新奧法施工技術(shù)淺析

范優(yōu)甲

(河北路橋集團(tuán)有限公司)

新奧法施工技術(shù)淺析

范優(yōu)甲

(河北路橋集團(tuán)有限公司)

通過對新奧法鉆爆開挖、噴錨支護(hù)、監(jiān)控量測以及二次模筑混凝土襯砌等施工工藝的闡述，分析施工工藝要點以及目前隧道施工中新奧法的實施和推廣。

新奧法;施工技術(shù);工藝要點

1 前言

新奧法(New Australian Tunnelling Method)是新奧地利隧道施工方法的簡稱(NATM)，由奧地利土木工程師拉布西維茲(L.V.Rabcewicz)在長期從事隧道施工實踐中，從巖石力學(xué)的觀點出發(fā)并總結(jié)隧道建設(shè)實踐經(jīng)驗首次提出;以噴射混凝土和錨桿以及鋼架等相互組合作為主要支護(hù)方式，通過監(jiān)控量測圍巖的變形，充分發(fā)揮圍巖的自身承能力的施工方法。

2 施工過程

2.1 開挖

開挖是先導(dǎo)工作，在整個隧道的施工過程中至關(guān)重要。故專業(yè)分工比較細(xì)，設(shè)有量測劃線組、鉆孔組、爆破組和清渣等班組。

在一般情況下，一個循環(huán)的工作時間約為20 h，生產(chǎn)人員約53人。施_工機(jī)械配有空壓機(jī)、風(fēng)動鑿巖機(jī)、大噸位自卸汽車、輪式裝載機(jī)，以及通風(fēng)和照明等設(shè)備。開挖工作是以施工機(jī)械為主和一般的勞動手段為前提的一種勞動組合，每一個工作循環(huán)的進(jìn)尺在2 m左右。

開挖有兩種不同的方法:全斷面法和臺階法。其臺階的長度以4～8 m為宜，這樣以利上半部的石渣自行拋落到路床上，否則就需重勞力將其扒至臺階的下面，才能采用裝載機(jī)等機(jī)械進(jìn)行清渣。另外一般雙車道隧道，其開挖高度約近8 m。當(dāng)采用這種臺階法施下時，不僅增加了工作面，還可以減少開挖和初次支護(hù)工作所需配置的腳手架的安拆工作，可以取得較好的施工經(jīng)濟(jì)效益。臺階法雖然將隧道分為上下兩個半部，但在開挖掘進(jìn)時，仍應(yīng)同時進(jìn)行鉆孔爆破，一次完成。采用全斷面法施工時，則宜采用鑿巖臺車或其他先進(jìn)的鑿巖設(shè)備進(jìn)行附巖爆破作業(yè)。

洞身爆破開挖，綜合了毫秒爆破和光面爆破技術(shù)，用側(cè)翻裝載機(jī)、大型挖掘機(jī)(通常采用PC220以上)裝渣和大噸位的自卸汽車或傳輸帶出渣。首先是將隧道劃分為上下兩個半部，分別布孔并采用不同的裝藥量。由于采用的是毫秒爆破技術(shù)，這樣在爆破過程中，因各部位置起爆時向差異的關(guān)系，增大了臨空面，可以減少爆破時對圍巖擾動影響的因素，而爆破后的石渣又便于裝載機(jī)裝渣。因此，根據(jù)圍巖類別、洞身埋深、炮孔孔深、炮孔的類別(掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔)和實際出渣能力等因素，各部位炮孔之間的間距以及裝藥量也各不相同。其主要目的是在施工過程中通過采用技術(shù)措施，最大可能的降低爆破對圍巖體的擾動，確保安全;另一方自也能滿足采用臺階法爆破施工技術(shù)的要求。

