谈新奥法隧道施工技术

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摘要：随着隧道施工技术的不断发展，新奥法施工技术已逐步被人们所认可，也得到了广泛的应用，既保证了施工工期，也保证了施工的安全和质量，本文结合多年的隧道施工经验，对新奥法隧道施工技术进行阐述，以供同行参考。

关键词：新奥法 隧道施工技术

1 新奥法的定义

新奥地利隧道施工方法（New Austrian Tunneling Method，简写NATM）的简称是新奥法。它是20世纪60年代由奥地利土木工程师L.V.Rabcewicz等在长期从事隧道施工实践中在总结隧道建设实践经验的基础上，从岩石力学的观点出发并创立的。早在1934年，Rabcewicz就提前出了在隧道中应用“喷浆”的技术。

2 新奥法的基本原理

①隧道结构的主要承载是围岩。②在隧道围岩支护过程中，一方面允许围岩有一定位置移动，进而产生受力区；另一方面，为避免围岩变形过大而产生严重松弛卸载，必须限制围岩位移的程度。③为使围岩在开挖卸载后不失去原有的强度，开挖后需对围岩进行加固。④初次支护主要作用是避免围岩严重松弛和卸载，需要围岩的承受自身重量，不是用来承担隧道围岩所失去的承载力。⑤应适时的建造初次支护，在挖开围岩后间隔一定时间，使围岩发生形变进而形成承力保护区，起到较好的支撑性能。⑥围岩自我稳定时间，一方面在建造过程中量测隧道周边的位移来评定；另一方面依靠对围岩地质条件的初步调查。⑦通常可视其整体的结构效应为薄壳，是因为喷射混泥土本身的强度高和轻度变形的特点决定了它的可塑性和收缩的能力。⑧在没有被腐蚀破坏的情况下，就可把初次支护看作承重结构的一部分。⑨由于喷射混泥土具有结合围岩、填平洞壁不平整面等特点，因此喷射混泥土常作为初次支护，并且能使围岩不发生应力重分布以及使用钢筋网、锚杆和钢拱架。⑩孔洞的施工方法决定了从开挖到封闭所需的时间。施工时通过测量控制和修改围岩的变化，通过前期的地质调查对施工资料进行估计。■为规避施工时工程荷载对隧道受力的影响，限制围岩的二次应力重分布程度以及松动圈的范围。通常利用对拱部减少开挖次数进行一次开挖方案。■从物理静力学的角度看，隧道横截面尽可能接近圆形或椭圆形。并且限制超挖和欠挖，开挖后及时封闭结构，并建造仰拱。■可建造薄层内衬砌，以提高隧道结构的安全性，最终达到密封的效果，内层与外层相互之间只传递压力，使结构内不产生过大的弯曲应力。■根据建造过程中的应力及变形状态的测量，对其安全性、整体结构系统的稳定性和结构设计进行评价。■一般不增加其厚度而增加钢筋含量（即钢拱），以提高衬砌的强度；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增大整个结构的刚度。■可通过在外壳上安装软管及密封的排水设施来实现外源水压和静水压力的控制。

2 新奥法施工的基本要点

①尽量采用大断面或较大断面开挖，以减少对围岩的扰动，作业多采用光面爆破和预裂爆破。②为了避免围岩发生变形和松弛，按照围岩特征采用相应的支护类型、设置相应参数，对围岩的柔性喷射混泥土和锚杆进行初期支护。③使断面及早闭合，在软弱破碎围岩地段，保证隧道稳定，有效地发挥支护体系的作用。④在围岩与支护变形稳定的前提下进行二次衬砌，使围岩与支护结构形成一个统一的整体，从而提高者整个支护体系的安全性。⑤为了避免棱角突出处应力过于集中，所以施工时尽量保持隧道断面周边轮廓圆顺性。⑥施工时对围岩和支护进行动态观察和量测，完善设计以及迪欧施工进行日常管理，对施工进行合理安排。

3 新奥法隧道施工方法

采用新奥法进行隧道施工，常用方法大致分为三类：

3.1 全断面法 按照设计开挖面通过一次开挖成型，该法可以采用深孔爆破，常选用于ⅳ-ⅵ类硬岩的石质隧道。其开挖顺序是先进行开挖全断面，然后是支护锚喷，最后是灌筑砼衬砌。由于全断面开挖法施工作业空间比较大的，易于进行机械化作业，利用大型配套机械进行施工速度快，工序简单、干扰少，对施工的组织和管理比较方便。缺点是每循环工作量相对较大，围岩相对稳定性由于开挖面积较大而降低，施工单位进行全断面开挖时应具有较强的开挖、出渣与运输及支护能力。全断面施工开挖工作面大，缺点是每次深孔爆破震动较大，因为爆破对围岩的振动次数少，严格控制爆破作业，需要进行精心的钻爆设计。优点：一是采用烛钻爆施工效率高；二是采用深眼爆破提高掘进速度。采用全断面法开挖的施工流程是：首先通过移动式台车对全断面一次钻孔，装荷连线；其次把钻孔台车驾驶到50m以外的安全地带，进行引爆一次成型。利用钻孔台车出渣，清理完毕后把钻孔台车移动到开挖面，为下一个钻爆循环施工

