部导坑的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距（0.75～0.8m），下部导坑的开挖进尺可依据地质情况适当加大。

　　②cd法或交叉中隔壁法施工时，初期支护完成后方可进行下一分部开挖，地质较差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱；各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺；应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖；左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15m；当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合。

　　③导坑开挖孔径及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。

应配备适合导坑开挖的小型机械设备，提高导坑开挖效率。

　　④中隔壁的拆除应滞后于仰拱，并应于围岩变形稳定后才能进行，一次拆除长度应根据量测数据慎重确定，拆除后应立即施作二次衬砌。

　　2工程简介

　　我国南部某隧道工程，设计为上下行分离双洞单相形式双车道隧道。

该隧道地区植被旺盛、山势陡峭、处于低中山区，整体呈现一个v字型。

其中，一线隧道最大埋深为200m，二线隧道最大埋深约为202m。

通过地区方面，地层为大理岩，局部被坡积层覆盖，虽无较大断裂，但由于受到区域入岩活动以及变质作用影响，整个节理裂隙较发育，呈现为碎石状压碎结构。

该隧道洞身设计围岩共分为iii、iv以ⅴ级三个级别，其中，iv级与ⅴ级经过研究使用cd法进行施工。

　　3结构设计参数

　　本工程二次衬砌设计参数如表1所示。

　　4施工方法和工艺

　　4.1施工方法

　　该工程ⅴ级围岩由于自身稳定性较差，在施工中存在着较大的难度。

对此，在施工中就需要按照“管超前、短进尺、强支护、快衬砌、早封闭”的方式进行支护，避免为了追求施工进度出现冒进的情况。

在该类地段实际施工中，为了避免区域出现塌方问题、更好地对施工安全作出保证，在联系工程实际的情况下使用了小导管预注浆超前支护以及大管棚超前支护交叉隔板法（cd法）的方式进行施工。

喷锚网辅以钢拱架起到加强支护的效果，以全断面方式进行衬砌。

　　在实际开展超前支护工作之前，需要首先在掌子面位置做好放样工作，并顺着拱部对轮廓线进行开挖，按照一定间距的情况下进行钢管的安装以及钻孔工作，并对围岩进行注浆，以此起到加固的作用。

等待4h左右，待注浆材料凝固之后，则可以正式进行开挖作业。

对于s4型衬砌段，以大管棚超前方式进行支护，该管棚使用长度为15mm～20mm的花管，外插脚在10°～15°之间，环向间距为40cm，以水泥水玻璃将进行注浆，每隔0.6m对榀钢拱架进行架设。

s5型衬砌段则以小导管预注浆方式进行施工，小导管为5m长度花管，外插脚在5°～7°之间，环向间距为40cm，以水泥浆材料进行注浆，每环开挖长度为0.8m。

s6型衬砌段以小导管预注浆方式进行支护，采用长为5m的导管，外插脚在5°～7°之间，环向间距为40cm，小导管为5m长度花管，同样以水泥浆材料进行注浆。

　　在具体施工中，为了将支护成环时间缩短1～2h，更好的开展施工作业，将导坑上下部台阶长度控制在3m到5m之间，并将先、后行导坑错开7m左右的距离。

施工方法方面，主要以人工挖掘以及机械挖掘为主，以爆破为辅，在每段挖掘之后。

需要及时的做好临时支护以及临时支撑工作。

而为了避免在对导洞进行挖掘时、由于拱部支护拱脚因悬空出现下沉问题，则需要在拱脚位置做好锚固工作。

　　4.2施工工艺

　　4.2.1工艺流程（如图3所示）

　　4.2.2技术措施

　　①导坑初期支护。

　　在对先行导坑进行挖掘之后，则需要立即进行混凝土的喷射，以此对围岩进行封闭。

之后，则需要做好钢架的树立，将锚网喷射到设计厚度之后做好锚网的临时支护工作。

　　②混凝土的喷射。

　　在该项工作中，采用湿喷法进行施工，首先需要将石子、水以及水泥等根据一定配比进行拌合，之后再使用运输车将拌合后的材料运输到喷射机进料口位置，在喷嘴位置做好速凝剂的加入之后再向目标岩面进行喷射。

在进行混凝土喷射工作之前，需要做好松动岩石的清除，并进行适当的洒水工作，使岩面能够一直具有一定的湿度。

在速凝剂加入量方面，则需要根据实际情况做好用量的计算，并以均匀的方式将其加入，避免随意对加入量进行减少或者增加。

在喷射过程中，要按照随拌随喷的方式进行施工，并按照3至5次方式进行喷射，每一次喷射的时间需要控制在16min～20min之间。

顺序方面，要按照分层、分段以及分片的方式进行施工。

如果在施工中遇到较大的凹洼，则需要及时地做好填平。

当对钢支撑进行设立时，在岩面同钢支撑间的间隙需要通过混凝土的喷射做好充填，按照对称、从下到上的方式进行施工，即先对围岩钢支撑间存在的空隙进行喷射，之后再对钢支撑与钢支撑间的间隙进行喷射。

