淺析隧道施工方案與襯砌設(shè)計

樊翠英

摘要：隧道的建設(shè)是一個長期的過程，根據(jù)城市的經(jīng)濟(jì)情況和交通能力分期建設(shè)，隨著科技的發(fā)展，不同時代有不同的施工方法。目前在世界上主要有傳統(tǒng)礦山法、新奧法、盾構(gòu)法等三大施工方法以及各種輔助工法。

關(guān)鍵詞：礦山法;新奧法;支護(hù)

一、傳統(tǒng)礦山法

1.傳統(tǒng)礦山法的概念

礦山法指的是用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法。 礦山法是一種傳統(tǒng)的施工方法。它的基本原理是，隧道開挖后受爆破影響，造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時都有可能坍落。基于這種松弛荷載理論依據(jù)，其施工方法是按分部順序采取分割式一塊一塊的開挖，并要求邊挖邊撐以求安全，所以支撐復(fù)雜，木料耗用多。隨著噴錨支護(hù)的出現(xiàn)，使分部數(shù)目得以減少，并進(jìn)而發(fā)展成新奧法。

用礦山法施工時，將整個斷面分部開挖至設(shè)計輪廓，并隨之修筑襯砌。當(dāng)?shù)貙铀绍洉r，則可采用簡便挖掘機(jī)具進(jìn)行，并根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度，在需要時應(yīng)邊開挖邊支護(hù)。分部開挖時，斷面上最先開挖導(dǎo)坑，再由導(dǎo)坑向斷面設(shè)計輪廓進(jìn)行擴(kuò)大開挖。分部開挖主要是為了減少對圍巖的擾動，分部的大小和多少視地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸、支護(hù)類型而定。在堅實(shí)、整體的巖層中，對中、小斷面的隧道，可不分部而將全斷面一次開挖。如遇松軟、破碎地層，須分部開挖，并配合開挖及時設(shè)置。傳統(tǒng)礦山法中有代表性的有上下導(dǎo)坑先拱后墻法和下導(dǎo)坑先拱后墻法。

2.傳統(tǒng)礦山法的優(yōu)缺點(diǎn)

上下導(dǎo)坑法的優(yōu)點(diǎn)是：在拱圈的保護(hù)下進(jìn)行拱下各工序作業(yè)，施工比較安全;工作面多，便于拉開工序和安排較多的勞力，加快施工進(jìn)度;當(dāng)?shù)刭|(zhì)發(fā)生變化時，改變施工方法容易。其缺點(diǎn)是：開挖兩個導(dǎo)坑增加了工程造價;開挖馬口時施工干擾大;襯砌整體性差;工序多，不便于施工管理。下導(dǎo)坑法有出渣方便、施工安全的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：消耗的木材鋼軌多;棚架易因爆破受損;挖馬口還影響施工進(jìn)度;襯砌的整體性也差。

二、 新奧法

1.新奧法的概念

新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，對圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護(hù)的量測、監(jiān)控，指導(dǎo)地下工程的設(shè)計施工。

新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱， 在我國常把新奧法稱為“錨噴構(gòu)筑法”。 采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗，工程質(zhì)量也可以得到較好的保證。使用此方法進(jìn)行施工時，對于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護(hù)和錨噴支護(hù)復(fù)合襯砌，必要時可做二次襯砌;對于土質(zhì)地層，一般需對地層進(jìn)行加固后再開挖支護(hù)、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工。新奧法廣泛應(yīng)用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程。

在我國利用新奧法原理修建地鐵已成為一種主要施工方法，尤其在施工場地受限制、地層條件復(fù)雜多變、地下工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜等情況下用新奧法施工尤為重要。

2.新奧法的特點(diǎn)

2.1 及時性。新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強(qiáng)和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時性和有效性。在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護(hù)能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護(hù)的承載，增強(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。

2.2 封閉性。由于噴錨支護(hù)能及時施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護(hù)原有巖體強(qiáng)度。巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產(chǎn)生新的裂縫，加上原有地質(zhì)構(gòu)造上的裂縫，隨時都有可能產(chǎn)生變形或塌落。當(dāng)噴射混凝土支護(hù)以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節(jié)理和凹穴，大大提高了圍巖的強(qiáng)度。（提高圍巖的粘聚力C和內(nèi)摩擦角）。同時噴錨支護(hù)起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。

2.3 粘結(jié)性。噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，這種粘結(jié)作用可以產(chǎn)生三種作用。

2.3.1 聯(lián)鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結(jié)在一起若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯(lián)鎖反應(yīng)，相繼喪失穩(wěn)定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進(jìn)行噴錨支護(hù)，噴錨支護(hù)的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別威巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。

2.3.2 復(fù)和作用，即圍巖與支護(hù)構(gòu)成一個復(fù)合體（受力體系）共同支護(hù)圍巖。噴錨支護(hù)可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點(diǎn)。

2.3.3 增加作用。開巷后及時繼進(jìn)行噴錨支護(hù)，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不評引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過大的應(yīng)力集中所造成的圍巖破壞;另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提高了圍巖的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。

2.4 柔性。噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護(hù)具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。

三、結(jié)束語

通過兩種方案的對比并結(jié)合本工程的地質(zhì)情況，選用技術(shù)更先進(jìn)的新奧法進(jìn)行施工。在不同的地質(zhì)情況下，采用臺階法或是分布開挖法進(jìn)行施工。具體施工方式見施工組織設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱合華，莊榮等.地鐵與輕軌.人民交通出版社，2006.8.

[2]楊其新，關(guān)寶樹.地下地鐵話題[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2007，172.

[3]姜玉松.地下工程施工技術(shù)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008，223.