新奥法隧道施工技术
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摘要： 隧道修建技术随着大规模的地下工程建的开展而得到了不断提高，在此基础上出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更有效的施工方法；本文结合工程实例，对在隧道施工中应用的新奥法施工技术加以介绍。
Abstract： The tunnel construction technology is continuously improved with the development of a massive underground project construction， on this basis， some more effective construction methods appeared， such as the New Austrian Tunneling Method， Norway method， shallow tunneling method， and so on. This paper introduced the New Austrian Tunneling Method in tunnel construction combined engineering examples.
关键词： 新奥法；隧道；施工技术
Key words： New Austrian Tunneling Method；tunnel；construction technology
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0108-03
0 引言
隧道工程在交通运输中占了举足轻重的地位。目前我国隧道施工技术主要有以下几种：盾构法、矿山法、新奥法。新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，新奥法是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。六十年代此法被介绍到我国，七十年代末八十年代初得到迅速发展。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
1 新奥法技术的原理
①围岩是隧道结构的主要承载部分。②为使围岩在开挖卸载后不失去原有的强度，应在开挖后对围岩进行加固。③隧道围岩支护过程中，一方面允许围岩有一定的位移，从而产生受力区；另一方面，又必须限制围岩位移的程度以避免围岩变形过大而产生严重松弛卸载。④围岩自稳时间，一方面依靠对围岩地质条件的初步调查，另一方面可通过在建造过程中量测隧道周边的位移来评定。⑤初次支护的建造应是适时的，使围岩在开挖后延时一定时间来得及变形并形成承力保护区，以达到较好的支撑效果。⑥初次支护主要作用是保持围岩的自承状同，防止严重的松弛和卸载，而不是用来承担隧道围岩所失去的承载力。⑦由于喷射混泥土本身具有强度高和轻度变形的特点，其整体的结构效应通常可视为薄壳，具有可塑性和收缩的能力。⑧由于喷射混凝土具有可填平洞壁不平整面、与围岩紧密结合等特点，使围岩不发生严重的应力重分布，常被用来作为初次支护，必要时还使用锚杆、钢筋网和钢拱架。⑨初次支护只要没有被腐蚀破坏，即可视为整体承重结构的一部分。⑩施工方法决定了孔洞从开挖到封闭所需的时间，围岩的变化可经过施工前的地质调查资料进行估计，很难定量解释，施工过程中通过测量来控制和修改。？輥？輯？訛设计的隧道横截面应尽可能接近圆形或椭圆形，因为，从静力学的角度来看，隧道横截面为圆形时受力条件最为有利，严格限制超挖和欠挖，隧道开挖后需及时建造仰拱以形成封闭结构。？輥？輰？訛应特别注意施工过程中工程荷载对隧道受力的影响。应尽可能减少开挖次数，或拱部采用一次开挖方案，为了尽量限制开挖后隧道围岩二次应力重分布程度和松动圈的范围。？