隧道中隔壁法CD法施工工艺工法.docx
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隧道中隔壁法CD法施工工艺工法
隧道中隔壁法（CD法）施工工艺工法
1前言
1.1工艺工法概况
隧道施工的中隔壁法，也叫CD法施工，CD是“CenterDiaphragm”的简称，自隧道施工采用“新奥法”技术的不断成熟，和施工设备不断的改进，隧道在设计方面也敢于向大断面与不良地质层挑战，由此在施工中人们为了确保施工安全，对于不良地质隧道采取分隔施工的办法，就是将大、中跨的洞室开挖转换成中、小跨的洞室进行分部开挖与支护，然后逐步拆去临时支护，达到隧道全断面开挖目的。
1.2工艺原理
中隔壁法（CD法）施工基本原理：
就是采用“新奥法”原理，施工中将隧道分为左右两部分进行开挖，先在隧道一侧采用二部或三部分层开挖，施作初期支护和中隔墙临时支护，再分台阶开挖隧道另一侧，并进行相应的初期支护的施工方法。
2工艺工法特点
2.1中隔壁法将大断面隧道施工分隔为小断面洞室施工，缩短了对开挖围岩的早期施工时间，从而扼止开挖围岩应力变化，有利于隧道安全施工。
2.2将隧道分隔为多洞室施工，增加了施工作业面，合理地组织施工，有利于加快大断面不良地质隧道施工进度。
3适用范围
本工艺工法适用于Ⅴ级围岩浅埋强风化层、土层、断层破碎带或溶岩发育区及Ⅳ围岩偏压、浅埋软弱地层段施工。
4主要引用标准
《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）、《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）、《铁路工程测量规范》（TB10101）、《公路隧道施工技术规范》（JTGF60）、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1）。
5施工方法
按照“新奥法”原理，遵循“早预报、管超前、弱爆破、短开挖、少扰动、严治水、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则稳步前进。
采用人工配合挖掘机和弱爆破开挖，超前支护一般在洞口段采用长管棚，在洞内采用小注浆导管，在完成超前支护后，从隧道的一侧自上而下采用台阶法分别完成开挖与初期支护，初期支护采用钢架、锚杆、网喷砼。
第一侧施作的隧道中部临时支护即为中隔壁；待第一侧开挖进尺10～20m后，第二侧用同样的方法自上而下采用台阶法进行开挖与初期支护，第二侧完成开挖与支护后，整个隧道开挖形成带有中隔壁支撑的两个洞室支护系统；最后根据围岩情况和监控量测依据，逐步拆除中隔壁支护，施作仰拱、填充及拱墙衬砌。
6工艺流程及操作要点
6.1施工步序图及施工工艺流程
图1工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1施工准备
1风、水管、电线敷设、施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施、修建环保、水保设施。
2根据设计资料及隧道周边地形地貌详细分析了解工程地质、当地水文地质情况，制定合理的施工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测计划；对隧道的风险进行评估，找出风险源及制定出应对措施，储备必要的应急物资。
6.2.2超前地质预报
一般采用本工法施工的隧道地质条件都比较差，在施工前需要进行地质核查和超前地质预报，并与设计隧道围岩地质核对，确定围岩实际地质情况，为施工方法提供依据。
超前地质预报可提前发现异常情况，及时制定科学合理的加固措施和应急物资。
超前地质预报的现场使用的方法有：
地质分析法（地质素描）、地质雷达扫描（30米）、超前探孔（30~50米）、地震波发射法（TSP）（100~150米）。
地质超前预报一般采用物探和钻探，长距离、中长距离和短距离相结合多种手段综合分析，相互印证。
6.2.3开挖及支护
1．采用TSP203雷达和超前钻孔作超前地质预报，并与设计隧道围岩地质核对，确定围岩实际地质情况，为施工方法提供依据。
