新奧法在高速公路隧道施工中的應(yīng)用

摘要 以探討高速公路隧道施工為研究目的，文章結(jié)合達(dá)州繞城高速公路曾家溝隧道工程案例，研究了新奧法在高速公路隧道工程中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果顯示，通過(guò)超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，針對(duì)Ⅴ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)圍巖分別開(kāi)展環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法、臺(tái)階法施工以及全斷面開(kāi)挖，并配合及時(shí)支護(hù)與襯砌，使該隧道施工子項(xiàng)目順利通過(guò)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，Ⅴ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖隧道工程的地質(zhì)情況較差，通過(guò)新奧法可取得理想的施工效果。

關(guān)鍵詞 新奧法；高速公路；隧道施工；隧洞開(kāi)挖；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0076-03

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，隧道工程在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。在隧道施工中，新奧法作為一種先進(jìn)的施工方法，逐漸受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。新奧法注重利用圍巖的自承載能力和采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施，結(jié)合圍巖情況制定適宜的開(kāi)挖方案，以提高隧道施工的安全性、穩(wěn)定性和效率[1]。下面就結(jié)合工程實(shí)例重點(diǎn)探討新奧法在高速公路隧道施工中的應(yīng)用。

1 新奧法的實(shí)施原則與技術(shù)特點(diǎn)

1.1 新奧法的實(shí)施原則

新奧法主要實(shí)施原則包括以下幾點(diǎn)：

（1）少擾動(dòng)原則。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，新奧法強(qiáng)調(diào)盡可能減少對(duì)原有圍巖結(jié)構(gòu)的破壞和應(yīng)力狀態(tài)的改變，通過(guò)精確爆破技術(shù)（如光面爆破）、精細(xì)開(kāi)挖工藝及合理的開(kāi)挖斷面分塊實(shí)現(xiàn)最小化擾動(dòng)。

（2）早支護(hù)原則。倡導(dǎo)“即挖即支”或“快速封閉”的理念，一旦完成開(kāi)挖，立即進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，以噴錨支護(hù)為主，迅速形成初步的承載結(jié)構(gòu)，限制圍巖變形并防止出現(xiàn)過(guò)大的松弛區(qū)[2]。

（3）勤量測(cè)原則。新奧法高度重視施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量工作，通過(guò)安裝先進(jìn)的監(jiān)測(cè)儀器，持續(xù)、系統(tǒng)地收集圍巖變形、應(yīng)力變化等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)反饋圍巖受力狀態(tài)及其動(dòng)態(tài)演化過(guò)程。

（4）緊封閉原則。采用柔性而連續(xù)的噴射混凝土或其他材料對(duì)圍巖表面進(jìn)行嚴(yán)密封閉，目的是形成一個(gè)相對(duì)封閉且能夠適應(yīng)圍巖微小變形的整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。

（5）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則。新奧法的核心特征之一是將施工過(guò)程視為一個(gè)動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)過(guò)程，在施工中不斷根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)從開(kāi)挖、支護(hù)到襯砌等全過(guò)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理。

1.2 傳統(tǒng)施工方法的問(wèn)題與不足

傳統(tǒng)施工方法的問(wèn)題與不足表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）技術(shù)手段落后。傳統(tǒng)施工方法往往依賴于較為落后的技術(shù)手段，缺乏先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備的支持。

（2）施工監(jiān)控不足。傳統(tǒng)施工方法缺乏有效的監(jiān)控手段和設(shè)備，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋施工過(guò)程中的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)，難以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和控制。

（3）對(duì)環(huán)境影響較大。傳統(tǒng)施工方法往往對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，例如噪聲、粉塵、廢水的排放等。

（4）安全風(fēng)險(xiǎn)較高。由于技術(shù)手段的限制和管理水平的不足，傳統(tǒng)施工方法的安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，可能存在各種安全隱患[3]。

（5）工期難以保證。傳統(tǒng)施工方法由于技術(shù)手段落后、監(jiān)控不足等原因，施工過(guò)程中可能出現(xiàn)各種意外情況，導(dǎo)致工期延誤。

2 新奧法在高速公路隧道施工中的應(yīng)用分析

2.1 新奧法在隧道施工中的應(yīng)用范圍

新奧法主要應(yīng)用范圍體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）軟弱圍巖隧道。對(duì)于軟弱圍巖隧道，新奧法通過(guò)采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施和施工方法，能夠有效地控制圍巖變形，提高隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

