“新奧法”施工理論在觀音閣輸水工程隧洞三標工程中的應用

藺新龍 薛天野

【摘要】 隨著現代水利工程的不斷發展，對其隧洞的施工質量要求越來越高。本文就觀音閣輸水工程中的隧洞工程施工進行探討，在其施工過程中主要運用“新奧法”施工技術，以提高圍巖的穩定性，將其自身的承載能力充分發揮。

【關鍵詞】 新奧法；輸水工程；隧洞；施工技術

1.“新奧法”的基本理論

新奧法的英文全稱為：New Austria Tunneling Method，在工程中通常簡稱NATM。新奧法是由上世紀60年代奧地利的L.V.R abcewicz提出的一套隧道設計施工技術，改法在申請得到專利以后再世界范圍內得到了迅速推廣和發展，并成功的從最初只能運用到圍巖較好的隧道，發展到能在地質較差的地層中運用。

“新奧法”所追求的目標主要是要維持圍巖的穩定，充分發揮圍巖的自身承載能力，而不是讓襯砌或臨時支撐去承擔業已塌落的巖塊的重量。對不穩定的圍巖，在它行將破壞之前就必須進行支護，使它在變形過程中促成新的平衡體系。

“新奧法”的主導思想主要是盡最大可能來發揮圍巖自身的作用，而減輕支護的壓力。所以適時施作襯護以制止圍巖發生有害的變形，已達到充分發揮支護結構材料的強度。與傳統隧道設計施工最本質的區別在于新奧法將開挖周邊的巖土視為一個連續介質，支護設計時主要根據周邊巖土的粘、性、性物理力學性質，同時利用地下開挖后巖體重力的重分布而引起的變形和松動到破壞的時間效應，適時的采取柔性支護結構（常見為錨噴）；使噴射的混凝土與周圍巖土緊密結合，以此很好的利用天然圍巖的自身承載能力，最終達到圍巖穩定的目的。

這兩條基本理論的核心就是圍巖穩定穩定問題。而“新奧法”施工就是使開挖后的圍巖應保持自然穩定狀態。

2.新奧法的適用范圍

任何一種方法都不是萬能，雖然新奧法普適性較廣，能運在各種復雜地質中使用，但也不能例外。如前文所述，新奧法的使用需要通過對隧道現場圍巖的變化進行實時的監控，針對得到的數據做相應的設計，使支護結構能夠很好的利用圍巖自身的自穩能力以達到良好的支護效果，也就是說圍巖的的自穩能力是新奧法實施的前提條件。當遇到圍巖的自穩能力極弱，或根本無法提供自穩能力時，新奧法的實施就存在一定的困難。根據實際工程主要可以終結為一下幾點：（1）在隧道開挖后出現大量的漏水情況，且圍巖以石灰巖溶為主，或在斷層破碎帶，圍巖自穩能力極弱；（2）含卵石的粘土層，此時在隧道開挖后噴混凝土根本無效；（3）特殊巖層錨桿根本無法打入的；（4）圍巖中存在大量的砂層或砂礫層，圍巖無法自穩等。因此，這就要求隧道在開挖請做好及時有效的地質勘查，并做好應急準備。在最新開挖的掌子面及時的做好地質超前探測，針對實際的預測結果對隧道的施工方法做及時的調整，必要時可采取地層預注漿、管棚超前支護等輔助措施。

3.“新奧法”的實施

3.1 采用控制爆破技術

硐室開挖大多都采用鉆爆法，或多或少的對圍巖產生擾動，但可以通過爆破參數和起爆順序來調整，使爆破對圍巖的擾動破壞控制在最小的限度之內。

遼寧省觀音閣水庫輸水工程隧洞施工三標采用鉆爆光面爆破法。施工中控制裝藥量，增加臨空面，利用藥卷與鉆孔不偶合關系，采用光面爆破。見表1.表2。其殘孔率在85%以上，對圍巖擾動深度控制在0.2m左右，壁面起伏差控制在15cm左右。

