基于新奧法的隧道施工技術初探

彭晟 趙君 姜濤

摘要：主要研究了新奧法理論產生和發展的背景和歷史沿革，分析其具體方法和應用中的注意事項，以供實際工作參考。

關鍵詞：新奧法;隧道;施工

引言

隨著交通網絡的不斷完善，隧道工程在山區、丘陵地區、城市交通、跨江跨海交通中所占的比重越來越大，其施工方法日益得到技術人員的重視。新奧法施工運用巖土力學理論，對隧道圍巖與支護系統的變形進行量測、監控，利用隧道支護系統變形對隧道結構的設計進行修改，是一種充分利用圍巖自承能力的設計方法，能夠節約隧道建設的成本。

1 新奧法原理

1.1 隧道設計施工的兩大理論及其發展過程

20 世紀以來，人類對地下空間的需求越來越大，地下工程的研究有了一個突飛猛進的發展。人們通過大量的地下工程實踐，先后建立了兩種不同的理論體系。即“松弛荷載理論”和“巖承理論”。前者類似地面工程考慮問題，即：穩定的巖體有自穩能力，不產生荷載;不穩定的巖體則可能產生坍塌，需要用支護結構予以支撐。后者認為不穩定圍巖喪失穩定是有一個過程的，如果在這個過程中提供必要的幫助或限制，則圍巖仍然能夠進入穩定狀態。這種理論更接近于地下工程實際，近半個世紀以來已被廣泛接受和推廣應用。新奧法是巖承理論在隧道工程實踐中的代表方法。

1.2 新奧法

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，它是以既有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。經奧地利、瑞典、意大利等國的許多實踐和理論研究，于20 世紀60 年代取得專利權并正式命名。之后這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速的發展，已成為現代隧道工程新技術的標志之一。我國近40 年來，鐵路等部門通過科研、設計、施工三結合，在許多隧道修建中，根據自己的特點成功地應用了新奧法，取得了較多的經驗，積累了大量的數據，現已全面進入推廣應用階段。

2 新奧法施工方法

新奧法隧道施工中常用方法大致分為全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類及若干變化方案。

2.1 全斷面法

即全斷面開挖法，是指按設計開挖面一次開挖成型。其開挖順序是全斷面開挖，錨噴支護，灌筑混凝土襯砌。常選用于Ⅳ～Ⅵ類硬巖的石質隧道。該法可以采用深孔爆破。全斷面開挖法有較大的作業空間，有利于采用大型配套機械化作業，提高施工速度，且工序少、干擾少，便于施工組織和管理。缺點是由于開挖面積較大，圍巖相對穩定性降低，且每循環工作量相對較大，因此就要求施工單位應具有較強的開挖、出碴與運輸及支護能力。全斷面開挖法的主要工序是：使用移動式臺車或者臺架，首先全斷面一次鉆孔，并進行裝荷連線，然后將鉆孔臺車后退到50m 以外的安全地點，再起爆，使一次爆破成型，出碴后鉆孔臺車再推移至開挖面就位，開始下一個鉆爆作業循環，同時進行錨噴支護或先墻后拱襯砌。

2.2 臺階法

臺階法一般是將設計斷面分成上半斷面和下半斷面兩次開挖成型。其開挖順序是上半部開挖拱部錨桿噴射混凝土支護，拱部襯砌，下半部中央部分開挖，邊墻部分開挖，邊墻錨桿噴射混凝土支護及襯砌。該方法多適用于Ⅱ、Ⅲ類較軟而節理發育的圍巖中，可分別采用添加變化方案。如根據上下臺階距離長短，可分別采用長臺階法、短臺階法、超短臺階法等。臺階開挖的特點在于：一是臺階開挖宜采用輕型鑿巖機打眼，而不宜采用大型鑿巖臺車;二是臺階法開挖具有足夠的作業空間和較快的施工速度。臺階有利于開挖面的穩定性。尤其是上部開挖支護后，下部作業較為安全;三是臺階法開挖的缺點是上下部作業互相干擾。應注意下部作業時對上部穩定性的影響臺階開挖會增加對圍巖的擾動次數。

