新奧法在偏載、軟弱圍巖中的施工應用

劉　峰　查　鵬　周　聰

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1673-0992（2009）04-074-02

新奧法是一種把設計、施工、監測相結合的科學的隧道建造方法。它根據圍巖性質允許圍巖產生適量的變形，并在施工過程中通過噴射混凝土、錨桿、鋼支撐對圍巖起加固作用，根據圍巖量測的結果適時的進行襯砌支護，充分地發揮圍巖的自承作用。因此，新奧法在困難地層條件下修建隧洞以及控制圍巖的高擠壓變量方面，顯示了極大的優越性。

近年來，新奧法在我國鐵路、公路、水下隧道及軟弱地質層中的城市地下工程中也獲得了比較廣泛的應用。本項目所施工的繞城高速公路環山坪隧道采用了新奧法，在隧道洞口坡殘積塊石粉質土的進洞施工中取得了較好的效果，順利而安全的通過了洞口Ⅴ級圍巖，本文就將進洞的施工方法做以下小結，以便在以后類似圍巖施工中推廣及改進。

一、工程概況

環山坪隧道位于繞城高速公路南段S7、S8合同段內，是該線最長的一座隧道。該隧道分分離式雙洞隧道，設計為三心圓拱曲邊墻結構，洞口段Ⅴ超淺級圍巖埋深0.5cm～13m，開挖寬度17.72m，高度12.39m；主洞凈寬14.5m，凈高5.0m，本隧道按照新奧法施工原理進行洞身結構設計，及以系統錨桿、噴砼、鋼筋網片、I18工字鋼等組成的初期支護與二次模筑砼相結合的復合式襯砌型式。

環山坪隧道洞口位于觀音峽背斜東翼、背斜山東側順層斜坡近坡腳接淺丘部位，地形坡度15°～25°。附近為農田及林區。

洞口地表為坡殘積塊石粉質粘土厚3.0m～8.0m,土體松散，下伏基巖為砂質泥巖、介殼灰巖夾粉砂巖，呈角碎狀松散結構，強度低。

二、進洞方案初步選定

為了安全進洞，初期按照CD法開挖進洞，具體方案如下圖：

隧道隧道施工工序：

I.超前支護；2.右半斷面上臺階開挖；

III.右半斷面上臺階初期(臨時)支護； 4.右半斷面下臺階開挖；

V.右半斷面下臺階初期(臨時)支護； VI.右側仰拱初期支護；

VII.右側仰拱砼施工； 8.左半斷面上臺階開挖；

X.左半斷面上臺階初期支護； 10.左半斷面下臺階開挖；

XI.左半斷面下臺階初期支護；XII.左側仰拱初期支護；

XIII.左側仰拱砼施工；14.中隔壁拆除；

XV.拱墻二次襯砌。

三、進洞方案的調整

上方案定出后，經過多方面的技術驗證和經濟比較，覺的該方案可行，但是耗費大，不經濟，為此，重新擬定了預留核心土開挖法進洞，如下圖所示：

但是在洞口拉溝完畢后進行進洞時，由于洞口埋深淺，圍巖軟弱和存在13.7m高的左右側偏載的現象，在I部進尺50cm后拱部的80cm的覆蓋層出現了垮塌的現象，進洞失敗，為此，技術人員對核心土開挖的方案進行了研究和調整，具體為：

1.退后明暗洞交接里程2.4m，按照縱向間距60cm/榀安裝I18工字鋼支護；

2.重新施工超前小導管施工，由原來的單環增加至雙環超前小導管支護；小導管的長度6.0m/根，插入巖層中3.6m，外露的2.4m在洞外的工字鋼架上成了一個棚護結構，小導管間采用Φ22鋼筋連接成一個整體，暫不進行注漿工作；

3.明、暗洞交接處采用雙排并列的I18工字鋼架，在原設計的基礎上增加了5榀I18工字鋼架，加上明暗洞交接處設計原有的1榀工字鋼架共6榀工字鋼架縱向采用Φ25鋼筋連接成一個整體，環向間距1.0m；

4.仰坡加固的鋼筋網片加長與雙排小導管焊接牢固；

5.對拱架進行滿噴C20砼，與仰坡加固的砼連通成一個整體；

6.對小導管進行注漿加固；

7.再按照上圖的核心土方案進行開挖。

四、方案實施

1.洞口清理及臨時加固

對垮塌的土體進行了清理，并對洞口范圍內的巖體進行了素噴砼封閉。

2.超前小導管的安裝

（1）布孔及小導管安裝

為加固軟弱圍巖，將孔布在拱部開挖輪廓線外10厘米，孔深3.6米，環距30厘米，內外環間距30cm，小導管與隧道頂縱向夾角10—15°。小導管采用φ40熱扎無縫鋼管長4.0米。管壁上每隔15厘米交錯鉆直徑為φ8毫米的眼，外露部分的2.4m不進行鉆眼。

