淺談鐵路隧道新奧法施工技術(shù)

稅 寧 波, 王 往 望, 張 宏

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

新奧法(NATM)在我國常被稱為“錨噴構(gòu)筑法”。其施工工藝為：在隧道洞室開挖成型后，立即噴射混凝土封閉開挖洞室的圍巖表面，然后再支護(hù)鋼架及施工錨桿，復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度，至此初期支護(hù)完成。再按照《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的要求進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測，待沉降及收斂變形滿足規(guī)程要求、圍巖基本穩(wěn)定后再進(jìn)行二次襯砌的施工。

2 新奧法施工原理

新奧法充分利用巖體自身的承載力。巖體是隧道的主要承載單元，在施工中必須充分保護(hù)巖體，既要避免過多地擾動圍巖，破壞圍巖的整體性，又要避免圍巖長期暴露劣化。同時，在開挖時應(yīng)形成一個受力條件良好的洞室。

開挖后的洞室?guī)r體允許有適量的變形，使巖體應(yīng)力重新分配。當(dāng)開挖面作為一個整體，圓形孔洞可以較均勻地分散巖體應(yīng)力，待應(yīng)力重新平衡后，可以更好地起到支撐隧道結(jié)構(gòu)的作用。同時，也必須通過現(xiàn)場監(jiān)測嚴(yán)格限制變形，防止圍巖過度變形松弛而降低甚至于喪失其承載能力。

在開挖面通過拱架、 錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土等初步支護(hù)與圍巖表面緊貼，形成圍巖-支護(hù)系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，重新分配圍巖巖體應(yīng)力，提高支護(hù)體系的安全性，從而抑制圍巖進(jìn)一步的風(fēng)化并控制其變形受力。

在完成初期支護(hù)、圍巖應(yīng)力重新分配、 現(xiàn)場監(jiān)測巖體應(yīng)力趨于平衡后再施作二次襯砌，完全封閉巖體。但二次襯砌并不是直接作為隧道受力的結(jié)構(gòu)承載物，而是起到部分受力及美觀的作用。

3 新奧法施工具有的特點及要點

(1)新奧法施工特點：支護(hù)的及時性和有效性；支護(hù)保證圍巖的封閉性；支護(hù)結(jié)構(gòu)的柔性；質(zhì)量優(yōu)越，保障工期，降低工程預(yù)算。

(2)新奧法施工要點。

①新奧法應(yīng)用于隧道施工的核心技術(shù)在于復(fù)合式襯砌，即分內(nèi)外兩層先后施作的隧道襯砌。在隧道開挖后,先及時施作與圍巖密貼的外層柔性支護(hù)(一般為噴錨支護(hù))，即初期支護(hù)，容許圍巖產(chǎn)生一定的變形、而又不致于造成松動壓力的過度變形。待圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)層襯砌(一般為模筑)，亦稱二次襯砌。

②新奧法需要依據(jù)現(xiàn)場的監(jiān)控量測進(jìn)行隧道的施工，因此，現(xiàn)場監(jiān)測就顯得尤為重要。現(xiàn)場監(jiān)控監(jiān)測是在隧道開挖過程中，使用各類量測儀表和工具對圍巖變化情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，預(yù)見事故和險情并將其作為調(diào)整和修改支護(hù)設(shè)計的依據(jù)，在復(fù)合式襯砌中依據(jù)量測結(jié)果確定二次襯砌的施作時間。

4 新奧法的適用范圍

新奧法的適用范圍很廣，針對不同巖體及土質(zhì)的主要適用范圍為：具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體；弱膠結(jié)的砂和礫石以及不穩(wěn)定的礫巖；強(qiáng)風(fēng)化的巖石；剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r；堅硬粘土，也包括帶堅硬夾層的粘土；微裂隙、但僅有很少粘土的巖體；在很高的初應(yīng)力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石。