2．首先选择从隧道的一侧采用短台阶法自上而下开挖支护，台阶高度根据地质情况、隧道断面大小和施工设备确定，台阶长度一般为3～5m，也可视围岩情况和施工设备而定，但循环每开挖长度一般要求不能大于设计1榀钢架间距，先行的这一侧中隔壁设置为向外鼓的弧形。
3．左右洞体同时施工时，纵向间距应拉开不大于15米的距离。
在一侧开挖支护10～15m时，开挖另一侧，施工方法同样采用自上而下短台阶法开挖支护，但这一侧不再作中隔墙支护施工。
4．每侧按两部或三部分台阶开挖，开挖后及时施作初期支护、中隔壁，在各部开挖时，相邻部位的喷混凝土强度必须达到设计强度的70％以上。
5．每循环开挖出来后及时支护并对掌子面喷混4~8cm封闭，并根据围岩变形情况施工临时仰拱，对初期支护及时封闭成环。
6.2.4临时支护拆除
在下部施工开挖30～40m后，逐段拆除中隔墙进行仰拱和二次衬砌施工，中隔壁一次拆除长度根据监控量测结果确定，不宜大于15m。
特殊情况下可将中隔壁浇筑在仰拱中，待铺设防水板时再割断。
6.2.5仰拱二衬施工
仰拱初期支护每循环进尺不能大于3米，开挖初支及仰拱应在8小时和12小时内完成开挖、架设钢架、喷射混凝土作业。
确保初支仰拱快挖、快支、快速封闭。
仰拱和填充要分开进行施工。
二衬应在初期支护和围岩稳定后在进行施工，隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和，水平收敛小于0.2mm/D，拱部下沉速度小于0.15mm/d。
二衬施工前应对初期支护的净空断面进行复测，并对初期支护的表面平整度进行测量，符合要求后在进行防水板及二衬施工。
如初期支护不能趋于稳定，二次衬砌可提前施做，并与设计联系保证二衬有足够的强度和刚度。
如在围岩稳定情况下施工的，二衬混凝土强度达到8mpa时可进行模板拆除，如提前进行混凝土施工的二衬，混凝土强度达到设计强度的100%方可进行模板拆除。
6.2.6施工注意要点
1．开挖
1）隧道施工应坚持"短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则。
2）开挖方式均采用机械辅以人工开挖，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。
各部开挖时，尽量保证开挖轮廓圆顺，减少应力集中。
3）隧道采用机械开挖时时，每步开挖高度应和选用的机械设备相匹配，避免开挖时机械对已经施工完毕的初期支护造成破坏。
4）超前支护围围洞内长管棚的，在进行洞内管棚施工时根据开挖空间选择适当的管棚施工机械，避免拱顶部分管棚无法施工。
2．初期支护及临时支护
1）工序变化处之钢架（或临时钢架）应设φ50锁脚钢管，必须对锁脚钢管进行注浆，以确保钢架基础稳定。
钢架之间纵向连接钢筋应按要求设置，及时施作并连接牢固。
2）右部导洞开挖，应滞后于左部导洞，距离不小于15m左右。
临时钢架的拆除应等洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后，方可进行。
3．喷砼施工：
1）喷混凝土施工前，要对受喷面进行处理，以提高喷混凝土的附着力。
喷混凝土前，宜先喷一层水泥砂浆，待终凝后再喷混凝土。
2）喷射作业要连续进行，喷射作业要分层、分段、分片，喷射顺序自下而上，分段长度不宜大于6m。
如岩面凹凸不平时，先喷凹处找平，喷射时喷嘴料束呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形进行，转动半径一般在15cm左右，每次蛇形长度3～4m。
喷混凝土后表面平整、光滑，无流淌现象。
3）分层喷射时，一次喷混凝土的厚度不小于40mm，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行，若终凝1h后再喷射，应先用风水清洗喷射表面。
4）初喷混凝土在开挖后及时进行，复喷应根据开挖工作面的地质情况分层、分时段进行喷射作业，以确保喷混凝土的支护能力和喷层的设计厚度。
复喷混凝土的一次喷射厚度：
拱部为50～100mm，边墙为70～150mm。
5）喷混凝土应强化工艺管理，要严格控制风压和水压，降低喷射回弹率。