輥？輱？訛建造薄层内衬砌，以提高隧道结构的安全性及达到密封的效果，使结构内不产生过大的弯曲应力，内层与外层相互之间只传递压力。？輥？輲？訛外源水压和静水压力的控制可通过在外壳（必要时也在内壳）上设置软管及足够的密封排水装置来实现。？輥？輳？訛对整体结构系统的稳定性、安全度评价和设计结构需要加强的必要性以及设计结构刚度的大小，均根据建造过程中的应力及变形状态的测量结构来确定。？輥？輴？訛为了提高衬砌的强度，一般不增加其厚度而增加钢筋含量（即钢拱）；增大整个结构的刚度可通过增加锚杆的根数或长度以形成围岩受力环区来实现。
2 新奥法施工技术
2.1 双连拱隧道新奥法施工 采用单向掘进新奥法施工，由进口向出口方向掘进。采用明挖法施工明洞段，采用“三导洞”法开挖正洞，即先行贯通中导洞，中隔墙先施工完，两侧导洞再施工，拉开左、右导洞达到一定距离。洞身衬砌采用复合式衬砌，采用网、锚、喷、工字钢架、短管棚、格栅钢架结合长、超前锚杆支护进行初期支护，二次衬砌采用模筑砼，初期支护和二次衬砌间铺砌土工布和改性防水板组成的复合防水层。采用凿岩机钻孔掘进，边墙采用控制爆破，拱部采用光面爆破，非电毫秒雷管起爆，自卸汽车运输，侧卸装载机装渣。采用模板台车进行二次衬砌，在拌和站集中拌制砼，砼机械振捣，泵送入模，通风采用自然式通风。
2.2 工艺流程和关键技术 新奥法是以锚杆支护、喷射混凝土为主要支护手段，柔性薄层由锚杆喷射混凝土支护形成，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。
2.2.1 开挖 隧道开挖前，首先就隧道分部开挖顺序、部位标高进行科学地确定，然后合理调整各部位的钻眼、装药、爆破等细节系数，以达到轮廓成形圆顺，超欠挖最少的效果。
①开挖顺序以及部位的选择（三步开挖法）。中导洞及主洞的分部位开挖标高位置确定，应充分考虑到工程量比例的合理安排、初期支护难度、材料合理应用以及机械设备运转空间等需要来考虑。
1）工程量比例适当：要求分部位开挖法施工每步工程量要适当，减少开挖和支护时间，以便开挖施工的三个部位能形成流水式作业，充分发挥机械的使用功能。
2）支护难度考虑：尤其是拱部开挖，断面空间大小既要考虑到支护材料的合理下料不致于浪费，又要考虑到工人操作的简单、快速。如拱部工程量断面过大或过小，给安全施工带来极大隐患，势必增加出碴、支护的难度和时间。
3）设备运转空间要求：一般情况下，拱部不宜断面过大，拱部开挖标高应能满足装载机在期间能运行自如。
尽量避免初支结束后支点处于不利的受力支点上，要考虑断面支护结构受力要求。
②钻眼施工。断面轮廓成形的圆顺以及超欠挖的多少受到隧道钻眼好坏的严重影响。而钻眼施工的各工序中，眼数、布眼角度、眼深、布眼形式等均需根据现场调整系数，才能达到最理想效果。包括：掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼，辅助眼、周边眼的眼深要保持一致，这样才有利于爆破后掌子面平齐，便于后续施工进行。
③装药爆破。钻眼结束以后，装药也甚为重要。爆破轮廓由于装药不当而导致成形后出现参差不齐的现象，甚至引起较大的局部超欠挖。辅助眼药量为二分之一到三分之一眼深的药量，一般情况下（2.5m眼深）掏槽眼装药要足但应适量，周边眼视围岩裂隙情况可少药甚至不装药（即采用隔眼装药、预裂爆破）。
应安排经验丰富的工人进行装药操作，因为装药工作是个既要有理论又要实践经验的细活。
装药连线应选择不同段别的非电毫秒雷管，为达到预裂爆破或者光面爆破效果，不同的眼别采用不同的段别雷管，最后统一成束由1～2个火雷管引爆。
2.2.2 第一次支护 又称为初支，作业包括：初喷封闭、拱架架立、联网、锚杆施工、复喷混凝土、超前支护。
主要工序有初喷封闭——拱架上立——锚杆施工——复喷结束。