（2）破碎圍巖隧道。在破碎圍巖隧道中，新奧法可以利用圍巖的自承載能力，采取及時(shí)的支護(hù)措施，降低破壞圍巖的風(fēng)險(xiǎn)，提高施工的安全性。

（3）大跨度隧道。對(duì)于大跨度隧道，新奧法可以通過(guò)合理的施工設(shè)計(jì)和支護(hù)方式，確保隧道施工的穩(wěn)定性和安全性，降低施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。

（4）地下水豐富的隧道。在地下水豐富的隧道中，新奧法可以采取有效的排水和止水措施，減小地下水對(duì)施工的影響，保證施工順利進(jìn)行。

（5）復(fù)雜地質(zhì)條件隧道。對(duì)于穿越復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道，新奧法可以根據(jù)地質(zhì)勘察資料，選擇合適的施工方法和參數(shù)，降低施工難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 新奧法在隧道施工中的應(yīng)用分析

2.2.1 項(xiàng)目概況

達(dá)州繞城高速公路西段工程路線全長(zhǎng)38.273 km，其中主線長(zhǎng)32.008 km，西外支線長(zhǎng)6.265 km。其中，曾家溝隧道位于主線，主線采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度為100 km/h，路基寬26.0 m；隧道凈空（高×寬）5 m×10.75 m，隧道左線ZK2+172～ZK3+282的長(zhǎng)度為1 139 m，右線K2+161～K3+268（含長(zhǎng)鏈0.448 m）的長(zhǎng)度為1 107.448 m。

2.2.2 隧道施工工藝流程

結(jié)合該項(xiàng)目施工特點(diǎn)，制定的施工工藝流程圖如圖1所示：

2.2.3 洞口段施工方案

隧道洞口段工程包括洞口防排水、洞口土石方、邊仰坡及成洞面、明洞、洞門施工等。結(jié)合隧道洞口地形、地貌、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并考慮施工開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性，本著“早進(jìn)晚出、少開(kāi)挖”的原則，洞口與明洞工程采用明挖法進(jìn)行施工。洞口段采用大管棚超前支護(hù)的施工方案進(jìn)洞，主要施工順序：洞外截水溝—邊仰坡刷坡并支護(hù)（自上而下逐級(jí)支護(hù)）—開(kāi)挖上半臺(tái)階預(yù)留核心土施作套拱—施作超前支護(hù)—開(kāi)挖套拱下半臺(tái)階—施作明作段襯砌或洞門墻—開(kāi)挖暗洞[4]。

隧道進(jìn)出口工作面均是先行左洞的進(jìn)洞施工，只開(kāi)挖左洞邊仰坡。在開(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)做好邊仰坡防護(hù)，做到開(kāi)挖和防護(hù)的同時(shí)進(jìn)行，邊仰坡臨時(shí)及永久防護(hù)均采用注漿小導(dǎo)管、掛鋼筋網(wǎng)、砂漿錨桿、噴混凝土防護(hù)。

進(jìn)洞口邊仰坡施工完畢后即施工左洞長(zhǎng)管棚工程，管棚施工完成后采用Ⅴ級(jí)圍巖預(yù)留核心土方式開(kāi)挖進(jìn)洞。

2.2.4 正洞施工方案

（1）超前支護(hù)。曾家溝隧道超前支護(hù)采用C形單層

￠42超前小導(dǎo)管。雙層超前小導(dǎo)管采用外徑42 mm、壁厚4 mm、長(zhǎng)450 cm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀；管壁四周鉆注漿孔，孔徑為8 mm，孔間距20 cm，呈梅花形布置，尾部50 cm不鉆注漿孔作為止?jié){段。鋼管與襯砌中線平行，外插角5 °～12 °，拱部布置，環(huán)向間距40 cm；水平搭接長(zhǎng)度不小于1 m，端部焊接在鋼架上。

（2）隧道開(kāi)挖。曾家溝隧道主洞洞身開(kāi)挖方法。Ⅴ級(jí)圍巖主洞洞口段及軟巖破碎段采用三臺(tái)階法施工;Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖一般地段采用臺(tái)階法施工，車行、人行橫通道Ⅳ 級(jí)圍巖采用全斷面法開(kāi)挖（加寬車道開(kāi)挖采用三臺(tái)階法）。

