談新奧法在隧道施工中的應(yīng)用

李 華

(中鐵十七局第一工程有限公司，山西太原 030032)

談新奧法在隧道施工中的應(yīng)用

李 華

(中鐵十七局第一工程有限公司，山西太原 030032)

對新奧法的起源與含義進(jìn)行了簡要介紹，并將新奧法與新標(biāo)準(zhǔn)的施工要領(lǐng)相結(jié)合，應(yīng)用于陶家夼隧道開挖工程中，使現(xiàn)場管理、設(shè)置鎖腳錨管、光面爆破等施工環(huán)節(jié)順利進(jìn)行，提高了隧道施工的安全性。

新奧法，新標(biāo)準(zhǔn)，隧道開挖

0 引言

新奧法由奧地利學(xué)者拉布西維茲(L．V．Rabcewicz)于20世紀(jì)50年代提出，60年代取得專利權(quán)并正式命名，70年代末傳入我國。新奧法已經(jīng)在我國應(yīng)用很多年，但是在過去的幾年里，隧道事故頻發(fā)，國家對隧道施工的質(zhì)量、安全愈發(fā)重視，如何更好的運用新奧法，需要一些具體的措施。

針對這些問題2010年高速鐵路工程施工新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)，新標(biāo)準(zhǔn)中對隧道施工增加了很多內(nèi)容，充分學(xué)習(xí)和研究新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范可以看出新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范中的很多新內(nèi)容都和新奧法有很大的聯(lián)系。2010年開工的青榮城際鐵路陶家夼隧道正是按照新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范進(jìn)行施工的，通過陶家夼隧道的施工可以發(fā)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范對新奧法的實際運用起到很大的作用。

1 工程概況

陶家夼隧道全長3 670 m，中心里程DK265+010．00，隧道施工區(qū)域地質(zhì)較差，施工工期較長，為本線的控制性工程。隧道施工區(qū)域位于威海市境內(nèi)，進(jìn)口里程DK263+175，出口里程DK266+ 845，最大埋深275．33 m。隧道進(jìn)口至DK263+671．39段位于半徑為3 500 m曲線上，線間距4．6 m;隧道進(jìn)口至DK265+800段為9．5‰的上坡，DK265+800至出口為10．8‰的下坡。

陶家夼隧道圍巖類型包括Ⅴ級圍巖、Ⅳ級圍巖、Ⅲ級圍巖、Ⅱ級圍巖，設(shè)計開挖方式有三臺階七步法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法、臺階法、全斷面開挖。

2 新奧法原理及相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)實際施工

2．1 新奧法的定義

新奧法是新奧地利隧道施工方法(New Austrian Tunneling Method，簡寫NATM)的簡稱。它是奧地利土木工程師L．V．Rabcewicz等在長期從事隧道施工實踐中，于20世紀(jì)60年代從巖石力學(xué)的觀點出發(fā)并在總結(jié)隧道建設(shè)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的。早在1934年Rabcewicz就提出了在隧道中應(yīng)用“噴漿”的技術(shù)。

新奧法是要充分利用巖體自身的承載力，巖體在自然狀態(tài)下本身是平衡的，在開挖隧道后，巖體應(yīng)力重新分配，而圓形孔洞可以更好的分散巖石的應(yīng)力，當(dāng)開挖面作為一個整體，應(yīng)力重新平衡后，就可以很好的支撐起隧道結(jié)構(gòu)。如何使開挖面成為一個整體，新奧法提出了在開挖隧道后，在開挖面通過拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土等柔性材料與巖石表面緊貼，從而使它成為一個整體，重新分配應(yīng)力，然后通過監(jiān)控量測，圍巖地質(zhì)觀測對隧道施工進(jìn)行微調(diào)，在完成初期支護(hù)圍巖重新分配應(yīng)力達(dá)到平衡后施作二次襯砌，二次襯砌并不是作為隧道的直接承載物，而是起到美觀的作用。

