新奧法在陳家?guī)X隧道圍巖施工中的應(yīng)用

廖勝君

(湖南通和工程有限公司)

隨著我國改革開放的不斷深化,國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,公路運(yùn)輸量大幅增長,公路特別是主干線越來越不能滿足日益增長的公路通行能力的要求。在修建高等級公路,為縮短公路里程,改善線路和保護(hù)環(huán)境,提高線路的質(zhì)量,以前那種“逢山盡量繞著走”的做法,將被公路隧道所代替。隧道既能保證最佳路線以便利于行車,又可有效防止山地陡峭的滾石、泥石流等自然災(zāi)害,提高了行車的安全性和可靠性。隧道公路的施工方法經(jīng)歷了從傳統(tǒng)礦山法到新奧法,新奧法在隧道施工中的應(yīng)用越來越廣泛。從分析新奧法施工原理入手,探討了新奧法在陳家?guī)X隧道IV、V級圍巖中的應(yīng)用,分析了IV、V級圍巖開挖支護(hù)方法及工藝,研究了其施工監(jiān)測和施工排水中要主要的問題。

1 新奧法施工原理

新奧法又稱NATM,是“NewAustrianTunnelingMethod”的簡稱,常見到的譯名為“新奧地利隧道施工方法”。新奧法是一個具體應(yīng)用巖體動態(tài)性質(zhì)的完整的力學(xué)概念(或者說是一種隧道工程概念),是按科學(xué)制定的并已為實(shí)踐所證明的原則和思想去修筑隧道。新奧法施工選擇合理的斷面形狀、施工程序和開挖方法。

隧道施工方法的選擇,主要是根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、施工條件、圍巖類別、隧道埋置深度、隧道斷面尺寸大小和長度、襯砌類型等進(jìn)行選擇,且應(yīng)以施工安全為前提,以工程質(zhì)量為核心,并結(jié)合隧道的使用功能、施工技術(shù)水平、施工機(jī)械裝備、工期要求和經(jīng)濟(jì)可行性等因素綜合考慮研究選用。隧道工程采用新奧法施工常用的施工方法大致可分為全斷面法、臺階法、分布開挖法、中隔墻法(CD法)、交叉中隔墻法(CRD法)。

2 工程概況

陳家?guī)X隧道處于汝郴高速十標(biāo)段。陳家?guī)X隧道為雙洞單向雙車道隧道,左右洞側(cè)設(shè)線間距 22～35m,左洞里程樁號起于汝城端ZK52+173,止于郴州端ZK53+988,隧道總長為1815m;右洞里程樁號起于汝城端 YK52+160,止于郴州端YK53+960,隧道總長為 1800m。隧道左右線汝城端洞口位于圓曲線上,郴州端洞口均位于直線上。陳家?guī)X隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道,左線隧道長1836.54m,右線長1818.9m,雙洞合計(jì)總長為3655m。該隧道通過地段地形復(fù)雜,山高谷深,巖層覆蓋層厚,巖石破碎、裂隙發(fā)育。

3 新奧法在陳家?guī)X隧道中的施工工藝

陳家?guī)X隧道按新奧法原理組織施工,首先根據(jù)有關(guān)地層情況,將有關(guān)巖石分類,不同的圍巖采用不同的支護(hù)方式。根據(jù)有關(guān)地質(zhì)資料和隧道的結(jié)構(gòu)可分為:(1)VI級圍巖襯砌及V級圍巖加強(qiáng)襯砌段;(2)V級圍巖襯砌段;(3)IV級圍巖襯砌段。而在陳家?guī)X隧道中主要是IV級和V級圍巖。

3.1 IV級圍巖開挖支護(hù)方法及工藝

IV級圍巖初期支護(hù)采用注漿小導(dǎo)管或砂漿錨桿超前支護(hù),網(wǎng)噴混凝土、徑向ZW型系統(tǒng)錨桿及格柵拱架聯(lián)合支護(hù)。初噴混凝土厚度為20cm;開挖后拱墻錨桿尺寸為Φ18m,長度為3m,間距(縱環(huán))1.2m×1.0m,鋼筋網(wǎng)片間距為200mm×200mm,直徑縱向?yàn)?mm,環(huán)向?yàn)?mm;格柵鋼架間距為1.2m。IV級圍巖二次模筑襯砌拱墻厚35cm,仰拱為50cm。IV級圍巖開挖采用短臺階法開挖。

上半斷段面開挖支護(hù)采用鑿巖臺架風(fēng)鉆鉆孔。裝藥爆破,嚴(yán)格控制藥量,開挖長度不得大于 2m。施工臨時支護(hù),先噴 3～5cm混凝土后,施作鋼筋網(wǎng),再立格柵拱,復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。格柵拱架洞外加工,人工洞內(nèi)架設(shè)。

