淺析新奧法在隧道開挖中的應用

安靜

（山西交通職業技術學院，山西 太原 030031）

1 隧道新奧法施工技術概述

1.1 隧道新奧法施工技術簡介

新奧法在隧道工程施工中的應用尤為廣泛和普遍，尤其是在公路隧道施工項目中，使用新奧法進行施工的隧道項目占比已經超過項目總量的80%。新奧法全稱為“新奧地利隧道施工法”，最早于上世紀五十年代被奧地利著名土木工程師西維茲提出。新奧法隧道施工技術基于傳統的巖土力學基本理論，并結合隧道開挖施工技術及經驗總結提出，屬于典型的半經驗半理論施工工法之一。新奧法的核心技術內容是將隧道開挖支撐錨桿和高壓襯砌噴射混凝土相互組合，襯砌支撐錨桿可以解決傳統混凝土砂漿襯砌強度不足的缺陷，高壓噴射襯砌混凝土可以更好地保護支撐錨桿，防止支撐錨桿老化，二者相互補充，共同發揮隧道圍巖支護功能。其組合工作原理類似于鋼筋混凝土結構。新奧法在從開始提出到正式形成一種系統性施工技術的過程中，通過世界范圍內不同國家的應用改進，使其施工技術質量和可靠性不斷提升，目前，新奧法的成套施工技術體系已經形成，其在隧道開挖施工過程中的優勢得到充分彰顯。

隨著新奧法施工技術的成熟和完善，在各類重大隧道工程開挖施工過程中，已經成為首選推薦施工工法，尤其對于隧道圍巖強度等級較弱，隧道圍巖破碎工況嚴重的隧道開挖項目效果尤為顯著。

1.2 隧道新奧法施工特點分析

第一，采用新奧法施工的公路隧道項目選用錨桿襯砌混凝土噴射組合施工技術，由于錨桿支護和隧道襯砌混凝土噴射施工可以同隧道開挖同步開展，施工時效性較高，完全可以實現“邊開挖、邊支護”的施工要求；此外，能夠充分發揮出隧道開挖作業面的空間效應，在隧道開挖斷面出現大變形和大位移前，可以通過組合支護措施限定其變形發展，尤其是破碎性圍巖結構，采用該技術能夠防止隧道圍巖結構應外荷載擾動作用下產生的應力松弛效應，部分工況較差的隧道可以提前支護，保證支護效果，可以借助噴射襯砌混凝土的快干性和混凝土與錨桿結構之間的摩阻力，確保隧道圍巖的支護可靠性和時效性。

第二，由于開挖作業面與襯砌支護作業面同步進行，開挖斷面的碎石層可以快被快速密封，避免了由于開挖施工作業擾動引起的隧道圍巖失穩脫落，能夠實現全斷面、無死角密封防護，極大地避免了因隧道圍巖膨脹或潮濕引發的體積膨脹，有效提升了隧道襯砌及圍巖結構的強度等級。此外，對于使用鉆孔爆破法開挖的隧道斷面，在瞬間爆破荷載的沖擊作用影響下，隧道圍巖結構容易誘導出現多向開裂，裂縫交叉位置易引發襯砌剝離，借助高壓噴射混凝土施工技術，可以將混凝土砂漿噴射到開裂內部，起到裂縫封閉和密實的功能，封閉在隧道圍巖表面的襯砌結構能夠阻隔外界空氣和水分，解決了不良環境因素對圍巖結構耐久性造成的影響。

第三，錨桿與高壓噴射混凝土共同組成支護結構，二者協同工作原理類似于鋼筋混凝土結構中的鋼筋和混凝土材料，借助混凝土中骨料與錨桿的相互嵌鎖作用，能夠顯著提高隧道破碎圍巖的承載能力、剛度及整體性，防止出現因施工擾動誘發的嚴重坍塌和冒頂事故；此外，借助噴射混凝土可以填充原有隧道圍巖表面的凹凸不平情況，防止圍巖尖點位置出現應力集中效應影響隧道圍巖局部結構的整體性。

2 隧道新奧法施工技術要點

2.1 隧道開挖及碎渣外運

對于確定使用新奧法施工的隧道工程項目，應先調配專業的工程勘察隊伍，對擬開挖隧道巖石斷面的地質條件、圍巖等級及圍巖節理發育情況進行勘察，制定相應的新奧法施工技術方案，尤其應做好施工現場組織設計、施工機械配置及地質超前預報等關鍵技術環節，隧道斷面開挖方式盡量使用定點鉆孔爆破技術，合理控制炸藥數量，在保證施工爆破量和施工效率的前提下，盡可能降低施工荷載對隧道圍巖的擾動，為錨桿支護和高壓襯砌混凝土噴射施工提供先決條件。對于軟質巖層結構，建議使用機械開挖或者人工與機械聯合開挖法，避免因爆破開挖時產生的瞬間沖擊荷載對隧道圍巖結構的不良影響。除了隧道開挖外，為了保證洞內開挖工作的接續進行，必須制定相應的開挖碎渣出渣方案，保證隧道開挖工程項目的正常推進。開挖碎渣的外運方式可細分為人工外運和機械外運兩種，人工外運調度靈活，但調運效率低下，需要耗費大量的人力物力，工程經濟性較差，人工調運一般應用在隧道開挖洞口直徑較小或者短距離隧道開挖工況中；機械調運的調運效率明顯提高，但需要一次性投入大量的裝載機械和運輸車輛，施工前期投入較大，機械外運適用于洞口開挖斷面直徑較大且內部交通運輸便捷的施工工況，尤其適用于單向掘進的特長隧道。

2.2 隧道襯砌支護

隧道襯砌支護必須堅持“邊開挖，邊支護”的相關原則，開挖后的斷面，巖層尚處于不穩定狀態，建議先將錨桿按照設計位置打入隧道圍巖結構中，并同時采用高壓噴射混凝土噴射襯砌結構，襯砌混凝土屬快干型，能夠迅速形成強度，與錨桿形成統一的支護結構。對于破碎性圍巖結構，在施工荷載擾動下，隧道圍巖容易出現大變形，因此，破碎圍巖結構必須盡快采取支護措施，合理控制圍巖剛度指標，襯砌結構設計應為柔性結構，以提升隧道襯砌結構與圍巖之間的有效貼合性，此外，借助柔性結構可以緩釋圍巖變形，防止出現嚴重的剛性瞬間破壞。對于部分存在嚴重軟弱圍巖的位置，應強化襯砌支護，襯砌支護不能單純增厚襯砌混凝土，應適當加密錨桿間距或者在錨桿和襯砌混凝土內增設鋼筋網架，以提高襯砌結構的剛度。

3 總結

根據本文分析內容可知，在公路工程隧道開挖施工實踐中，尤其針對于軟弱圍巖隧道開挖，使用新奧法施工的可靠性更高。在后續工程實踐中，應細化不同圍巖分級對應的支護措施，做好隧道開挖與隧道襯砌支護兩個施工環節的協調配合，提高新奧法的施工精度和質量。