淺談新奧法在隧道施工中的應(yīng)用

涂錦圣

江西省煤田地質(zhì)局普查綜合大隊(duì)，江西 南昌 330001

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的交通事業(yè)也在迅速的發(fā)展，公路、鐵路隧道工程日益增多，許多高等級(jí)路線采用隧道方案不僅改變了線形，縮短了里程，同時(shí)也為國(guó)家節(jié)省了大量的基建投資。新奧法就是隧道施工中經(jīng)常采用的方法之一。

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱，是奧地利學(xué)者拉布西維茲在上世紀(jì)五十年代提出的，以隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。

1 新奧法設(shè)計(jì)施工的要點(diǎn)

1）由于巖體是隧道結(jié)構(gòu)體系的主要承載單元，在施工中必須保護(hù)巖體,減少對(duì)它的擾動(dòng)，避免過度破壞巖體的強(qiáng)度。施工中斷面分塊不宜過多，開挖應(yīng)當(dāng)采用光面爆破、預(yù)裂爆破或機(jī)械掘進(jìn)；

2）為了充分發(fā)揮巖體的承載能力，應(yīng)允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環(huán)；另一方面還要限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。施工中應(yīng)采用能與圍巖密貼、及時(shí)砌筑又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)；

3）施工的各個(gè)階段，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)監(jiān)控，及時(shí)獲取可靠的、數(shù)量足夠的量測(cè)數(shù)據(jù)，例如，坑道周邊的位移或收斂、接觸應(yīng)力等，并及時(shí)反饋用來(lái)指導(dǎo)施工和修改設(shè)計(jì)；

4）為了改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能，施工中應(yīng)盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結(jié)構(gòu)，隧道斷面形狀要盡可能地圓順，以避免拐角處的應(yīng)力集中；

5）為了敷設(shè)防水層，或?yàn)榱顺惺苡捎阱^桿銹蝕，圍巖性質(zhì)惡化、流變、膨脹所引起的后續(xù)荷載，可采用復(fù)合式襯砌。

2 新奧法施工方案

按其開挖斷面的大小及位置可分為：全斷面法、臺(tái)階法、分部開挖法三大類及若干變化方案。

2.1 全斷面法

按照隧道設(shè)計(jì)輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。適用于巖質(zhì)較均勻的Ⅳ～Ⅵ類硬巖中。隧道長(zhǎng)度或施工區(qū)段長(zhǎng)度不宜太短，否則采用大型機(jī)械化施工的經(jīng)濟(jì)性差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)長(zhǎng)度應(yīng)≥1km。注意以下問題：搞清開挖面前方的地質(zhì)情況，隨時(shí)準(zhǔn)備好應(yīng)急措施，確保施工安全；施工機(jī)械設(shè)備須配套，發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率；加強(qiáng)施工通風(fēng)，保證工作面有足夠新鮮空氣。

2.2 臺(tái)階法

根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度，臺(tái)階法可以分為長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法3種。

長(zhǎng)臺(tái)階法的適用范圍比全斷面法廣，凡是在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅(jiān)硬不要用仰拱封閉斷面的情況，都可采用長(zhǎng)臺(tái)階法。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合的時(shí)間，改善初次支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，適用范圍也很廣，Ⅱ～Ⅵ類圍巖都能采用，尤其適用于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法。超短臺(tái)階法初次支護(hù)全斷面閉合時(shí)間更短，更有利于控制圍巖變形，能更有效地控制地表沉陷，超短臺(tái)階法適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖，要求及早閉合斷面的場(chǎng)合。

施工中應(yīng)采用何種臺(tái)階法，根據(jù)以下兩點(diǎn)來(lái)決定：一是初次支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短；二是上斷面施工所用的開挖、支護(hù)、出碴等機(jī)械設(shè)備施工場(chǎng)地大小的要求。圍巖較弱時(shí)以第一條為主，兼顧后者；在圍巖較好時(shí)，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械效率，保證施工的經(jīng)濟(jì)性，滿足第二條即可。

2.3 分部開挖法

分部開挖法可有3種變化方案：臺(tái)階分部開挖法、單側(cè)壁導(dǎo)坑法，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