　　③锚杆施工。

　　在该项施工中，选择预应力锚杆施工。

首先，要充分联系设计要求进行定孔，并使用风动凿岩机孔位，保证在钻孔过程中钻杆能够一直同岩面保持垂直。

在钻孔工作完成之后，需要通过高压风的应用对空隙内部的岩屑进行清理，以此对孔的深度进行检查。

当经过检查发现孔深能够满足要求之后，则可以将组合杆送入到孔中，将止浆塞穿入锚杆末端与孔口齐平并与杆体固紧，在戴上垫板之后做好螺母的拧紧。

之后，则可以向锚杆内进行水泥砂浆的灌入。

　　④仰拱及仰拱填充。

　　在仰拱施工中，需要在初期支护完成之后尽可能早施工仰拱，以此更好的对支护结构的受力性能作出保证。

每隔3m就需要进行一次仰拱施工，并以人工的方式进行清底。

而在仰拱填充工作中，根据类型的不同可以分为左、右半幅，需要在对每个施工段填充15m左右之后对临时支护进行拆除。

而在对仰拱进行浇筑前，则需要先对其表面的浮渣进行清除，再将其中存在的积水进行排出后按照从中心到两侧的方式进行混凝土浇筑。

　　⑤二次衬砌。

　　在该项工作中，在对围岩监控量结果进行联系的基础上开展工作，即在结果满足沉降量要求之后立即进行，以此保证支护效果。

在二次衬砌中，采用全断面液压砌衬台车整体浇筑方式进行施工。

一般情况下，混凝土拌合设备设立在洞外临时用地区域，使用混凝土搅拌车将其运送到洞内施工区域。

在将其输送入模之后，则可以将附着式振捣器以及插入式振捣器共同进行施工。

　　5炸药作业探索

　　5.1施工方法

　　对于本工程ⅴ级围岩，由于整个围岩开挖断面较大、且自身稳定性较差，则选择了中隔墙法进行了施工，以喷锚网或者注浆钢管的方式进行支护，全断面衬砌，施工时仰拱超前衬砌施作。

　　5.2施工工艺

　　在ⅴ级围岩施工中，按照微爆破为主、风镐挖掘为辅的方式进行施工。

根据相关施工要求，在对隧道进行挖掘时，需要做好围岩振动情况的控制，即对围岩自身的承载能力进行充分的发挥。

对此，在实际施工中，我们选择了微振控制爆破技术进行爆破，并在施工的过程中联系施工情况以及围岩情况对爆破参数进行及时的修正，争取获得最佳的爆破效果，最大程度减少超欠挖情况的出现，保证能够形成更为准确、整齐的开挖断面。

　　5.2.1钻爆设计

　　在该项工作中，需要按照下述原则进行施工：

第一，要最大程度提升炸药利用率，以此降低爆破成本；第二，要做好施工环境的控制以及爆破技术的应用，在对围岩破坏程度进行降低的同时做好开挖轮廓的控制；第三，要做好起爆顺序的控制，进一步提升钻爆效果；第四，在保证施工质量满足要求、安全水平得到保证的情况下，需要适当的对掘进工作的开展速度进行提升，以此起到缩短工期的作用。

设备方面，主要有毫秒雷管、塑料导爆管等，炸药则选择乳化炸药以及岩石铵锑炸药进行施工。

　　5.2.2钻爆作业

　　在该项工作中，需要严格联系爆破设计情况进行装药、钻眼、接线以及引爆等工作。

如由于现场挖掘条件发生变化、需要对设计进行变更，则需要上报主管技术部门对变更情况进行确定。

在钻眼工作开展之前，需要根据爆破设计要求对炮眼位置标出，经检查完全符合要求之后再进行钻眼工作。

同时，要做好掌子面区域危石以及虚碴的清理，并按照炮眼布置情况进行钻孔，深度方面，其眼底间距以及眼口间距的误差应当控制在5cm以内，并按照设计深度进行施工。

当钻眼工作完成之后，则需要根据设计图中的炮眼布置情况做好检查与记录，如果经过检查发现有区域没有符合施工要求，则需要进行重钻，当检查合格后才能够进行装药，在实际装药之前，需要借助高压将钻孔中的杂物以及岩粉做好清除，并使用炮棍对孔内的通畅性进行检查。

检查合格后，则可以进行装药分组，在严格联系爆破参数表的基础上按照设计装药量做好装药以及炮泥的封堵，并做好捣实。

在爆破网络连接方面，需要按照分片、分束的方式进行连接，每束具有12根塑料导爆管，在做好联线以及检查之后正式进行爆破。

　　6施工效果

　　采用cd法开挖该双车隧道，通过有效的施工控制，取得了以下效果：

　　①s4型衬砌段采用15～20mm长的大管棚超前支护，外插脚控制在了10°～15°之间，符合设计要求。

　　②s5型衬砌段采用5m长的小导管进行水泥灌浆，外插脚控制在了5°～7°，达到了设计要求。

　　③导坑上下部台阶长度未超过5m，且先、后行导坑错开了7m，大大缩短了支护成环时间。

　　④开挖导洞时每隔5～8m设置了一道仰拱，大大提高了围岩的支撑强度，同时避免了因拱部支护拱脚悬空所导致的下沉问题。

　　⑤该双车道隧道从前期设计到后续施工，都是根据围岩的支撑特点按部就班地落实施工步骤，施工中未出现变形、塌方等安全事故，工期和施工成本始终可控。

　　7结论

　　隧道开挖施工是我国公路建设中经常面临的一项工作。

对于该项工作而言，其无论是系统性还是技术性都较强，对于工作开展的准确性、技术应用的正确性以及具体施工的