高原大跨段隧道CRD法施工技術(shù)研究

伍超

（中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 青島 266100）

0 引言

在黃土地層中修建大跨段黃土隧道的施工過程中，往往存在著許多挑戰(zhàn)和困難。特別是在高原地區(qū)，由于地形復(fù)雜、地質(zhì)條件惡劣以及氣候變化等因素的影響，使得高原大跨段隧道的施工更加復(fù)雜和困難。

在黃土隧道的開挖過程中，由于黃土松散、濕潤度高以及可塑性較強(qiáng)等特點(diǎn)，存在著較大的全場位移。這些位移不僅會(huì)對施工過程造成嚴(yán)重的影響，還可能給隧道的穩(wěn)定性和安全性帶來威脅。因此，深入研究黃土隧道施工力學(xué)效應(yīng)，掌握其力學(xué)特性和變形規(guī)律，對于制訂合理的施工方案和保障隧道工程的安全運(yùn)營具有重要意義。將重點(diǎn)研究高原地區(qū)大跨段黃土隧道的施工技術(shù)，主要采用CRD 法，該方法結(jié)合了剛性框架和擋土墻技術(shù)，通過錨桿錨索實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體加固和地質(zhì)的穩(wěn)定。該方法不僅適用于黃土地層中大跨段隧道的開挖，還具備較好的適應(yīng)性和可靠性。

最后，總結(jié)CRD 法在高原大跨段隧道施工中的獨(dú)特技術(shù)和優(yōu)勢，包括施工周期短、效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面，并為今后類似工程的規(guī)劃和實(shí)施提供參考。通過本文的研究，可以為高原大跨度隧道的施工提供一定的指導(dǎo)和參考，促進(jìn)我國隧道工程的發(fā)展和進(jìn)步。

1 隧道地質(zhì)情況概述

該研究主要關(guān)注高原大跨段隧道的CRD 法施工技術(shù)。隧道所處的地理環(huán)境非常復(fù)雜，包括山脈、丘陵和平地[1]。

該研究的實(shí)際工程案例是周山隧道，該隧道位于山脈中，周圍環(huán)境包括黃土丘陵和冰原，地理環(huán)境非常復(fù)雜。周山隧道的地質(zhì)主要由砂巖、礫巖、粉砂巖和少量粉砂巖組成。該地區(qū)的氣候特點(diǎn)是干燥寒冷，地面水很少，巖石呈干裂狀。地震數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)屬于中輕度地震區(qū)，但由于地處山區(qū)，受到的地震沖擊較大。因此，周山隧道的抗震設(shè)防烈度已提高到6度。該地區(qū)處于華北平原南側(cè)與秦嶺山脈的交匯地帶，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單[2]。

該研究結(jié)果顯示，該地區(qū)穩(wěn)定性較高，沒有發(fā)現(xiàn)區(qū)域性深大斷層，并且新的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也不頻繁。盡管該地區(qū)地下水資源儲(chǔ)備較少，地表徑向傾斜度較大，降雨更容易造成洪水泛濫，但該地區(qū)的土壤利用率相對較低，植物生長空間有限，地表水蒸發(fā)速度較快。因此，在進(jìn)行隧道施工時(shí)，需要注意預(yù)防和處理水土流失問題。盡管研究過程中沒有發(fā)現(xiàn)地下水，但在陰雨天氣時(shí)，可能出現(xiàn)松散層和基巖裂縫中的水。通過CRD 法施工技術(shù)的研究和應(yīng)用，可以有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，保證隧道的施工質(zhì)量和安全[3]。

2 研究方法

2.1 研究對象

研究對象為高原地區(qū)的大跨段隧道，即隧道內(nèi)部跨度較大的隧道結(jié)構(gòu)。由于高原地區(qū)的地質(zhì)條件復(fù)雜，大跨段隧道的施工具有一定的挑戰(zhàn)性。因此，將集中研究高原地區(qū)大跨段隧道的施工技術(shù)，以提供科學(xué)的指導(dǎo)和建議。

2.2 數(shù)據(jù)采集

首先，將收集有關(guān)高原地區(qū)大跨段隧道施工的文獻(xiàn)資料，包括已經(jīng)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告以及相關(guān)的專業(yè)書籍。其次，將與工程師和施工人員進(jìn)行訪談，獲取他們在實(shí)際施工中的經(jīng)驗(yàn)和見解。最后，將收集和分析實(shí)際施工中的數(shù)據(jù)，包括工程進(jìn)度、質(zhì)量控制和安全管理等方面的數(shù)據(jù)。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該研究將設(shè)計(jì)一系列試驗(yàn)來驗(yàn)證和改進(jìn)高原地區(qū)大跨段隧道的施工技術(shù)。試驗(yàn)將在實(shí)際工程中進(jìn)行，采用對照組和試驗(yàn)組的方式進(jìn)行比較。在試驗(yàn)過程中，將考慮多種因素，包括地質(zhì)條件、隧道結(jié)構(gòu)、施工工藝等。通過對比不同的施工技術(shù)和工藝，評估其在高原地區(qū)大跨段隧道中的適用性和效果[4]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