2．2新奧法要領(lǐng)對應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

1)新奧法首先要做的是地質(zhì)調(diào)查工作，這分為兩個階段。對隧道地層地質(zhì)情況的了解和掌握是隧道工程建設(shè)的關(guān)鍵。由于地質(zhì)情況復(fù)雜多變，并且在隧道施工過程中對巖體造成了破壞，巖石的節(jié)理、裂隙很多因素決定巖石的應(yīng)力變化，這就要求地質(zhì)調(diào)查要嚴(yán)格仔細(xì)，并且要貫徹工程整個過程。

a．施工前地質(zhì)調(diào)查階段是從隧道工程設(shè)計階段開始的，一直到施工方在施工組織設(shè)計和現(xiàn)場確認(rèn)。在陶家夼隧道包括Ⅴ級圍巖、Ⅳ級圍巖、Ⅲ級圍巖、Ⅱ級圍巖。在整個隧道的施工中，圖紙?zhí)峁┑膰鷰r級別較為準(zhǔn)確，未發(fā)生圍巖與設(shè)計不符的情況，很好的避免了地質(zhì)災(zāi)害，未產(chǎn)生設(shè)計變更，影響施工計劃和施工工期。在陶家夼隧道施工中還采用了超前地質(zhì)預(yù)報、超前鉆探等方法，很好的指導(dǎo)了隧道施工。

b．施工中的地質(zhì)調(diào)查緊跟隧道開挖面進(jìn)行。陶家夼隧道施工中地質(zhì)調(diào)查是通過超前小導(dǎo)洞進(jìn)行的，目的是能提前發(fā)現(xiàn)巖石地質(zhì)情況，為設(shè)計變更、工法微調(diào)服務(wù)。施工中的地質(zhì)調(diào)查是對施工前地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的檢驗和補充，這是新奧法的重要一環(huán)。

這兩條在TB 10753-2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)中有所體現(xiàn)，在洞身開挖部分：6．1．1隧道開挖方式和開挖方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、覆蓋層厚度、襯砌斷面、隧道長度及工期要求等，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后確定。洞身開挖進(jìn)度應(yīng)與支護(hù)、襯砌等后續(xù)工序協(xié)調(diào)。6．1．2隧道施工應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并作為一道工序納入施工組織設(shè)計和施工管理中，超前地質(zhì)預(yù)報應(yīng)由專業(yè)人員實施。6．2超前地質(zhì)預(yù)報。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和新奧法要求，陶家夼隧道開挖施工中，Ⅴ級圍巖采用三臺階七步開挖法、Ⅳ級圍巖采用二臺階弧形導(dǎo)坑開挖法、Ⅲ級圍巖采用二臺階開挖法、Ⅱ級圍巖采用全斷面開挖法。并在施工中納入了超前地質(zhì)預(yù)報，由有資質(zhì)的公司進(jìn)行，進(jìn)洞前采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行預(yù)測，在開挖20 m時采用TSP地震波反射法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，以后每開挖140 m進(jìn)行一次，預(yù)報結(jié)果由總工和全體技術(shù)人員進(jìn)行研究后確定隧道地質(zhì)，在Ⅴ級圍巖處采用了超前小導(dǎo)管提前支護(hù)，施工時及時觀察，確保巖石穩(wěn)定。

2)施工及監(jiān)測。使用監(jiān)控量測信息來指導(dǎo)施工是新奧法的另一重要特點。

新標(biāo)準(zhǔn)對監(jiān)控量測有了更詳細(xì)的規(guī)定，在新標(biāo)準(zhǔn)7．2監(jiān)控量測中，對監(jiān)控量測從設(shè)計到施工到監(jiān)理單位都有了具體的要求，對監(jiān)控量測的人員、測點布置、監(jiān)控時間、頻率、監(jiān)控點的埋設(shè)、所使用儀器都做了具體要求。根據(jù)這些要求，可以更好的做到新奧法中要求的使用監(jiān)控量測信息指導(dǎo)施工。

在青榮城際鐵路陶家夼隧道的施工中，由項目部及下屬的隧道架子隊的測量人員組成監(jiān)控量測小組，采用圍巖收斂儀和全站儀進(jìn)行量測，根據(jù)不同的圍巖等級按不同的斷面間距進(jìn)行監(jiān)控量測，每日量測后數(shù)據(jù)匯總整理，由量測小組、技術(shù)人員和現(xiàn)場管理人員根據(jù)量測數(shù)據(jù)對接下來的施工進(jìn)行微調(diào)，保證監(jiān)控量測的信息可以及時指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3)新奧法施工的原則盡量減少對巖石的擾動，盡早讓巖石和初期支護(hù)形成一個整體，避免應(yīng)力集中、巖石風(fēng)化，保持巖石完整性。為了達(dá)到這些目的，施工時要進(jìn)行預(yù)裂爆破，減少擾動，光面爆破，防止應(yīng)力集中，盡快施作初期支護(hù)，將開挖面及早封閉，并及時進(jìn)行監(jiān)控量測和信息反饋。