1）臺(tái)階分部開挖法，又稱環(huán)形開挖留核心土法，將斷面分成環(huán)形拱部、上部核心土、下部臺(tái)階等3部分。據(jù)斷面的大小，環(huán)形拱部又可分成幾塊交替開挖；

2）單側(cè)壁導(dǎo)坑法。將斷面分成3塊：側(cè)壁導(dǎo)坑、上臺(tái)階和下臺(tái)階。側(cè)壁導(dǎo)坑尺寸要充分利用臺(tái)階的支撐作用。側(cè)壁導(dǎo)坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜，這樣導(dǎo)坑可分兩次開挖和支護(hù)，不需要架設(shè)工作平臺(tái)，導(dǎo)坑與臺(tái)階的距離沒有硬性規(guī)定，但一般應(yīng)以導(dǎo)坑施工和臺(tái)階施工不發(fā)生干擾為宜。上、下臺(tái)階的距離則視圍巖情況參照短臺(tái)階法或超短臺(tái)階法擬定；

3）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，又稱眼鏡工法。當(dāng)隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁導(dǎo)坑法難以控制圍巖變形時(shí)，可采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。實(shí)測(cè)表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉陷為短臺(tái)階法的1/2。這種方法一般將斷面分成4塊：左、右側(cè)壁導(dǎo)坑、上部核心土、下臺(tái)階。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。左、右側(cè)導(dǎo)坑錯(cuò)開的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重新分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)坑的原則確定。

3 新奧法的主要支護(hù)手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因錨桿噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)變形，不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過大的壓力。施工順序?yàn)椋洪_挖→一次支護(hù)→二次支護(hù)。

開挖作業(yè)包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、出渣等。開挖作業(yè)與一次支護(hù)作業(yè)同時(shí)交叉進(jìn)行。便于充分利用圍巖自身支撐能力開挖應(yīng)采用灌面爆破或機(jī)械開挖，盡量采用全斷面開挖，地質(zhì)條件較差時(shí)可以采用分塊多次開挖。一次開挖長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)巖質(zhì)條件和開挖方式確定，在同等巖質(zhì)條件下，分塊多次開挖長(zhǎng)度可大一些，全斷面開挖長(zhǎng)度要小一些。

第一次支護(hù)作業(yè)包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯(lián)網(wǎng)、立鋼拱架、復(fù)噴混凝土。在巷道開挖后，應(yīng)盡快噴一層3mm～ 5mm的薄層混凝土，為爭(zhēng)取時(shí)間，在較松散的圍巖掘進(jìn)中第一次支護(hù)作業(yè)是在開挖的渣堆上進(jìn)行的，未被渣堆覆蓋的開挖面完成一次噴射混凝土后再出渣。按規(guī)定布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內(nèi)形成承載拱，噴層、錨桿及巖面承載拱構(gòu)成外拱，起臨時(shí)支護(hù)作用，也是永久支護(hù)的一部分。復(fù)噴后應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)厚度,并要求將錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內(nèi)，第一次支護(hù)應(yīng)在開挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間的1/2時(shí)間內(nèi)完成。

一次支護(hù)后，在圍巖變形趨于穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)行第二次支護(hù)和封底，即永久性的支護(hù)（補(bǔ)噴射混凝土或澆注混凝土內(nèi)拱），提高安全度、增強(qiáng)整個(gè)支護(hù)承載能力，支護(hù)時(shí)機(jī)可以由監(jiān)測(cè)結(jié)果得到。對(duì)于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴(yán)重，必然牽動(dòng)側(cè)墻及頂部支護(hù)不穩(wěn)，所以應(yīng)盡快封底，形成封閉式的支護(hù)，以謀求圍巖的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

新奧法施工是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的，其內(nèi)容在實(shí)踐中進(jìn)一步豐富和發(fā)展，并在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，在隧道施工中取得了較大的成就。新奧法也存在缺點(diǎn)，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(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中發(fā)揮更加重要的作用。

[1]李曉紅.隧道新奧法及其測(cè)量技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[2]夏明耀.地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[3]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTJ024-94）[S].北京：人民交通出版社，1994.