做准备，同时进行锚喷支护或先墙后拱衬砌。

3.2 台阶法 将断面分成上半断面和下半断面两部分通过两次开挖施工成型成为台阶法。开挖顺序是上半部开挖后采用拱部锚杆喷射砼支护，进行拱部衬砌；下半部通过对中央部分和边墙进行开挖，边墙开挖时对锚杆喷射砼进行支护和衬砌。对于ⅱ、ⅲ类较软而节理发育的围岩中多适用台阶法。超短台阶法：此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，上台阶仅超前3-5m，断面闭合较快。应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时为确保施工安全。短台阶法：适用于ⅱ、ⅲ类围岩，上台阶长度5-50m，可改善初期支护受力条件，缩短仰拱封闭时间，但施工干扰较大，通常应采用辅助开挖措施稳定开挖面。为保证施工安全，当遇到软弱围岩时需慎重考虑。长台阶法：通常上台阶比下台阶超前50m以上，对上、下台阶进行施工时可以利用大型机械进行平行式作业，或者利用有限的大机械进行交替式开挖。当对短隧道施工时，可以把上台阶全部挖通后，再对下台阶进行施工。利用长台阶法进行施工时干扰较少，可通过单工序进行作业。台阶开挖的特点在于：①台阶开挖不宜采用大型凿岩台车，而宜采用轻型凿岩机打眼。②台阶有利于开挖面的稳定性，台阶法开挖具有较快的施工速度和足够的作业空间。尤其是当上部挖通进行支护后，对下部作业桥安全支撑作用。③缺点。通过台阶法进行施工时上、下部台阶相互干扰彼此的施工作业，这是台阶法施工的不足之处。台阶开挖会增加对围岩的扰动次数，应注意下部作业时对上部稳定性的影响。

3.3 分部开挖法 分部开挖法通常分为上下导坑法、台阶分部开挖法、单（双）侧壁导坑法、上导坑超前开挖法五种施工方案。分部开挖法利用对开挖断面进行局部开挖整体成型，因为分部开挖法是把某一部分作为前导提前开挖，所以又称导坑超前开挖法。与超台阶法相比，台阶分部法可以加长台阶，通常情况下单车道隧道为2倍洞跨，双车道隧道为1倍洞跨，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段；与单（双）侧臂导坑法相比台阶分部法机械化程度高，施工进度更快。对于上下导坑超前开挖法比较适用于ⅱ、ⅲ类围岩，在地层比较松软的地段开挖隧道，通常采用上下导坑超前开挖先拱后墙法。①优点：利用导坑超前开挖，提前探明地质，便于调整后续施工方法。劳动力与小型机械协同施工，工作面多，有利于分工，便于拉开工序。②缺点：上、下导坑断面小，施工作业工序较多，施工进度慢，施工组织和管理难度比较大。双侧臂导坑法：该法适用于围岩特别差和浅埋大跨度隧道，对地表下沉量要求严格。特点是：施工安全系数高，施工进度慢，成本造价高。单侧臂导坑法：隧道跨度较大、围岩不稳定、难以控制地面沉陷的地带多用此方法。特点是：兼具正台阶法和双臂导坑法的优点。

4 结束语

当前的隧道施工技术中，容易看出新奥法给传统的隧道施工方法、施工技术甚至隧道设计理念带来了重大冲击。尽管如此，在过程施工中也不乏失败的案例，我国推行新奥法的情况仍然应该说是不尽如人意。造成失败的原因很多，除了施工管理、质量控制、相关技术掌握等方面的因素外，有时隧道工程师对新奥法的实质缺乏正确的理解也是不可忽视的原因，今后应认真理解应用新奥法施工技术，以便使其更好地为我国的隧道工程项目服务。

参考文献：

[1]黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社.

[2]周爱国.隧道工程现场施工技术[M].人民交通出版社.

[3]吴焕通，崔永军.隧道施工及组织管理指南[M].北京：人民交通出版社，2004.11.