①初喷封闭。爆破后出碴、排险后立即进行对掌子面的岩体进行喷射砼封闭覆盖，防止小块掉渣伤人，将炸松岩石裂隙封闭。要求初喷表面外观尽量平顺，一般喷射砼厚度为5cm，以便拱架的安装。
②拱架架立。掌子面初喷结束后，立即进行钢架（格栅或型钢拱架）的架立。架立时要求垂直度符合要求，位置准确，纵向连接成完整体，构件连接部位牢固，钢架底支撑块采用钢板、方木或者砼块垫底，拱架架立纵向平顺，横向圆顺。
③锚杆施工。拱架架立完毕，按设计间距进行锚杆布置。布置时达到整体受力效果，尽量与钢架连成整体，通过锚杆将围岩应力变化传递至钢架往四周分散。
锚杆施工前将锚杆施工机具（双液注浆机、风钻等）、杆体材料（中空注浆锚杆、双液浆体）备好。
锚杆施工顺序：定位——钻眼——清孔、检孔——杆体顶入——安装止浆塞、托板——钢筋网片安装。网片安装紧贴初喷基面上。
如果清孔不彻底、检孔不合格应进行补孔或复钻，直至达到设计深度及其他要求，浆液注浆要保证压力、效果。
④复喷结束。喷射砼的补喷应在锚杆施工结束后立即进行，直至设计厚度。喷射前拌和料要掺加钢纤维搅拌均匀，在合适位置留出厚度检测点。喷射时先从钢架支撑点开始逐步往拱部方向喷射。
按照设计要求需要或者现场地质不良（围岩极为破碎）时，进入下一循环的开挖施工之前，为保证施工的安全，应进行超前支护施工。
超前支护分为三种：砂浆锚杆超前支护、小导管掌子面超前支护以及隧道洞口大管棚的超前支护。
2.2.3 二次支护 二次支护又称二次衬砌。为了确保隧道的安全，保证隧道工程的长期使用，要对开挖好的隧道进行衬砌。复合式衬砌是初期支护和二次衬砌组成。初期支护是帮助围岩达到施工期间的初步稳定，二次衬砌则是提供安全储备或承受后期围岩压力。
必须严格按照新奥法的原则进行复合式衬砌施工，施工和监测应遵循技术规范的要求和设计图纸规定进行。初期支护力不足时，除应及时加强初期支护外，也可以加强二次衬砌参数或提前施作二次衬砌。
二次衬砌采用模筑衬砌方法，也就是采用模筑砼作为衬砌材料进行内层衬砌。模板台车的生产能力大，可配合砼输送泵联合作业。浇注时采用长度大于8m的模板台车。它是较先进的模板设备，但其尺寸大小比较固定，可调范围较小，影响其适应性，且一次性设备投资较大。
①施工前准备。根据隧道中线和标高及断面尺寸，测量确定初衬立模位置。隧道衬砌施工时，其中线、标高、断面尺寸和净空大小均须符合设计要求。
轨道铺设应稳固，其位移和沉降量均应符合施工误差要求。采用整体移动式模板台车时，实际是确定轨道的位置。轨道铺设和台车就位后，都应进行位置、尺寸检查。须预留误差量和沉落量，以保证衬砌不侵入建筑限界，且要注意曲线加宽。
②浇注模筑混凝土。
1）施工顺序：仰拱或底板的浇注施工小边墙的浇注施工仰拱充填混凝土拱圈边墙浇注施工混凝土养护。
2）仰拱或底板的浇注施工。施工之前，要清除积水，杂物和虚渣。超挖部分用同标号混凝土浇注密实。
3）小边墙浇注施工。首先要把小边墙基底的石渣，污物和基坑内积水排除干净，严禁有积水的基坑内浇注混凝土。
4）拱圈、墙体浇注施工。通过模板台车预留孔由下向上依次灌注。同时两侧应对称和分层灌注混凝土，每灌注的高度、次序、方向根据搅拌能力灌注速度，洞内气温和振捣等因素确定。
5）混凝土养护。砼养护洒水，二衬砼可采用表面喷雾养护。采用硅酸盐水泥拌制的混凝土，其养护时间不得小于7d，掺有外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得小于14d。养护用水的温度与环境温度基本相同。
3 结束语
新奥法施工技术科学合理，得到了大力的推广，也引起了隧道设计理念的重大变革。尽管如此，新奥法在我国的推行情况并不好，在一些隧道工程的施工中也出现过安全、质量方面的事故，因此，必须掌握新奥法的施工技术，并严格按设计要求施工，在施工中不断积累施工经验。
参考文献：
[1]黄成光.公路隧道施工.人民交通出版社.
[2]李风竣.地下工程新奥法[M]．北京：科学出版社，2009．
[3]王宇．隧道工程新奥法施工原理[M]．北京：中国铁道出版社，2010．