首先，對文獻(xiàn)資料進(jìn)行歸納和總結(jié)，整理出高原地區(qū)大跨段隧道施工技術(shù)的發(fā)展趨勢和關(guān)鍵問題。

其次，對采訪和實(shí)際施工數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，以獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

最后，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出不同因素之間的相關(guān)性和影響程度。

2.5 結(jié)果驗(yàn)證

將通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，驗(yàn)證研究結(jié)果的可靠性和有效性。

首先，與其他專業(yè)人士進(jìn)行討論和交流，獲取他們的意見和建議。

其次，組織專家評審會(huì)議，邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家對研究結(jié)果進(jìn)行評審和驗(yàn)證。

最后，根據(jù)專家意見對研究結(jié)果進(jìn)行修正和完善。

通過以上的研究方法，得出關(guān)于高原地區(qū)大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)的科學(xué)結(jié)論和建議，為相關(guān)工程項(xiàng)目提供參考和指導(dǎo)[5]。

3 高原大跨段隧道下穿公路施工方案分析

3.1 臺(tái)階法施工

臺(tái)階法是在高原大跨段隧道CRD 法施工過程中常用的一種施工方法。該方法是根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，將施工過程分為若干個(gè)臺(tái)階，逐步進(jìn)行施工。臺(tái)階法施工的具體步驟如下：

在進(jìn)行臺(tái)階法施工前，首先需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和勘查，以確定隧道的地質(zhì)構(gòu)造、巖性、斷裂和水文地質(zhì)等情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以制訂隧道的設(shè)計(jì)和施工方案。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定臺(tái)階的高度和階段。一般來說，臺(tái)階的高度應(yīng)該根據(jù)地質(zhì)條件和施工能力來確定。對于高原大跨段隧道，可以將施工過程劃分多個(gè)臺(tái)階，根據(jù)具體情況確定每個(gè)臺(tái)階的高度[6]。

根據(jù)臺(tái)階的高度和階段，制訂相應(yīng)的施工計(jì)劃。施工計(jì)劃應(yīng)包括巖石爆破、掘進(jìn)、支護(hù)、排水等施工工序的具體安排，以及分期驗(yàn)收和質(zhì)量控制等內(nèi)容。

接下來，根據(jù)施工計(jì)劃，進(jìn)行臺(tái)階法施工的具體操作。

首先，巖石爆破。根據(jù)隧道的設(shè)計(jì)要求和爆破物理特性，選擇合適的爆破方案和合理的爆破參數(shù)進(jìn)行爆破作業(yè)。

其次，掘進(jìn)作業(yè)。根據(jù)爆破后的巖體情況，選擇合適的掘進(jìn)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行隧道的掘進(jìn)。在掘進(jìn)過程中，需要控制掘進(jìn)速度，并考慮地質(zhì)構(gòu)造、巖性變化等因素的影響。

在掘進(jìn)過程中，還需要進(jìn)行支護(hù)作業(yè)。根據(jù)隧道的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的支護(hù)方式和材料進(jìn)行隧道的支護(hù)。支護(hù)的主要目的是確保隧道的穩(wěn)定性和安全性。

最后，排水作業(yè)。在施工過程中，需要及時(shí)排除隧道中的積水和地下水，以確保施工的順利進(jìn)行。常用的排水方法包括透水層的灌漿和鉆設(shè)排水孔等[7]。

為了保證黃土地質(zhì)的穩(wěn)定性，在模擬過程中可以選擇三級(jí)臺(tái)階加高拱下沉的施工手段。為了減少邊緣因素對數(shù)值模擬分析結(jié)果的干擾，可以將目標(biāo)區(qū)域置于模型的核心位置（y=30）。

在模擬過程中，重點(diǎn)觀察隧道拱頂不同高度的下降和滑動(dòng)過程、不同階段的下降過程，以及施工過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)重要部位主要壓力的發(fā)展情況。

此外，還可以深入討論模擬開挖的四個(gè)步驟，即1/4（15m）、1/2（30m）、3/4（45m），并詳細(xì)研究在每個(gè)步驟中隧道頂部地層在不同水平方向上的垂直位置變化，以及描述開挖區(qū)域周圍地層的塑性變化。

3.2 CRD 法施工

CRD 法施工步驟包括施工準(zhǔn)備、爆破開挖、支護(hù)和巷道排水等，具體如下：

一是施工準(zhǔn)備：進(jìn)行地質(zhì)勘查和分析，確定隧道的設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方案；制訂施工計(jì)劃，并進(jìn)行施工前的準(zhǔn)備工作。

二是爆破開挖：采用適當(dāng)?shù)谋萍夹g(shù)和爆破參數(shù)，對巖石進(jìn)行控制變形和破碎，實(shí)現(xiàn)隧道的開挖。

三是支護(hù)：根據(jù)隧道的地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的支護(hù)措施，如錨桿、噴射混凝土等，以提供足夠的支撐和穩(wěn)定。