施工原則：所有開(kāi)挖施工必須在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行；臺(tái)階高度不得大于全斷面高度的一半，掌子面穩(wěn)定性較差時(shí)，應(yīng)保留核心土，開(kāi)挖作業(yè)由上至下，而襯砌施工則由下而上[5]。

主要施工順序：上臺(tái)階開(kāi)挖—上臺(tái)階拱墻支護(hù)—下臺(tái)階左側(cè)開(kāi)挖—下臺(tái)階左側(cè)邊墻支護(hù)—下臺(tái)階右側(cè)開(kāi)挖—下臺(tái)階右側(cè)邊墻支護(hù)—下臺(tái)階邊墻初期支護(hù)—仰拱開(kāi)挖—仰拱施作仰拱襯砌—仰拱回填—拱墻二次襯砌整體澆筑。

①全斷面開(kāi)挖：依據(jù)新奧法原理采用全斷面法，對(duì)曾家溝隧道人行及車行橫洞進(jìn)行開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)，每次循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在3.0 m左右，并根據(jù)實(shí)際情況確定進(jìn)尺量。

②兩臺(tái)階法：曾家溝隧道Ⅴ級(jí)圍巖一般地段、Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法施工。上臺(tái)階開(kāi)挖采用YT-28鑿巖機(jī)鉆眼、塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)毫秒微差有序起爆、光面爆破施工，并由挖掘機(jī)扒碴。下臺(tái)階采用YT-28鑿巖機(jī)鉆眼、光面爆破施工、裝載機(jī)裝碴，并用自卸汽車運(yùn)碴。隧道開(kāi)挖后及時(shí)施作初期支護(hù)，仰拱施工緊跟。

工藝流程：上臺(tái)階開(kāi)挖—上臺(tái)階初期支護(hù)—左下臺(tái)階開(kāi)挖—左下臺(tái)階初期支護(hù)—右下臺(tái)階開(kāi)挖—右下臺(tái)階初期支護(hù)—仰拱開(kāi)挖（如有）—仰拱二次初襯—仰拱回填（如有）—拱墻二次襯砌。

③環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法：曾家溝隧道Ⅴ級(jí)圍巖主洞洞口段及軟巖破碎段采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法開(kāi)挖施工。

工藝流程：上臺(tái)階環(huán)形開(kāi)挖—上臺(tái)階初期支護(hù)—上臺(tái)階核心土開(kāi)挖—左下臺(tái)階開(kāi)挖—左下臺(tái)階初期支護(hù)—右下臺(tái)階開(kāi)挖—右下臺(tái)階初期支護(hù)—仰拱開(kāi)挖—仰拱二次初襯—仰拱回填（如有）—拱墻二次襯砌。

（3）初期支護(hù)。隧道初期支護(hù)包括徑向系統(tǒng)錨桿、工字鋼架、格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土，依據(jù)地質(zhì)情況分別設(shè)置。初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面及時(shí)施作，以減少圍巖暴露時(shí)間，抑制圍巖變位，防止圍巖在短期內(nèi)松弛。

（4）二次襯砌模筑混凝土施工。施工順序：洞底水泥砂漿找平層—（含矮邊墻）防水層鋪設(shè)—仰拱（含矮邊墻）鋼筋制作安裝—縱、橫縫止水帶、止水條預(yù)埋—仰拱拱圈混凝土—仰拱回填片石混凝土（預(yù)埋橫向排水管）澆筑—矮邊墻混凝土澆筑（預(yù)埋縱、橫向透排水管）—縱、橫縫止水帶、止水條預(yù)埋—縱、橫環(huán)向透排水氣管預(yù)埋—拱墻防水層鋪掛—拱墻鋼筋制安—環(huán)縫止水帶、止水條預(yù)埋—拱墻二次模筑混凝土襯砌（管線預(yù)埋、孔洞預(yù)留）—縫兩側(cè)混凝土表面50 cm范圍刷涂水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料。

（5）附屬洞室施工。

①附屬洞室開(kāi)挖。洞內(nèi)附屬洞室在相應(yīng)部位左右兩線正洞均已開(kāi)挖完成，且不影響隧道正洞施工的前提下開(kāi)挖。開(kāi)挖采用鉆爆法施工、人工鉆孔，全斷面開(kāi)挖、光面爆破，裝載機(jī)裝渣。由于附屬洞室寬度及高度較小，洞渣采用裝載機(jī)抬入主洞位置進(jìn)行裝車，并由自卸車運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