表1主洞開挖爆破參數

起爆

順序 孔名 孔徑mm 孔深m 孔距cm 藥卷直徑mm 彈孔藥量Kg 線集中度Kg/m 孔數

（個） 總藥量Kg

1 掏槽 42 2.5 27 32 0.6 240 6 3.6

2 擴槽 42 2.5 27 32 1.2 480 6 7.2

3 崩落 42 2.3 52-73 32 1.2 480 14 16.8

4 底周邊 42 2.3 58 25 1.2 480 4 4.8

5 周邊 42 2.3 46 25 0.4 174 16 6.4

6 邊角 42 2.3 58 25 0.4 174 2 0.8

合計 48

39.6

指標 單位耗藥量2.0Kg/m3；不偶合系數1.3，炮孔密集系數1.0。

表2施工技術參數

項目 單位 數量 項目 單位 數量

設計斷面 m2 8.69 平局每排炮進尺 m 2.2

平均鉆孔數 個 48 爆破效率 % 88

鉆孔密度 個/m2 5.3 單位耗藥量 Kg/m3 2.0

鉆孔直徑 mm 42 實測平均開挖面積 m2 8.9

鉆孔速度 m/分 0.12 平均徑向超挖值 cm 5.7

鉆孔深度 m 2.5 超挖率 % 2.9

3.2 及時進行支護

及時支護的目的是更有力的控制圍巖變形的有害發展。所為及時就是更好地掌握適當的時機，充分抓住圍巖在爆破后產生應力徐變的有利時機。而“新奧法”理論認為，不允許圍巖變形是不可能的。但又要控制它自由破壞發展，這就要給他約束。所以采用合理的方法就是增加柔性支護，使之盡快形成一個閉合環。本工程就是采用噴砼支護，其原理是噴錨支護相當于一個閉合圓環，這種方法形成快，能充分利用有利時機。

噴砼采用濕噴法。這種方法砂子含水率保持在5～7%。配合比為：C：S：G=1：1.69：1.76；用普通42.5級水泥，水灰比為0.37；粘稠劑和速凝劑摻量為5.3%和7%；風壓一般為0.15～0.22MPa；這種噴砼工效快，回彈率低，控制在10%范圍內，效果好。

本工程采用噴砼作為柔性支護，具有靈活性，它可隨不同部位沿不同方向進行錨固，見效快、作用大。與圍巖緊密結合，形成一個承載圈，與圍巖共同起作用。

噴砼的同時，根據圍巖發展情況還可配合錨桿，嚴重破碎部位掛鋼筋網。目的是更加約束圍巖自由擴展，以達到穩定平衡。

最終形成的支護結構應使支護墻體和圍巖緊密相連，兩種現場的支護體既要有足夠的剛度用以限制圍巖的變形防止巖體松散破壞；但支護體又必須具備相應的柔度，用以防止圍巖在支護之后發生的適量變形，而造成支護體承受較大的變形壓力而破壞。當支護體需要加強時，宜選用鋼筋網或錨桿、鋼筋網等加固，不宜大幅度加厚混凝土噴層。當圍巖的變形趨于穩定之后，應及時的進行二次襯砌，以增加隧道的安全度同時滿足設計要求。

3.3 施工量測

采用“新奧法”施工時，施工期圍巖穩定狀況、襯砌時機和效果，要靠現場量測結果來判斷。施工量測是判斷圍巖發展變形的依據，也是提供施工期安全可靠地判斷結果。

量測的主要內容有應變觀測、應力量測、變形量測。主要解決了以下問題。

（1）掌握圍巖發展變形的發展過程，預測預報圍巖的穩定狀況，以此來選擇支護的時機和方案。（2）取得現場實際資料的數據，作為下一段的施工方案的依據。（3）認識支護與圍巖相互作用的機理，以進一步完善和發展推廣“新奧法”施工理論創造條件。

通過量測觀察，采用光面爆破，一次周邊光爆效果好。噴錨支護要盡可能提前施工，一般不宜超過6～8小時，使之及早形成閉合圈，使圍巖達到穩定平衡狀態。

結束語

總之，新奧法對隧道和城市地下工程的開挖有著毋庸置疑的貢獻，若能良好的運用和推廣能為整個地下工程帶來安全、高效、經濟的開展。但目前在實際工程中受利用的誘惑加之監管力度的欠缺，往往無法良好的運用新奧法的理論正確的指導施工。