新標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)了隧道開挖后初期支護(hù)應(yīng)及時施作并封閉成環(huán)，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ級圍巖封閉位置距離掌子面不得大于35 m，強調(diào)雙線Ⅳ，Ⅴ級圍巖隧道臺階法施工時應(yīng)設(shè)置鎖腳錨桿(管)、橫向臨時支撐或臨時仰拱等控制拱(墻)腳位移的措施，并在7．3噴射混凝土中對噴射混凝土的材料、工藝有了明確要求。7．3．6隧道開挖后應(yīng)及時初噴混凝土，混凝土終凝到下一循環(huán)爆破作業(yè)間隔不得小于3 h;7．3．14噴射混凝土的早期強度應(yīng)符合設(shè)計要求，C25噴射混凝土24 h強度應(yīng)不小于10 MPa，對噴射混凝土的平整度也有要求。這些內(nèi)容都是為了提高巖石的自穩(wěn)能力，減少對巖石的擾動，這是新奧法中的一個重要內(nèi)容。新標(biāo)準(zhǔn)為新奧法的實施提供了切實可行的標(biāo)準(zhǔn)。

在陶家夼隧道的施工中，加強技術(shù)和現(xiàn)場管理，加強噴射混凝土的材料管控，嚴(yán)格按照新的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行施工，在軟弱圍巖的開挖中設(shè)置鎖腳錨管、臨時仰拱，并及時封閉成環(huán)，優(yōu)化爆破設(shè)計進(jìn)行光面爆破，盡量減少對巖石的擾動等等措施，提高了隧道施工的安全性。

3 結(jié)語

新奧法隧道施工在我國已經(jīng)運用了很多年也有了很多成功的先例，隨著我國隧道建設(shè)的發(fā)展，我們再來看新奧法就應(yīng)該有新的理解。新奧法是一個系統(tǒng)的具體應(yīng)用巖體性質(zhì)、應(yīng)力分布的比較完整的力學(xué)概念，它包含的內(nèi)容很寬泛也極為深入。目前我國很多施工人員還沒有深刻的理解新奧法，比如說如何讓新奧法在平常的施工中更好的實施，如何讓普通的施工人員、技術(shù)人員更好的貫徹實施。

TB 10753-2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)的出臺，是推行新奧法的一個新嘗試，它把新奧法所要求的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，幫助我們更好的理解新奧法，推廣新奧法，實施新奧法。這樣細(xì)致量化的規(guī)定，更利于現(xiàn)場操作，保證隧道安全、科學(xué)、有序的施工。陶家夼隧道在充分學(xué)習(xí)新標(biāo)準(zhǔn)，理解新奧法的前提下，按照新標(biāo)準(zhǔn)施工，終于在2012年12月15日順利貫通，這是一次新奧法與新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合指導(dǎo)隧道安全無傷亡施工的典范。

［1］TB 10753-2010，J1149-2011，高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］周愛國．隧道工程現(xiàn)場施工技術(shù)［M］．北京：人民交通出版社，2009．

［3］馮衛(wèi)星．鐵路隧道新奧法施工新實踐［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001(5)：25-27．

Discussion on the application of new Austrian method in tunnel construction

LI Hua

(First Engineering Limited Company，China Railway Seventeen Bureau，Taiyuan 030032，China)

This paper briefly introduced the origin and meaning of new Austrian method，and combining with the construction essentials of new Austrian method and new standards，applied to Taojiakuang tunnel excavation engineering，carried out smoothly the site management，setting locking anchor pipe，shiny side blasting construction and other procedures，improved the safety of tunnel construction．

new Austrian method，new standard，tunnel excavation

U455．48

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.064

1009-6825(2013)10-0177-02

2013-01-27

李 華(1983-)，男，助理工程師