②洞內(nèi)附屬洞室襯砌。附屬洞室混凝土襯砌采用“先底板、后邊頂拱”分兩序組織施工。底板以9～12 m分段，與邊頂拱分段保持一致，底板澆筑完成后再進(jìn)行邊頂拱襯砌。邊頂拱澆筑采用人工立模，采用組合模板配合定型鋼拱架施工、滿堂架支撐。

3 新奧法在應(yīng)用中的問(wèn)題與對(duì)策

3.1 新奧法應(yīng)用中存在的問(wèn)題

新奧法應(yīng)用中存在的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）技術(shù)實(shí)施難度。新奧法對(duì)技術(shù)要求較高，需要施工人員具備相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和技能。在實(shí)施過(guò)程中，可能面臨技術(shù)實(shí)施難度較大的問(wèn)題，如對(duì)圍巖的判斷、支護(hù)方式的選擇等。

（2）施工監(jiān)控難度。新奧法要求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，對(duì)施工監(jiān)控的精度和可靠性要求較高。在實(shí)際應(yīng)用中，可能存在施工監(jiān)控難度較大的問(wèn)題，如數(shù)據(jù)采集、處理和分析等。

（3）施工組織與管理挑戰(zhàn)。新奧法要求施工組織與管理具有一定的靈活性和適應(yīng)性。在實(shí)際應(yīng)用中，可能面臨施工組織與管理的挑戰(zhàn)，如資源調(diào)配、工期安排等。

（4）成本投入與經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。新奧法雖然能夠提高隧道施工的安全性和穩(wěn)定性，但同時(shí)也需要投入更多的成本。在實(shí)際應(yīng)用中，可能面臨成本投入與經(jīng)濟(jì)效益之間的權(quán)衡問(wèn)題。

（5）環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。新奧法雖然注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨一系列挑戰(zhàn)，如對(duì)環(huán)境的影響、資源消耗等。

3.2 提高新奧法應(yīng)用效果的對(duì)策與建議

為了充分發(fā)揮新奧法在隧道施工中的優(yōu)勢(shì)，提高其應(yīng)用效果，提出以下對(duì)策與建議：

（1）加強(qiáng)地質(zhì)勘察與圍巖分類。在施工前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，了解隧道圍巖的分布、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行準(zhǔn)確的圍巖分類，這有助于為制定合理的施工方案和支護(hù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

（2）優(yōu)化施工方案與參數(shù)。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果和圍巖分類，優(yōu)化施工方案和參數(shù)，包括開(kāi)挖方式、支護(hù)時(shí)機(jī)、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式等。通過(guò)精細(xì)化的設(shè)計(jì)和計(jì)算，確保施工方案的科學(xué)性和可行性。

（3）強(qiáng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋機(jī)制。采用先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。建立有效的反饋機(jī)制，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整施工參數(shù)和優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)，確保施工安全和質(zhì)量。

（4）加強(qiáng)施工人員培訓(xùn)與技能提升。定期開(kāi)展新奧法相關(guān)知識(shí)和技能的培訓(xùn)，提高施工人員的專業(yè)素質(zhì)。加強(qiáng)技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)分享，促進(jìn)施工人員之間的合作與協(xié)同工作。

（5）推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)。鼓勵(lì)隧道施工領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，加大對(duì)新工藝、新材料、新設(shè)備的投入。通過(guò)與科研機(jī)構(gòu)和高校開(kāi)展合作，推動(dòng)隧道施工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

新奧法在隧道施工中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。通過(guò)加強(qiáng)地質(zhì)勘察、優(yōu)化施工方案、實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)措施的落實(shí)，并開(kāi)展提高施工人員素質(zhì)和推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新等方面的工作，可以進(jìn)一步解決新奧法應(yīng)用中存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。同時(shí)，建立完善的評(píng)估體系、加強(qiáng)交流與合作、促進(jìn)資源共享和信息交流等措施也有助于提高新奧法的應(yīng)用效果。未來(lái)，隨著隧道施工技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，新奧法有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和推廣。因此，應(yīng)繼續(xù)關(guān)注和研究新奧法的應(yīng)用與發(fā)展，能為推動(dòng)隧道施工技術(shù)的進(jìn)步作出更大貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2024-02-05

作者簡(jiǎn)介：康昭建（1987—），男，大專，從事施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作。