操作时风压要稳定，压力大小要适当，水压一般要比风压高，在喷头水环处形成水雾，使干拌料充分湿润。
喷射角度一般要垂直于岩面，在喷墙面是下俯10°左右为最好。
喷射距离以混凝土最小回弹量为宜，一般控制在0.6～1.5m较好，确保喷混凝土的回弹量在可控范围内。
6）冬期喷混凝土时必须采取保暖措施，在结冰的层面上不得进行喷混凝土作业，喷射温度不应低于5℃。
混凝土强度未达到6MPa前，不得受冻。
4．锚杆安装:
锚杆有砂浆锚杆、中空注浆锚杆和自进式锚杆三种形式，设计上一般锚杆按系统布置，对于砂浆锚杆实际大多使用药卷式锚固剂。
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。
5．钢筋网片安装：
钢筋网铺设应在初喷混凝土后安装，钢筋网要与锚杆连接牢固，一般钢筋网片为φ8圆钢，网孔为20×20cm。
6．6支护钢架安装：
钢架应在开挖或初喷混凝土后及时安装，安装钢架型号必须符合设计要求，钢架靠隧道开挖轮廓一侧严格按设计净空尺寸控制安装，中隔墙临时钢架与初期支护钢架等级间距对应安装，联接处与初期支护钢架采用焊接或螺栓连接牢固，相邻钢架之间采用φ22钢筋纵向连接，间距为1.0m，中间台阶底部可视围岩情况设置临时钢支撑，形成临时封闭支护体系，底部钢支撑在下台阶开挖施工时逐步拆阶，仰拱钢支撑按设计要求设置并与中隔墙临时钢架作临时连接形成隧道先期开挖施工一侧支护体系。
每台阶安装钢架底脚应置于牢固的基础上，并设置锁脚锚杆（或锚管）固定，锁脚锚杆（或锚管）长不应小于3.5m，每侧数量为2～3组（每组2根），下半部开挖后钢架应及时连接落底，对于锚管必要时注浆加固。
钢架应与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实，各种形式的钢架应全部被喷混凝土覆盖，保护层厚度不得小于4cm。
先施工一侧的钢架安装时，要注意临时钢架和主钢架之间的链接形式，为方便拆卸采用螺栓链接，并且现在加工场地放大样试拼，杜绝直接采用焊接的方式链接。
中隔壁施工时注意中间弧度弯曲方向，它作为初期支护受力的的一部分，施工时不能仅仅把他当做临时支护来做，中隔壁锁脚锚杆以后要进行拆除，为减少浪费拆除时杜绝野蛮施工。
7．隧道4～6步开挖时应注意另一半边临时支护的锁脚钢管。
8．施工中，应按有关规范及设计要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。
9．由于本工法主要针对软弱围岩施工，仰拱开挖出来后，需对地基承载力进行核查，如达不到设计要求，则需对地基进行加固处理，避免后期发生沉降而导致衬砌开裂。
6.2.3监控量测
1．主要施工监测项目
表1监控量测项目表
序号
量测项目
量测方法和仪器
测点布置
测量频率
测量精度
1
洞内外观测
现场观测，地质素描及初期支护状态观测
每榀拱架
施工前洞顶现场勘测，施工中开挖后进行
2
水平收敛量测
收敛剂、反射膜片配合全站仪
每10～30米一个断面，上下2条基线4个点
υ≥5mm（0～1B）2次/d；1≤υ＜5（1～2B）1次/d；0.5≤υ＜1（1～2B）1次/2～3d；0.2≤υ＜0.5（2～5B）1次/3d；υ＜0.2（＞5B）1次/7d。
0.1mm
3
拱顶下沉
水准测量的方法，水准仪、钢尺等
每10～30米一个断面，1个点
1mm
注：
B—隧道开挖宽度，υ—变形速速
2．量测方法和要求
拱顶下沉、净空收敛量测起始读数宜在3～6h内完成，其他量测应在每次开挖后12h内取得起始读数，最迟不得大于24h，且在下一循环开挖前必须完成。
测点应牢固可靠、易于识别，并注意保护，严禁爆破损坏。
拱顶下沉测点原则上设置在拱顶轴线附近，当隧道开挖跨度较大时，应结合施工方法在拱部增设测点。
按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。
各项量测作业均应持续到变形基本稳定后2～3周后结束。
对于膨胀性和挤压性围岩，位移长期没有减缓趋势时，应适当延长量测时间。
表2项目监控量测断面间距
围岩级别
断面间距（m）
Ⅳ
10
Ⅴ
5
表3按位移速度确定的量测频率