圍巖橫斷面的各部設(shè)計開挖尺寸，是按照高速公路隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)加上復(fù)合襯砌厚度、預(yù)留沉降、初期支護(hù)厚度等確定的設(shè)計開挖線，也就是進(jìn)行編制工程造價和計量支付的計價線。超挖量的問題是隧道施工過程中不可避免的，采用新奧法爆破施工的超挖量一般控制在15 cm以內(nèi)、欠挖量一般控制在5 cm以內(nèi)。

從算出的各類圍巖的橫斷面積來看，其設(shè)計開挖面積的大小不同，以致襯砌的厚度有所不同，故設(shè)計開挖面積就有差異。根據(jù)統(tǒng)計，新奧法由于綜合了毫秒爆破和光面爆破技術(shù)，與礦山法相比，開挖斷面少4.7% ～10.0%、超挖回填量降低50%。

新奧法的核心技術(shù)是，光面爆破開挖、噴錨支護(hù)和監(jiān)控量測。所謂量測并不是一般用花桿和皮尺去丈量或檢驗一下現(xiàn)場，而是因隧道地質(zhì)的復(fù)雜性和不可預(yù)見行性，初始設(shè)計未必完全符合客觀實際情況，所以，在施工過程中應(yīng)邊開挖邊監(jiān)測，對地質(zhì)情況做出預(yù)報，據(jù)以調(diào)整支護(hù)形式和施工方案，是隧道施工過程中極為重要的一個工作環(huán)節(jié)。由于這項工作是在施工中進(jìn)行的，所以又被稱為信息化施工或現(xiàn)場臨床診斷式施工。它的主要評價指標(biāo)是圍巖體是否穩(wěn)定和支護(hù)形式是否合理。因此，為了切實做好這一量測工作，在勞動組合中，一般都設(shè)有不少于5人負(fù)責(zé)量測畫線的專業(yè)小組。

2.2 初期支護(hù)

洞身開挖前，首先在進(jìn)洞口設(shè)置管棚(先鉆孔，再放導(dǎo)管，后注漿)，加固圍巖(一般長度10～45 m)，再根據(jù)圍巖情況進(jìn)行開挖，并決定開挖長度，接著噴漿，設(shè)置各種錨桿，設(shè)置鋼拱支撐、鋼絲網(wǎng)、聯(lián)結(jié)鋼筋，最后噴射混凝土，完成初期支護(hù)。

噴錨支護(hù)指初期柔性支護(hù)，一般在開挖后的渣堆上即開始進(jìn)行，在開挖后圍巖自穩(wěn)時間的1/2時間內(nèi)完成。噴錨施工一般設(shè)有噴射混凝土和錨桿兩個班組。這項工作常分為兩次進(jìn)行，一次是在爆破后，經(jīng)找頂，進(jìn)行初步清渣和初步噴錨支護(hù);在清渣工作全部結(jié)束后，按設(shè)計要求完成錨桿、掛鋼筋網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)、噴射混凝上的全部工作。生產(chǎn)人員約29人，每一工作循環(huán)約需8h，需要配備混凝土噴射機(jī)和鑿巖機(jī)等設(shè)備。

山嶺公路隧道襯砌，通常采用噴錨技術(shù)°“噴錨”是噴射混凝土、噴射混凝土與錨桿、鋼筋網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)噴射混凝土與錨桿等類型的支護(hù)或襯砌的總稱。

噴射混凝土有干法噴射和濕法噴射兩種。根據(jù)施工實踐經(jīng)驗，在噴射過程中，其回彈量可高達(dá)50%左右，故應(yīng)注意做好材料的回收利用。這是一個重要的問題。

噴射混凝土應(yīng)分段、分片由下而土順序進(jìn)行噴射。每段長度不應(yīng)超過6 m。一次噴射的厚度，如不摻速凝劑、拱部為3～4 cm，邊墻為5～7 cm;如摻速凝劑，拱部為5～6 cm，邊墻為7～10。當(dāng)分多次噴射時，后一層噴射應(yīng)在前層混凝土終凝后進(jìn)行。

