淺談新奧法在隧道施工中的應用

涂錦圣

江西省煤田地質局普查綜合大隊，江西 南昌 330001

0 引言

隨著社會的發展，科學的進步，經濟的發展，我國的交通事業也在迅速的發展，公路、鐵路隧道工程日益增多，許多高等級路線采用隧道方案不僅改變了線形，縮短了里程，同時也為國家節省了大量的基建投資。新奧法就是隧道施工中經常采用的方法之一。

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，是奧地利學者拉布西維茲在上世紀五十年代提出的，以隧道工程經驗和巖體力學的理論為基礎，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法。

1 新奧法設計施工的要點

1）由于巖體是隧道結構體系的主要承載單元，在施工中必須保護巖體,減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進；

2）為了充分發揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環；另一方面還要限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。施工中應采用能與圍巖密貼、及時砌筑又能隨時加強的柔性支護結構；

3）施工的各個階段，應進行現場量測監控，及時獲取可靠的、數量足夠的量測數據，例如，坑道周邊的位移或收斂、接觸應力等，并及時反饋用來指導施工和修改設計；

4）為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快使之閉合，而成為封閉的筒形結構，隧道斷面形狀要盡可能地圓順，以避免拐角處的應力集中；

5）為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續荷載，可采用復合式襯砌。

2 新奧法施工方案

按其開挖斷面的大小及位置可分為：全斷面法、臺階法、分部開挖法三大類及若干變化方案。

2.1 全斷面法

按照隧道設計輪廓線一次爆破成型的施工方法叫全斷面法。適用于巖質較均勻的Ⅳ～Ⅵ類硬巖中。隧道長度或施工區段長度不宜太短，否則采用大型機械化施工的經濟性差。根據經驗，這個長度應≥1km。注意以下問題：搞清開挖面前方的地質情況，隨時準備好應急措施，確保施工安全；施工機械設備須配套，發揮機械設備的效率；加強施工通風，保證工作面有足夠新鮮空氣。

2.2 臺階法

根據臺階長度，臺階法可以分為長臺階法、短臺階法和超短臺階法3種。

長臺階法的適用范圍比全斷面法廣，凡是在全斷面法中開挖面不能自穩，但圍巖堅硬不要用仰拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階法。短臺階法可縮短支護結構閉合的時間，改善初次支護的受力條件，有利于控制隧道收斂速度和量值，適用范圍也很廣，Ⅱ～Ⅵ類圍巖都能采用，尤其適用于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，是新奧法施工中主要采用的方法。超短臺階法初次支護全斷面閉合時間更短，更有利于控制圍巖變形，能更有效地控制地表沉陷，超短臺階法適用于膨脹性圍巖和土質圍巖，要求及早閉合斷面的場合。

施工中應采用何種臺階法，根據以下兩點來決定：一是初次支護形成閉合斷面的時間要求，圍巖越差，閉合時間要求越短；二是上斷面施工所用的開挖、支護、出碴等機械設備施工場地大小的要求。圍巖較弱時以第一條為主，兼顧后者；在圍巖較好時，主要考慮如何更好地發揮機械效率，保證施工的經濟性，滿足第二條即可。

2.3 分部開挖法

分部開挖法可有3種變化方案：臺階分部開挖法、單側壁導坑法，雙側壁導坑法。

1）臺階分部開挖法，又稱環形開挖留核心土法，將斷面分成環形拱部、上部核心土、下部臺階等3部分。據斷面的大小，環形拱部又可分成幾塊交替開挖；

2）單側壁導坑法。將斷面分成3塊：側壁導坑、上臺階和下臺階。側壁導坑尺寸要充分利用臺階的支撐作用。側壁導坑寬度不宜超過0.5倍洞寬，高度以到起拱線為宜，這樣導坑可分兩次開挖和支護，不需要架設工作平臺，導坑與臺階的距離沒有硬性規定，但一般應以導坑施工和臺階施工不發生干擾為宜。上、下臺階的距離則視圍巖情況參照短臺階法或超短臺階法擬定；

3）雙側壁導坑法，又稱眼鏡工法。當隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍巖條件特別差，單側壁導坑法難以控制圍巖變形時，可采用雙側壁導坑法。實測表明，雙側壁導坑法所引起的地表沉陷為短臺階法的1/2。這種方法一般將斷面分成4塊：左、右側壁導坑、上部核心土、下臺階。導坑尺寸擬定的原則同前，但寬度不宜超過斷面最大跨度的1/3。左、右側導坑錯開的距離，應根據開挖一側導坑所引起的圍巖應力重新分布的影響不致波及另一側已成導坑的原則確定。

3 新奧法的主要支護手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結的可縮性支護結構，允許圍巖有一定的協調變形，不使支護結構承受過大的壓力。施工順序為：開挖→一次支護→二次支護。

開挖作業包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。開挖作業與一次支護作業同時交叉進行。便于充分利用圍巖自身支撐能力開挖應采用灌面爆破或機械開挖，盡量采用全斷面開挖，地質條件較差時可以采用分塊多次開挖。一次開挖長度應根據巖質條件和開挖方式確定，在同等巖質條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度要小一些。

第一次支護作業包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯網、立鋼拱架、復噴混凝土。在巷道開挖后，應盡快噴一層3mm～ 5mm的薄層混凝土，為爭取時間，在較松散的圍巖掘進中第一次支護作業是在開挖的渣堆上進行的，未被渣堆覆蓋的開挖面完成一次噴射混凝土后再出渣。按規定布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內形成承載拱，噴層、錨桿及巖面承載拱構成外拱，起臨時支護作用，也是永久支護的一部分。復噴后應達到設計厚度,并要求將錨桿、金屬網、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內，第一次支護應在開挖后圍巖自穩時間的1/2時間內完成。

一次支護后，在圍巖變形趨于穩定時，進行第二次支護和封底，即永久性的支護（補噴射混凝土或澆注混凝土內拱），提高安全度、增強整個支護承載能力，支護時機可以由監測結果得到。對于底板不穩，底鼓變形嚴重，必然牽動側墻及頂部支護不穩，所以應盡快封底，形成封閉式的支護，以謀求圍巖的穩定。

4 結論

新奧法施工是從實際經驗中總結出來的，其內容在實踐中進一步豐富和發展，并在我國得到廣泛應用，在隧道施工中取得了較大的成就。新奧法也存在缺點，經過工程技術人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在我國的現代化建設進程中發揮更加重要的作用。

[1]李曉紅.隧道新奧法及其測量技術[M].北京：科學出版社，2001.

[2]夏明耀.地下工程設計施工手冊[S].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[3]中華人民共和國行業標準.公路隧道施工技術規范（JTJ024-94）[S].北京：人民交通出版社，1994.