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5
2次/天
1～5
1次/天
0.5～1
1次/2～3天
0.2～0.5
1次/3天
<0.2
1次/7天
3．测点布置
净空变化，拱顶下沉和地表下沉（浅埋地段）等监控必测项目，应设置在同一断面。
7劳动力组织
由于隧道施工进尺短，人员安排多则浪费，安排少则不能正常工作，人员配置很重要，通过实践，总结出一个工作面比较理想的人员配置，某单个工作面劳动力配置见表4（供参考）。
表4单工作面作业劳动组织表（2班）
序号
工作项目
作业内容
人数
1
开挖
风镐手
6
矿用电钻手
2
挖掘机司机
2
自卸车司机
6
2
初期（临时）支护
型钢加工
6
钢筋网片加工
2
钢架安装
8
喷射混凝土
15
3
测量及其他
技术员
2
测工
4
4
其他
队长
1
技术负责人
1
质检工程师
1
专职安全员
1
试验员
2
电工
3
修理工
2
空压机司机
3
调度
3
辅助人员
5
8主要机具设备
中隔壁法施工用配套机械多，施工时合理安排机械不但可以加快施工进度同时还可以节约施工成本。
根据机械工作能力和实际工作量，单个工作面主要机械配备如表5，供参考。
表5某隧道单个开挖面机械设备配备表
序号
作业
机具设备名称
规格型号
单位
数量
备注
1
施工通风
轴流式通风机
SDF（c）-NO110
台
1
通风
2
施工照明
低压变压器
24v,10kw
台
2
掌子面及二衬施工平台
3
施工用电
发电机
250kw
台
1
备用
变压器
500kw
台
1
施工及生活用电
4
开挖
挖掘机
PC-300-6
台
1
开挖
东风（斯太尔）自卸车
15t
辆
3
出碴
空压机
LWJ-20/7-1
台
3
高压供风
风镐
台
10
矿用电钻
φ50
台
5
掘进打锚管、锚杆
5
初期支护
工字钢弯曲机
GW1-200
台
1
型钢加工
钢筋弯曲机
GW
台
1
钢筋加工
钢筋切断调直机
GQ
台
1
钢筋加工
等离子切割机
GW
台
1
钢板切割
交流电焊机
BX1-500
台
6
钢架、网片加工及安装
台式钻床
24025
台
1
钢板加工
压浆机
台
1
锚杆注浆
混凝土湿喷机
TK-500
台
3
喷浆
6
量测及测量仪器
全站仪
莱卡402
台
1
方向控制
水准仪
莱卡N2
台
1
标高控制
塔尺
5m
个
2
标高控制
精密水准仪
莱卡N2
台
1
沉降观测
因瓦尺
个
2
收敛仪
JSS30A
个
2
量测
锚杆拉拔仪
BL—150B
个
1
锚杆拉拔
应力测试仪
套
1
应力测试
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1洞口偏压浅埋段预留沉落量考虑预留较小，可能出现初支侵线。
9.1.2开挖进尺过大及掌子面与仰拱及二衬之间步距超标，造成掌子面局部坍塌及回头塌。
9.1.3中隔壁拆除时，由于受力体系变化以及锁脚初支施工不到位，存在一定安全风险。
9.1.4中隔壁上部钢架锁脚施工不到位，下部开挖时造成钢架下沉量较大。
9.2保证措施
9.2.1严格施工技术交底制,对作业人员定期进行质量教育和考核,教育作业队人员严格按设计及规范要求施工,确保施工工程质量。
加强施工现场培训制度，严格按照自检和报检程序，尤其是隐蔽工程施工。
9.2.2实行工序及步距达标及工程师负责制，上道工序施工不到位不进行下道工序施工。
严格控制步距，步距超标时暂停掌子面施工，及时跟进仰拱及二衬施工，掌子面与仰拱之间距离不大于35m，仰拱与衬砌之间距离不大于70m。
。
9.2.3按照要求布置好沉降观测点和及时对围岩进行变形观测，及时进行数据分析，动态调整支护参数和预留变形量。
加强监控量测，及时反馈信息，依量测数据为依据，提高应变能力。
9.2.4施工中采用增设锁脚钢管、放大拱脚和墙脚、增加纵向连接导管和增强基底承载力等措施，有效防止了初期支护整体沉降；尤其是对锁脚钢管与钢架之间采用“U”型钢筋连接，锁脚钢管的打设及注浆过程中必须全程监控。
9.2.5做好超前地质预报工作，采用TSP、超前钻孔、地质雷达等综合预报手段对开挖面前方的地质情况作出详细的预报.