2.3 分部開挖法

分部開挖法是將開挖斷面進行分部開挖逐部成型，主要包括五種變化方案：臺階分部開挖法、上下導坑法、上導坑超前開挖法、單（雙）側壁導坑法。臺階分部開挖法適用于一般土質或易坍塌的軟弱圍巖地段，與超臺階法相比，臺階可以加長，一般雙車道隧道為1倍洞跨，單車道隧道為2倍洞跨，而較單（雙）側臂導坑法機械化程度高，可加快工程進度。上下導坑超前開挖法適用于Ⅱ、Ⅲ類圍巖，在松軟地層開挖隧道，一般宜采用上下導坑超前開挖先拱后墻法。能夠通過提前探明地質情況，改變施工方法。工作面多，便于拉開工序，適用于安排勞動力與使用小型機械施工。單側臂導坑法適于圍巖穩定性較差，隧道跨度較大，地面沉陷難以控制時采用，兼有正臺階法和雙臂導坑法的優點。雙側臂導坑法適于淺埋大跨度隧道，地表下沉量要求嚴格，圍巖特別差時采用，比較安全可靠。

3 實際施工中應用要點

3.1 施工前的準備工作

首先是施工技術準備。在隧道施工中應用新奧法施工技術前，需要完成對隧道施工設計圖紙的復審，對施工人員在隧道支護、開挖施工及襯砌施工技術進行交底。同時在施工作業現場導線點、導線復測等測量上進行控制，并且做好相關的準備。其次是施工現場準備。主要是完成對現場的通水、通電及平整現場等一系列工作。然后要結合隧道工程施工情況，完成攪拌站的安裝，同時建立施工現場安全管理體系。最后是材料與設備準備。根據施工情況安排所需的機械設備與匹配的數量進入施工現場，同時準備好公路隧道施工過程中所使用的沙子、水泥、防水板等施工材料。

3.2 圍巖支護工作

在實施隧道開挖工程之后，圍巖應力會隨之再次分布，這時需要加強圍巖的穩固性，保證圍巖卸載后強度。為了滿足隧道結構承載能力，圍巖會發生一定的變形與位移情況。需要使用新奧法施工技術，對隧道進行圍巖支護。使用錨噴進行初期支護，并在二次支護過程中，使用模筑混凝土復合襯砌。若施工現場屬于軟巖層，則需要抑制施工發生形變，避免柔性支護模式。這是由于巖層地層隧道下部地層與表面不能承受一定的應力，而其深部土層會受到較大的壓力，不能有效對施工產生的形變進行抑制。因此，在支護時最好選擇一些薄殼型支護結構，從而減少彎曲斷裂情況的發生。

3.3 全時監測工作

做好全時監測工作是隧道施工過程中的一個重點，這樣可以掌握圍巖物理性質，了解隧道穩定性。另外在采用支護結構時，可以選擇正確的支護結構，使施工技術滿足設計需求，以此保證隧道工程項目建設的穩定性及工程項目建設的安全性。首先在監測實施后，若發現圍巖穩定性較差，需要及時進行支護。對穩定性較好的圍巖要保證支護的即時性，在此過程中噴射混凝土不僅要及時還要快速，并且厚度要達到施工要求。根據工程的情況，添加鋼筋網與錨桿。其次在初次支護完成后，基本的變形處于穩定后，要盡快加設模板，便于進行二次襯砌。在采用新奧法施工工藝時，可以利用其基本原理，在了解地質情況與綜合考慮各方面的因素后，總結經驗或計算數字，確定噴錨支護的基本參數，在監測后、開挖之前提前了解圍巖的物理狀態及性質，將了解的信息反饋到工程中，并關注日常檢測系統建設情況，從而保證開挖方案的科學性與準確性。

結語

本文首先對隧道施工中的新奧法施工技術追根溯源，了解其內涵，而后對新奧法進行了應用的分析研究，將新奧法施工技術與具體的實踐工程相融合，保證新奧法施工技術的有效利用，對提高隧道施工質量具有重要的現實意義。

參考文獻

[1] 劉鵬，張立東. 新奧法隧道施工過程中的質量控制措施[J].建筑工程技術與設計，2017（20）：1388.

[2] 李曉紅. 隧道新奧法及量測技術[M].北京科學出版社，2002.

（作者單位：中國人民解放軍66469部隊）