四是巷道排水：在隧道開挖和支護(hù)過程中，及時(shí)進(jìn)行巷道排水，以保證施工現(xiàn)場的干燥和安全[8]。

該技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

一是適應(yīng)性強(qiáng)，CRD 法能夠適應(yīng)不同地質(zhì)條件和復(fù)雜的地下環(huán)境，能夠在各種巖石類型和地質(zhì)構(gòu)造下進(jìn)行施工。

二是施工效率高，CRD 法相比傳統(tǒng)的隧道施工方法，施工速度更快，能夠有效節(jié)約時(shí)間和成本。

三是施工安全性好，通過對爆破參數(shù)的控制和支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，保證施工的安全性。

3.3 二者結(jié)果對比

CRD 法是一種用于高原大跨段隧道施工的技術(shù)，通過對比臺(tái)階法和CRD 法的結(jié)果，可以看出它們在最小壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力方面存在一定的差異。

在臺(tái)階法中，最小壓應(yīng)力為19.7MPa，最大拉應(yīng)力為2.8MPa；而在CRD 法中，最小壓應(yīng)力為11.6MPa，最大拉應(yīng)力為1.9MPa。在臺(tái)階法中，初期支護(hù)的最小壓應(yīng)力主要出現(xiàn)在隧道左右側(cè)墻的下部，低于標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度16.7kPa。而最大拉應(yīng)力則集中在拱頂，超過初期支護(hù)混凝土的抗拉強(qiáng)度1.78kPa。盡管初期混凝土可能出現(xiàn)開裂或剝落，但由于鋼結(jié)構(gòu)的抗壓能力較強(qiáng)，所以隧道的安全性是有保障的。但為了避免裂縫和剝落的出現(xiàn)，仍然需要采取加固措施[9]。

在CRD 法中，最大拉應(yīng)力主要集中在拱頂，并且低于混凝土初期支護(hù)的最小抗拉強(qiáng)度1.67kPa，因此不會(huì)出現(xiàn)開裂或剝落情況。在CRD 法中，初始支護(hù)壓力最低可達(dá)到11.6kPa，雖然低于混凝土的最低抗壓強(qiáng)度16.7kPa，但仍然非常穩(wěn)定，可以放心進(jìn)行初始支護(hù)。另外，C25 混凝土具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，可以承受壓力上升到1.78kPa 的荷載。不過，為了確保安全，仍然需要及時(shí)進(jìn)行加固，以防止裂縫和剝落的問題發(fā)生。在進(jìn)行高原大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)研究時(shí)，根據(jù)對比分析臺(tái)階法和CRD 法的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種方法在最小壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力方面存在一定的差異[10]。

4 結(jié)論

通過對高原大跨段隧道CRD 法施工技術(shù)的研究，得出以下結(jié)論：

其一，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道施工中具有較高的可行性和適應(yīng)性。由于高原地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜、氣候條件惡劣，傳統(tǒng)的施工方式存在一定的困難。而CRD技術(shù)可以通過預(yù)制構(gòu)件的方式進(jìn)行施工，降低了對現(xiàn)場施工條件的要求，并且可以提高施工效率。

其二，CRD 技術(shù)可以有效降低施工的風(fēng)險(xiǎn)和成本。在高原地區(qū)進(jìn)行大跨段隧道的施工過程中，由于地質(zhì)條件不穩(wěn)定，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。而CRD 技術(shù)可以將施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)降至最低，減少施工過程中的意外事故發(fā)生的可能性，并且可以縮短施工周期，減少了施工成本。

其三，CRD 技術(shù)在高原地區(qū)的施工中需要針對當(dāng)?shù)氐奶厥馇闆r進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。高原地區(qū)氣候嚴(yán)寒，夜間溫度較低，施工過程中對混凝土的養(yǎng)護(hù)和保溫措施需要特別注意。此外，由于高原地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工過程中需要對地質(zhì)情況進(jìn)行精確的調(diào)查和分析，以保證施工的順利進(jìn)行。

其四，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道的施工中具有較好的應(yīng)用前景。目前，我國高原地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正在不斷推進(jìn)，需要大量的隧道工程。CRD 技術(shù)作為一種新興的施工方法，可以有效地解決高原大跨段隧道施工中的問題，提高施工效率，并且減少對現(xiàn)場施工條件的要求。

綜上所述，CRD 技術(shù)在高原大跨段隧道施工中具有較高的可行性和適應(yīng)性，可以有效降低施工的風(fēng)險(xiǎn)和成本，并且具有良好的應(yīng)用前景。然而，需要特別注意當(dāng)?shù)氐臍夂蚝偷刭|(zhì)條件，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷推廣，CRD 技術(shù)將在高原地區(qū)的隧道工程中扮演越來越重要的角色。