9.2.6严格控制开挖进尺，上台阶开挖进尺为1榀型钢的间距，下台阶开挖进尺为2榀型钢的间距。
开挖后及时对开挖面进行封闭成环，钢架、锚喷网支护要紧跟开挖进行，以利于发挥围岩的自承能力，保证施工安全。
9.2.7临时钢架拆除应在洞身主体结构初期支护施工完毕并稳定后进行。
临时钢架拆除时，由于受力体系的变化，应采用空压机、风镐等破碎工具进行拆除，严禁采用挖机进行野蛮试工。
钢架拆除时应加强沉降观测，每次拆除的数量根据沉降观测数据来定。
每拆除3`6m立即施工仰拱及填充。
围岩较软时，先施工仰拱及填充最后将中隔壁钢架拆除。
9.2.8架安装间距误差要求在±10cm内，锚杆间距误差在±15cm内，锚杆长度不小于设计长度的95%，钢筋网片搭接长度误差在±5cm内，钢架安装垂直度误差在±2°内，型钢、网片、连接管之间焊接焊缝应饱满，不应有假焊漏焊现象。
9.2.9进入工地的主要材料严格按规定和设计要求把关，所有厂制材料须有出厂合格证和必要的检验、试验单。
对进场料、设备按技术质量标准、样品进行严格检验，并事先确定重点检验料。
9.2.10严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
采用CD法施工的隧道，基本上围岩较差，施工中存在掌子面滑塌、初支变形较大、钢架拆除时发生拱顶下沉较大。
10.2保证措施
10.2.1进洞人员必须戴安全帽，特殊工种应持证上岗。
10.2.2坚持安全交底制度和安全学习制度，提高全员安全意识。
10.2.3施工中应严格控制施工步距，保持掌子面到仰拱距离不超过35m，仰拱到二衬距离不超过70m。
10.2.4施工中应做好监控量测工作，确立临界值，并根据量测结果指导施工。
当拱顶下沉及水平收敛速率达5mm/d及累计达到100mm时，应停止掘进，分析原因并采取措施，确保围岩稳定和洞内施工安全。
及时对围岩进行超前地质预报工作，根据前方围岩情况，及时调整支护措施及施工方案。
10.2.5施工时应严格按照设计要求挖大拱脚并安装好锁脚锚管，严格控制钢架下沉。
10.2.6施工时应做好防水和引排水工作，防止钢架脚板被水软化，引起过大下沉。
10.2.7施工中施工中严格执行铁建设【2010】120号文及建技【2010】352号文件要求，加强沉降观测及地址超前预报工作，严格控制步距，初支仰拱每次开挖不能超过3米，在8个小时以内完成封闭成环工作。
10.2.8在浅埋偏压隧道拱顶范围内，按照要求埋设沉降观测点，观测频率和洞内同步。
安排人员及时对洞顶地表进行观测，并做好洞顶排水系统。
10.2.9加强洞内电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。
10.2.10加强机械保养维修，降低机械噪声和废气排放。
10.2.11做好洞内外文明施工，保证良好的施工环境。
11环保措施
合理对选定施工配合比，减少高能耗材料的使用；按照施工进度进行原材料的发放和领用，杜绝超耗；采用油耗量较小的车辆机械，合理利用资源，杜绝铺张浪费。
建设效果及施工图片
图5开挖前掌子面超前探孔图6右侧上台阶开挖支护
图7右侧中台阶开挖支护图8右侧开挖
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