“新奧法”施工理論在觀音閣輸水工程隧洞三標(biāo)工程中的應(yīng)用

藺新龍 薛天野

【摘要】 隨著現(xiàn)代水利工程的不斷發(fā)展，對(duì)其隧洞的施工質(zhì)量要求越來(lái)越高。本文就觀音閣輸水工程中的隧洞工程施工進(jìn)行探討，在其施工過(guò)程中主要運(yùn)用“新奧法”施工技術(shù)，以提高圍巖的穩(wěn)定性，將其自身的承載能力充分發(fā)揮。

【關(guān)鍵詞】 新奧法；輸水工程；隧洞；施工技術(shù)

1.“新奧法”的基本理論

新奧法的英文全稱為：New Austria Tunneling Method，在工程中通常簡(jiǎn)稱NATM。新奧法是由上世紀(jì)60年代奧地利的L.V.R abcewicz提出的一套隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)，改法在申請(qǐng)得到專利以后再世界范圍內(nèi)得到了迅速推廣和發(fā)展，并成功的從最初只能運(yùn)用到圍巖較好的隧道，發(fā)展到能在地質(zhì)較差的地層中運(yùn)用。

“新奧法”所追求的目標(biāo)主要是要維持圍巖的穩(wěn)定，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，而不是讓襯砌或臨時(shí)支撐去承擔(dān)業(yè)已塌落的巖塊的重量。對(duì)不穩(wěn)定的圍巖，在它行將破壞之前就必須進(jìn)行支護(hù)，使它在變形過(guò)程中促成新的平衡體系。

“新奧法”的主導(dǎo)思想主要是盡最大可能來(lái)發(fā)揮圍巖自身的作用，而減輕支護(hù)的壓力。所以適時(shí)施作襯護(hù)以制止圍巖發(fā)生有害的變形，已達(dá)到充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度。與傳統(tǒng)隧道設(shè)計(jì)施工最本質(zhì)的區(qū)別在于新奧法將開(kāi)挖周邊的巖土視為一個(gè)連續(xù)介質(zhì)，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)周邊巖土的粘、性、性物理力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)利用地下開(kāi)挖后巖體重力的重分布而引起的變形和松動(dòng)到破壞的時(shí)間效應(yīng)，適時(shí)的采取柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)（常見(jiàn)為錨噴）；使噴射的混凝土與周?chē)鷰r土緊密結(jié)合，以此很好的利用天然圍巖的自身承載能力，最終達(dá)到圍巖穩(wěn)定的目的。

這兩條基本理論的核心就是圍巖穩(wěn)定穩(wěn)定問(wèn)題。而“新奧法”施工就是使開(kāi)挖后的圍巖應(yīng)保持自然穩(wěn)定狀態(tài)。

2.新奧法的適用范圍

任何一種方法都不是萬(wàn)能，雖然新奧法普適性較廣，能運(yùn)在各種復(fù)雜地質(zhì)中使用，但也不能例外。如前文所述，新奧法的使用需要通過(guò)對(duì)隧道現(xiàn)場(chǎng)圍巖的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，針對(duì)得到的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠很好的利用圍巖自身的自穩(wěn)能力以達(dá)到良好的支護(hù)效果，也就是說(shuō)圍巖的的自穩(wěn)能力是新奧法實(shí)施的前提條件。當(dāng)遇到圍巖的自穩(wěn)能力極弱，或根本無(wú)法提供自穩(wěn)能力時(shí)，新奧法的實(shí)施就存在一定的困難。根據(jù)實(shí)際工程主要可以終結(jié)為一下幾點(diǎn)：（1）在隧道開(kāi)挖后出現(xiàn)大量的漏水情況，且圍巖以石灰?guī)r溶為主，或在斷層破碎帶，圍巖自穩(wěn)能力極弱；（2）含卵石的粘土層，此時(shí)在隧道開(kāi)挖后噴混凝土根本無(wú)效；（3）特殊巖層錨桿根本無(wú)法打入的；（4）圍巖中存在大量的砂層或砂礫層，圍巖無(wú)法自穩(wěn)等。因此，這就要求隧道在開(kāi)挖請(qǐng)做好及時(shí)有效的地質(zhì)勘查，并做好應(yīng)急準(zhǔn)備。在最新開(kāi)挖的掌子面及時(shí)的做好地質(zhì)超前探測(cè)，針對(duì)實(shí)際的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)隧道的施工方法做及時(shí)的調(diào)整，必要時(shí)可采取地層預(yù)注漿、管棚超前支護(hù)等輔助措施。

3.“新奧法”的實(shí)施

3.1 采用控制爆破技術(shù)

硐室開(kāi)挖大多都采用鉆爆法，或多或少的對(duì)圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，但可以通過(guò)爆破參數(shù)和起爆順序來(lái)調(diào)整，使爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞控制在最小的限度之內(nèi)。

遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程隧洞施工三標(biāo)采用鉆爆光面爆破法。施工中控制裝藥量，增加臨空面，利用藥卷與鉆孔不偶合關(guān)系，采用光面爆破。見(jiàn)表1.表2。其殘孔率在85%以上，對(duì)圍巖擾動(dòng)深度控制在0.2m左右，壁面起伏差控制在15cm左右。

表1主洞開(kāi)挖爆破參數(shù)

起爆

順序 孔名 孔徑mm 孔深m 孔距cm 藥卷直徑mm 彈孔藥量Kg 線集中度Kg/m 孔數(shù)