錨桿一般采用Ⅱ級鋼筋做成。其類型和用途比較多，它與噴射混凝土等共同形成永久性支護(hù)。根據(jù)施工實踐，按新奧法施工的隧道，爆破對圍巖擾動的影響范圍最大不會超過1.5 m。所以錨桿的長度一般不應(yīng)小于1.5 m。

2.3 二次襯砌模筑混凝土

在初期支護(hù)完成且圍巖趨于穩(wěn)定之后，鋪設(shè)防水層(防水層之外設(shè)置各種排水管)，之后開始二次襯砌。復(fù)合襯砌中的二次襯砌，大多采用現(xiàn)澆混凝土，為有別于噴射混凝土，故習(xí)慣稱之為模筑混凝土。施工中采用定型裝配式的活動鋼模板組織施工，襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)一致，這也是鋼模板制造和美觀的要求。

模筑混凝土系指立?，F(xiàn)澆混凝土，與在露天情況下現(xiàn)澆混凝土沒有大的差異;所不同的是在洞內(nèi)作業(yè)，其模板則宜采用專用縱向長度8～12 m組合式的門式模板臺車澆筑混凝土整體襯砌。

在開挖過程中因爆破造成超挖，一般約為設(shè)計開挖工程最的4%。因此，當(dāng)按照設(shè)計要求在做初次噴錨支護(hù)時，拱部和邊墻處存在不同程度的空隙，要求采用現(xiàn)澆混凝土或石砌圬工將空隙回填密實，使各部襯砌與圍巖緊密地結(jié)合起來，共同承受荷載。

2.4 新奧法施工的基本原則

新奧法施工的基本原則為“短開挖、弱爆破、早支護(hù)、快封閉、勤量測”°動身開挖過程中“短開挖、弱爆破”，以確保開挖對隧道圍巖整體自身穩(wěn)定性的擾動和破壞，縮短圍巖應(yīng)力松弛時間。開挖后及時做初期噴錨支護(hù)，形成永久承載結(jié)構(gòu)，尤其是承受部分水壓和全部土荷載的淺埋隧道、海底隧道其初期噴錨支護(hù)則承受全部水荷載和圍巖荷載，而二次模筑襯砌則作為安全儲備。在隧道施工全過程中，通過對洞內(nèi)外地質(zhì)與支護(hù)狀態(tài)觀察、拱頂下沉、地表下沉、鋼架內(nèi)力及外力、圍巖體內(nèi)位移、圍巖壓力、兩層支護(hù)間壓力、錨桿軸力、爆破震動及滲水壓力水流量等項目指標(biāo)的監(jiān)控量測，實時準(zhǔn)確掌握圍巖(或圍巖加支護(hù))的受力狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工。

3 結(jié)語

新奧法施工工藝源于實踐，又在廣泛的實踐中得到了進(jìn)一步發(fā)展，在我國隧道建設(shè)中推廣新澳法施工以來，經(jīng)過長期的發(fā)展，通過科研、設(shè)計、施工的三結(jié)合，成效顯著。當(dāng)然，新奧法也存在著不足之處，不過通過工程技術(shù)人員和科研工作者的齊心協(xié)力，在實踐中一定能把新奧法不斷完善，使其在我國的現(xiàn)代化地下工程建設(shè)進(jìn)程中得到更加廣泛的推廣和應(yīng)用。

［1］中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F60-2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路隧道施工技術(shù)細(xì)則(JTG/T F60-2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］洪開榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］錢東升.公路隧道施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［6］關(guān)寶樹.隧道施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［7］王建宇.隧道工程的技術(shù)進(jìn)步［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［8］郭陜云.論我國隧道和地下工程技術(shù)的研究和發(fā)展［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004年(增刊):1-6.

［9］陳建勛.全國工程試驗檢測人員考試用書-隧道［M］.北京:人民交通出版社，2010.

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1008-3383(2013)03-0088-02

2012-12-11

范優(yōu)甲(1975-)，男，河北饒陽人，工程師，從事高等級公路施工管理工作。