5 新奧法在鐵路隧道施工中的應(yīng)用

5.1 工程概況

深茂鐵路某隧道為單洞雙線隧道，全長960 m，隧道埋深0～60 m。其中Ⅲ類圍巖50 m，占總長度的5.1%；Ⅳ類圍巖85 m，占總長度的8.8%；Ⅴ類圍巖835 m，占總長度的86.1%。軟弱圍巖段較長，淺埋、強(qiáng)風(fēng)化段落長，圍巖自穩(wěn)能力差，施工工法復(fù)雜。

5.2 施工方法

(1)超前支護(hù)。

該隧道的超前支護(hù)主要采用洞口大管棚超前支護(hù)、洞身小導(dǎo)管超前支護(hù)。

(2)洞口、洞身的開挖及支護(hù)。

嚴(yán)格執(zhí)行新奧法施工原則：“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早成環(huán)”。及早封閉成環(huán)是新奧法的基本原則，也是減少變形的最有效的辦法，開挖后迅速完成初噴混凝土，并在12 h內(nèi)完成初期支護(hù)。采用光面爆破，減少超挖量，控制施工過程中對圍巖的擾動，盡量發(fā)揮圍巖的自承能力和初期支護(hù)的承載能力。

洞口及明洞分層進(jìn)行開挖及支護(hù)施工。洞口及明洞每開挖一層，立即初噴混凝土、安設(shè)錨桿、掛網(wǎng)，然后復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度，同時施工排水系統(tǒng)，使支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖連接成一個整體，通過整體變形以確保圍巖的穩(wěn)定性及洞口的安全性。

在洞口超前支護(hù)完成后開始洞身的開挖。洞身段Ⅲ類圍巖的施工方法以臺階法為主，Ⅳ類圍巖洞段采用三臺階法及三臺階臨時仰拱法。Ⅴ類圍巖采用三臺階臨時仰拱及四步CD法。各級圍巖均采用錨噴初期支護(hù)，拱墻一次襯砌，仰拱超前二次襯砌施作。

(3)二次襯砌。

二次襯砌的施做時間應(yīng)安排在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定、量測監(jiān)控數(shù)據(jù)表明位移率明顯減緩時，但是，對于破碎圍巖或淺埋段等情況下二次襯砌應(yīng)盡早施做。一般情況下隧道的二次襯砌施作應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行。

變形基本穩(wěn)定應(yīng)符合的條件：隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和；水平收斂(拱腳附近7 d平均值)小于0.2 mm/d，拱頂下沉速度小于0.15 mm/d；施作二次襯砌前的累積位移值已達(dá)到極限相對位移值的80%以上；初期支護(hù)表面裂隙(觀察)不再繼續(xù)發(fā)展。

(4)仰拱施工。

仰拱襯砌、仰拱填充超前施工。待噴錨支護(hù)全斷面施作完成后，及時開挖并灌注仰拱混凝土及填充部分，使支護(hù)盡早閉合成環(huán)，確保圍巖的穩(wěn)定。

5.3 監(jiān)控量測

及時進(jìn)行圍巖的監(jiān)控量測，第一次監(jiān)控量測在掌子面開挖4 h內(nèi)完成，根據(jù)每次量測數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，對圍巖的變形趨勢作出準(zhǔn)確的分析判斷，據(jù)此指導(dǎo)施工、調(diào)整施工方法、修正支護(hù)參數(shù)。對變形異常地段加強(qiáng)初期支護(hù)和監(jiān)控量測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)分析判斷圍巖的變形趨勢，以便更好地確定二次襯砌施作的時間及加強(qiáng)措施，使施工更加經(jīng)濟(jì)合理。

6 結(jié) 語

如今，新奧法施工已廣泛應(yīng)用于隧道工程施工中。毋庸置疑地說，已經(jīng)成為這個時代隧道施工的重要技術(shù)保障。但是，新奧法至今仍處于經(jīng)驗設(shè)計階段，需要科學(xué)地進(jìn)行圍巖分類，同時根據(jù)使用者已有的工程經(jīng)驗， 總結(jié)并得出一套合理的支護(hù)設(shè)計參數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計模式。