下半斷面開挖支護(hù)采取爆破開挖,與上半斷面同時起爆,進(jìn)尺與上半斷面同。由反鏟或裝載機(jī)裝碴,自卸汽車運(yùn)輸。開挖后及時施作初期支護(hù)。

3.2 V級圍巖普通段開挖支護(hù)方法及工藝

V級圍巖普通初期支護(hù)采用注漿小導(dǎo)管或砂漿錨桿超前支護(hù),網(wǎng)噴混凝土、徑向 ZW型系統(tǒng)錨桿及格柵拱架聯(lián)合支護(hù)。初噴混凝土厚度為 25cm,開挖后拱墻錨桿尺寸為20mm,長度為3m,間距(縱環(huán))1.0m×1.0m,鋼筋網(wǎng)片間距為200mm×200mm,直徑縱向?yàn)?mm,環(huán)向?yàn)?mm;格柵鋼架間距為 0.75m。V級圍巖普通段二次模筑襯砌拱墻厚40cm,仰拱為60cm。V級圍巖普通段采用超短臺階、下半斷面分部法開挖。

4 陳家?guī)X隧道施工圍巖變形監(jiān)控與分析

(1)監(jiān)測的反饋程序及工程措施

整理量測資料,繪制位移量隨時間變化的曲線。繪制位移速度隨時間變化的曲線。繪制位移量與開挖面距離關(guān)系曲線。找出位移時間回歸線求出最終凈空位移量。根據(jù)各類圍巖量測數(shù)據(jù)庫求出圍巖的E,r,c,Φ等物理參數(shù)。制定管理標(biāo)準(zhǔn)。

(2)拱頂下沉變形規(guī)律分析

在陳家?guī)X隧道的監(jiān)控量測中可以發(fā)現(xiàn),在施工過程中,拱頂下沉值數(shù)據(jù)的變化曲線如下。

以某段為例,在開挖之后,拱頂下沉速率就開始緩慢下降,拱頂下沉值時程曲線呈完美的對數(shù)函數(shù)曲線,47d左右時候,拱頂下沉速率穩(wěn)定在 0.08mm/d左右。拱頂下沉值穩(wěn)定在55.45mm左右,收斂比為0.55%。各個方面數(shù)據(jù)顯示圍巖己基本穩(wěn)定。整個變形過程如圖 1所示。

圖1 斷面變形曲線

(3)洞身收斂變形規(guī)律分析

在對陳家?guī)X隧道的洞身收斂變形規(guī)律進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),洞身收斂監(jiān)測數(shù)據(jù)較拱頂下沉數(shù)據(jù)分布更加散,很難將之與具體因素結(jié)合起來分析。但是總趨勢一般都會收斂?，F(xiàn)取某個斷面進(jìn)行簡要分析。在這個斷面中,整個變形過程收斂增長速率比較緩慢,最大曾經(jīng)達(dá)到1.8mm/d,但是普遍較小。根據(jù)回歸分析,收斂速率達(dá)到0.2mm/d,需要45d。最后可以回歸得最后的收斂值不超過 22mm,這時洞身收斂比為0. 16%,才可以認(rèn)為洞身己基本穩(wěn)定。斷面變形過程曲線如圖2所示。

圖2 斷面洞身收斂變形過程曲線

5 陳家?guī)X隧道施工排水

陳家?guī)X隧道進(jìn)口為反坡施工,在距工作面 60～120m設(shè)臨時集水坑,將工作面積水采用 1臺 45kW抽水機(jī)和100mm排水管將洞內(nèi)水排出洞外。隧道出口為上坡施工,施工中緊跟開挖面修筑水溝,采用自然排水至洞外。

為防止施工排水?dāng)y帶的泥砂、油污等污染環(huán)境,擬在隧道進(jìn)、出口洞口外分別設(shè)置廢水沉淀池(共 2座),廢水經(jīng)沉淀并達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后,再排至溝河。

6 結(jié)束語

新奧法作為一種目前國內(nèi)隧道及地下工程普遍推廣應(yīng)用的工程方法,其原理與內(nèi)容的科學(xué)合理性得到工程廣泛認(rèn)同。不可否認(rèn),新奧法也存在不少缺點(diǎn),不過經(jīng)過工程技術(shù)人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善,在我國的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中發(fā)揮更加重要的作用。

[1] 雷雙龍.新奧法原理在東風(fēng)隧道施工中的規(guī)范化應(yīng)用[J].山西水利,2000,(3).

[2] 交通部 .公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京:人民交通出版社, 1990.

[3] 韓瑞根.地下工程新奧法[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1987.