（個(gè)） 總藥量Kg

1 掏槽 42 2.5 27 32 0.6 240 6 3.6

2 擴(kuò)槽 42 2.5 27 32 1.2 480 6 7.2

3 崩落 42 2.3 52-73 32 1.2 480 14 16.8

4 底周邊 42 2.3 58 25 1.2 480 4 4.8

5 周邊 42 2.3 46 25 0.4 174 16 6.4

6 邊角 42 2.3 58 25 0.4 174 2 0.8

合計(jì) 48

39.6

指標(biāo) 單位耗藥量2.0Kg/m3；不偶合系數(shù)1.3，炮孔密集系數(shù)1.0。

表2施工技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目 單位 數(shù)量 項(xiàng)目 單位 數(shù)量

設(shè)計(jì)斷面 m2 8.69 平局每排炮進(jìn)尺 m 2.2

平均鉆孔數(shù) 個(gè) 48 爆破效率 % 88

鉆孔密度 個(gè)/m2 5.3 單位耗藥量 Kg/m3 2.0

鉆孔直徑 mm 42 實(shí)測(cè)平均開(kāi)挖面積 m2 8.9

鉆孔速度 m/分 0.12 平均徑向超挖值 cm 5.7

鉆孔深度 m 2.5 超挖率 % 2.9

3.2 及時(shí)進(jìn)行支護(hù)

及時(shí)支護(hù)的目的是更有力的控制圍巖變形的有害發(fā)展。所為及時(shí)就是更好地掌握適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，充分抓住圍巖在爆破后產(chǎn)生應(yīng)力徐變的有利時(shí)機(jī)。而“新奧法”理論認(rèn)為，不允許圍巖變形是不可能的。但又要控制它自由破壞發(fā)展，這就要給他約束。所以采用合理的方法就是增加柔性支護(hù)，使之盡快形成一個(gè)閉合環(huán)。本工程就是采用噴砼支護(hù)，其原理是噴錨支護(hù)相當(dāng)于一個(gè)閉合圓環(huán)，這種方法形成快，能充分利用有利時(shí)機(jī)。

噴砼采用濕噴法。這種方法砂子含水率保持在5～7%。配合比為：C：S：G=1：1.69：1.76；用普通42.5級(jí)水泥，水灰比為0.37；粘稠劑和速凝劑摻量為5.3%和7%；風(fēng)壓一般為0.15～0.22MPa；這種噴砼工效快，回彈率低，控制在10%范圍內(nèi)，效果好。

本工程采用噴砼作為柔性支護(hù)，具有靈活性，它可隨不同部位沿不同方向進(jìn)行錨固，見(jiàn)效快、作用大。與圍巖緊密結(jié)合，形成一個(gè)承載圈，與圍巖共同起作用。

噴砼的同時(shí)，根據(jù)圍巖發(fā)展情況還可配合錨桿，嚴(yán)重破碎部位掛鋼筋網(wǎng)。目的是更加約束圍巖自由擴(kuò)展，以達(dá)到穩(wěn)定平衡。

最終形成的支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)使支護(hù)墻體和圍巖緊密相連，兩種現(xiàn)場(chǎng)的支護(hù)體既要有足夠的剛度用以限制圍巖的變形防止巖體松散破壞；但支護(hù)體又必須具備相應(yīng)的柔度，用以防止圍巖在支護(hù)之后發(fā)生的適量變形，而造成支護(hù)體承受較大的變形壓力而破壞。當(dāng)支護(hù)體需要加強(qiáng)時(shí)，宜選用鋼筋網(wǎng)或錨桿、鋼筋網(wǎng)等加固，不宜大幅度加厚混凝土噴層。當(dāng)圍巖的變形趨于穩(wěn)定之后，應(yīng)及時(shí)的進(jìn)行二次襯砌，以增加隧道的安全度同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 施工量測(cè)

采用“新奧法”施工時(shí)，施工期圍巖穩(wěn)定狀況、襯砌時(shí)機(jī)和效果，要靠現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果來(lái)判斷。施工量測(cè)是判斷圍巖發(fā)展變形的依據(jù)，也是提供施工期安全可靠地判斷結(jié)果。

量測(cè)的主要內(nèi)容有應(yīng)變觀測(cè)、應(yīng)力量測(cè)、變形量測(cè)。主要解決了以下問(wèn)題。

（1）掌握圍巖發(fā)展變形的發(fā)展過(guò)程，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)圍巖的穩(wěn)定狀況，以此來(lái)選擇支護(hù)的時(shí)機(jī)和方案。（2）取得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際資料的數(shù)據(jù)，作為下一段的施工方案的依據(jù)。（3）認(rèn)識(shí)支護(hù)與圍巖相互作用的機(jī)理，以進(jìn)一步完善和發(fā)展推廣“新奧法”施工理論創(chuàng)造條件。

通過(guò)量測(cè)觀察，采用光面爆破，一次周邊光爆效果好。噴錨支護(hù)要盡可能提前施工，一般不宜超過(guò)6～8小時(shí)，使之及早形成閉合圈，使圍巖達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

結(jié)束語(yǔ)

總之，新奧法對(duì)隧道和城市地下工程的開(kāi)挖有著毋庸置疑的貢獻(xiàn)，若能良好的運(yùn)用和推廣能為整個(gè)地下工程帶來(lái)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展。但目前在實(shí)際工程中受利用的誘惑加之監(jiān)管力度的欠缺，往往無(wú)法良好的運(yùn)用新奧法的理論正確的指導(dǎo)施工。