新奧法在水工隧洞工程應用中應注意的問題

劉卡 王龍

摘要：新奧法已在我國隧道建設中廣泛使用，成功的工程實例不勝枚舉，隧道和地下工程界積累了豐富的經驗，但是，在水工隧洞的修建中，不能直接照搬公路、鐵路及地鐵隧道的經驗，應對支護時機和支護強度進行適當的調整。

關鍵詞：新奧法 水工隧洞 支護時機 支護強度

新奧法適用范圍廣泛，在20世紀60年代新奧法被介紹到我國，20世紀70年代末到80年代初得到迅速發展。至今，在地下工程領域，可以說所有重點難點工程都離不開新奧法，用新奧法指導施工的工程實例不勝枚舉。新奧法以其快速、節省、安全和具有很高的靈活性與優越性越來越受到學者和工程人員的青睞。

1.新奧法的基本原理

（1）充分利用圍巖的自身承載能力，把圍巖當作支護結構的基本組成部分；施作的支護將同圍巖共同工作，形成承載環或承載拱。為此，洞室開挖爆破和施作支護時，均應采取措施盡量減少對圍巖的破壞程度，保持圍巖強度。

（2）根據巖體具有的彈、塑性物理性質，研究洞室圍巖的應力-應變狀態，并將其變形發展控制在允許的變形壓力范圍內，及時施作支護，以保持圍巖穩定。

（3）施作的支護結構應與圍巖緊密結合，既要具有一定的剛度，以限制圍巖變形自由發展，防止圍巖松散破壞，又要具有一定的柔性，以適應圍巖適當的變形，使作用在支護結構上的變形壓力不致過大。當需要補強支護時，宣采用錨桿、鋼筋網以至鋼拱架等加固，而不宜大幅度加厚噴層。當圍巖變形趨于穩定之后，必要時施作二次襯砌，以滿足洞室工作要求和增加總的安全度。

（4）設置固定的觀測系統，監測圍巖的位移及其變形速率，并進行必要的反饋分析，正確估計圍巖特性及其隨時間的變化，以確定施作初期支護的有利時機和是否需要補強支護等措施。

2.新奧法在水工隧洞中的應用應注意的問題

新奧法在公路、鐵路和地鐵的設計與施工中的應用較為廣泛，且積累了豐富的經驗，但是能否將這些經驗直接搬到水工隧洞的修建中去呢？

水工隧洞在運營過程中要承受其內部的水的壓力，持續時間長，有的水壓甚至會很大，將會使襯砌承受比較大的拉應力，這與公路、鐵路和地鐵隧道在運營過程中所承受的力是完全不同的，并且，水工隧洞對防水的要求也很高，尤其是當水工隧洞處于濕陷性黃土等其性質對水比較敏感的圍巖中時，鑒于此，我們在對水工隧道進行設計施工時便不能完全照搬公路、鐵路和地鐵隧道關于新奧法的經驗，須在對此理論的理解上作出一些修正，應更重視在隧洞在使用階段對圍巖承載力的利用，當然，需從設計及施工階段做起。

在采用新奧法原理進行水工隧道的設計與施工時，雖同樣要求用柔性支護，充分利用圍巖的自承能力，但是在支護時機及支護強度的確定上，應根據圍巖情況及隧洞使用后的水壓力等因素，相對于以往修建公路、鐵路或地鐵隧道的經驗，適當提前支護時機，提高支護強度，使圍巖變形少一些，應力釋放得少一點，讓襯砌多分擔一些荷載，這樣有利于抵消在隧洞在使用過程水壓力而產生的拉應力，有利于減少襯砌裂縫，而具體可采取如下方法：

（1）一般情況，即非大變形的情況下，適當地提前支護時機，并且也應減少初支的暴露時間，及時施做襯砌；

（2）應適量提高支護強度，如縮短鋼拱架間距，加大鋼拱架型號，采用強度高的噴射混凝度，或增加初支的厚度。

當然，這樣做會使初期支護的成本增加，但是由于襯砌分擔的荷載相對多了，在以后的使用階段其相當于給襯砌施加了一定的環向預壓力（如圖1所示），可以部分抵消隧洞內水壓引起的襯砌的環向拉應力，使襯砌所受的環向拉應力減小，減少襯砌裂縫發生的概率，并減小裂縫的寬度及長度，對隧洞防漏防滲有顯著作用，并可提高隧洞結構的耐久性，另外，如果設計得當，還有望減少在防止襯砌裂縫方面的投入，降低綜合成本。

（a）未改變支護時機及支護參數時 （b）改變支護時機及支護參數時

圖1 兩種情況的對比

但是，由于支護時機的提前及支護強度的增加，圍巖對襯砌壓力也將增大，襯砌所受圍巖壓力的不均勻性所產生的危害將會增強，因此，應更加重視對圍巖壓力不均勻性的防治，在開挖時應盡量減少對圍巖的擾動，采用光面爆破，減少超欠挖現象，并應在進行錨噴支護工作時加強質量控制，使初期支護與圍巖之間盡量密實，避免初支后面有空洞存在，尤其是拱頂位置，必要時應及時進行注漿作業。

3.結語

在使用新奧法修建水工隧洞時應適當提前支護時機，提高支護強度，以充分利用圍巖荷載來協助襯砌抵抗隧洞內水的壓力，但是，應注意到這會引起圍巖荷載的增加，導致圍巖壓力的不均勻性所產生的危害增大，應采取適當措施減少此危害。

參考文獻：

[1]芮艷杰，賀少輝.新奧法施工技術及其在地鐵工程中的應用[J].西部探礦工程，2005-02.

[2]王建旺，張云剛.在濕陷性黃土中中用新奧法建造水工隧洞[J].水利建設與管理，2006-04.

[3]王守仁.應用新奧法的幾個問題[N].鐵道工程學報，1997-03.

[4]王群選.錨噴支護、新奧法推廣應用中的幾個問題[J].地下工程，2000-11.

[5]劉建強.水工隧洞襯砌結構限裂計算分析[D].大連理工大學，2009-05.

[6]宋戰平，郗舉科，范留明，吳軍.復雜地質條件下水工隧道新奧法施工實踐探究[N].水利與建筑工程學報，2003-09.