3.安裝洞外的鋼拱架

（1）測量人員放出拱架的位置，拱架的臨時拱架的位置埋入地面下50cm，同時對拱架的基底進行砼硬化處理；

（2）安裝拱架，拱架間距60cm/榀，明暗洞交接處采用并排的雙榀工字鋼架，并將小導管焊接在拱架的外側，同時進行拱架的縱向連接鋼筋的焊接，

4.錨桿施工

從拱架間的空隙處與隧道軸線呈45°向兩側施打Φ25中空注漿錨桿錨桿，桿體長度4.0m，根據實際情況，錨桿與某榀拱架焊接牢固后進行桿體注漿。

5.噴射砼

接下來就進行噴射C20砼施工，拱架的外圍覆蓋一層竹膠板，保證砼的外輪廓圓順，完畢后拆除竹膠板。

6.小導管注漿

（1）漿液采用水泥凈漿，水泥選用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C＝0.8～1.0，注漿壓力0.5～1.0Mpa。

（2）注漿設備

主要設備有：BW-250/49注漿泵2臺，HJ25型砂漿攪拌機2臺。

（3）注漿操作要點

a.根據現場情況及時調整水灰比，一般在注漿量較大，注漿壓力較低時，漿液的濃度應調高，膠凝時間應縮短，以控制漿液擴散范圍和注漿量；在注漿量較小，注漿壓力高的場合，漿液的濃度應適當降低，膠凝時間也應適當延長，這樣才能使漿液得到充分地擴散，保證注漿質量。發生漏漿時，通過調整漿液配合比使其濃度加大，膠凝時間縮短，并采取間隔注入的方法，便可有效地將其控制住。

b.小導管在注漿前管口套入一個φ50的膠管，綁扎牢靠，外露30cm～40cm，注漿完畢后先不脫出注漿管，將膠管反綁在小導管上再脫去注漿管，保證注漿壓力流失小。

7.掘進開挖

（1）注漿后4小時可進行短臺階法施工，開挖采用風鎬掏出土體，每循環進尺60cm。并根據圍巖地質情況的變化和人工操作的方便適時開挖高度。減少對圍巖穩定的影響。施工時密切注視圍巖動向，及時反饋信息指導施工。

（2）開挖出來的巖體及時進行素噴砼施工，再進行其他的初期支護施工；

（3）洞口段的第一個循環小導管插入3.6m，在進尺2.6m后，再按照設計要求的超前支護施工；

（4）進尺8～10m后，根據圍巖的軟弱情況，輪廓線周邊可以輔助實施一些弱松動爆破的掘進措施，進行跳眼裝藥爆破，每眼的裝藥數量嚴格控制，根據巖質的情況考慮1/3～1/2管節的藥量。

（5）圍巖狀況允許的條件下施打掏槽眼進行爆破，但也是嚴格控制每孔的藥量。

a.嚴格控制開挖進尺，掏槽眼深度不超過0.8米，每循環進尺0.6米左右；以減少對圍巖的影響。

b.周邊眼間距取30厘米，用小直徑藥卷，便于控制周邊眼的裝藥量，藥卷反綁在破開成一半的竹板上，向孔眼內送藥時，保證竹片靠在上方，這種操作能控制一定的光爆效果。

c.炮眼偏差不大于3厘米，鉆孔要長度整齊，方向準確，外插角合理且周邊斜率相同。

8.初期支護

開挖完畢后，及時按照設計要求進行初期支護的施工，并加強圍巖的周邊收斂、地表下沉和拱頂下沉觀測，根據回歸分析后的數據隨時調整開挖的進尺和初期支護的施工參數。

環山坪隧道實踐證明了采用雙排超前支護短臺階法配合留核心土環狀開挖法和“以退為進”的洞外加固法施工，是安全進洞的一種行之有效的科學的施工方案，可以廣泛的應用在隧道埋深淺、圍巖軟弱等地質情況下的進洞施工中。這種方案既有利于進洞的安全，又有效地節約了成本。

參考文獻：

[1].劉樹立.淺談公路隧道新奧法基本施工方法.中華建筑報，2003

[2].王石春.隧道工程巖體分級.西南交大，2007