新奧法在陳家嶺隧道圍巖施工中的應用

廖勝君

(湖南通和工程有限公司)

隨著我國改革開放的不斷深化,國民經濟的蓬勃發展,公路運輸量大幅增長,公路特別是主干線越來越不能滿足日益增長的公路通行能力的要求。在修建高等級公路,為縮短公路里程,改善線路和保護環境,提高線路的質量,以前那種“逢山盡量繞著走”的做法,將被公路隧道所代替。隧道既能保證最佳路線以便利于行車,又可有效防止山地陡峭的滾石、泥石流等自然災害,提高了行車的安全性和可靠性。隧道公路的施工方法經歷了從傳統礦山法到新奧法,新奧法在隧道施工中的應用越來越廣泛。從分析新奧法施工原理入手,探討了新奧法在陳家嶺隧道IV、V級圍巖中的應用,分析了IV、V級圍巖開挖支護方法及工藝,研究了其施工監測和施工排水中要主要的問題。

1 新奧法施工原理

新奧法又稱NATM,是“NewAustrianTunnelingMethod”的簡稱,常見到的譯名為“新奧地利隧道施工方法”。新奧法是一個具體應用巖體動態性質的完整的力學概念(或者說是一種隧道工程概念),是按科學制定的并已為實踐所證明的原則和思想去修筑隧道。新奧法施工選擇合理的斷面形狀、施工程序和開挖方法。

隧道施工方法的選擇,主要是根據工程地質及水文地質條件、施工條件、圍巖類別、隧道埋置深度、隧道斷面尺寸大小和長度、襯砌類型等進行選擇,且應以施工安全為前提,以工程質量為核心,并結合隧道的使用功能、施工技術水平、施工機械裝備、工期要求和經濟可行性等因素綜合考慮研究選用。隧道工程采用新奧法施工常用的施工方法大致可分為全斷面法、臺階法、分布開挖法、中隔墻法(CD法)、交叉中隔墻法(CRD法)。

2 工程概況

陳家嶺隧道處于汝郴高速十標段。陳家嶺隧道為雙洞單向雙車道隧道,左右洞側設線間距 22～35m,左洞里程樁號起于汝城端ZK52+173,止于郴州端ZK53+988,隧道總長為1815m;右洞里程樁號起于汝城端 YK52+160,止于郴州端YK53+960,隧道總長為 1800m。隧道左右線汝城端洞口位于圓曲線上,郴州端洞口均位于直線上。陳家嶺隧道設計為分離式隧道,左線隧道長1836.54m,右線長1818.9m,雙洞合計總長為3655m。該隧道通過地段地形復雜,山高谷深,巖層覆蓋層厚,巖石破碎、裂隙發育。

3 新奧法在陳家嶺隧道中的施工工藝

陳家嶺隧道按新奧法原理組織施工,首先根據有關地層情況,將有關巖石分類,不同的圍巖采用不同的支護方式。根據有關地質資料和隧道的結構可分為:(1)VI級圍巖襯砌及V級圍巖加強襯砌段;(2)V級圍巖襯砌段;(3)IV級圍巖襯砌段。而在陳家嶺隧道中主要是IV級和V級圍巖。

3.1 IV級圍巖開挖支護方法及工藝

IV級圍巖初期支護采用注漿小導管或砂漿錨桿超前支護,網噴混凝土、徑向ZW型系統錨桿及格柵拱架聯合支護。初噴混凝土厚度為20cm;開挖后拱墻錨桿尺寸為Φ18m,長度為3m,間距(縱環)1.2m×1.0m,鋼筋網片間距為200mm×200mm,直徑縱向為6mm,環向為8mm;格柵鋼架間距為1.2m。IV級圍巖二次模筑襯砌拱墻厚35cm,仰拱為50cm。IV級圍巖開挖采用短臺階法開挖。

上半斷段面開挖支護采用鑿巖臺架風鉆鉆孔。裝藥爆破,嚴格控制藥量,開挖長度不得大于 2m。施工臨時支護,先噴 3～5cm混凝土后,施作鋼筋網,再立格柵拱,復噴至設計厚度。格柵拱架洞外加工,人工洞內架設。

下半斷面開挖支護采取爆破開挖,與上半斷面同時起爆,進尺與上半斷面同。由反鏟或裝載機裝碴,自卸汽車運輸。開挖后及時施作初期支護。

3.2 V級圍巖普通段開挖支護方法及工藝

V級圍巖普通初期支護采用注漿小導管或砂漿錨桿超前支護,網噴混凝土、徑向 ZW型系統錨桿及格柵拱架聯合支護。初噴混凝土厚度為 25cm,開挖后拱墻錨桿尺寸為20mm,長度為3m,間距(縱環)1.0m×1.0m,鋼筋網片間距為200mm×200mm,直徑縱向為6mm,環向為8mm;格柵鋼架間距為 0.75m。V級圍巖普通段二次模筑襯砌拱墻厚40cm,仰拱為60cm。V級圍巖普通段采用超短臺階、下半斷面分部法開挖。

4 陳家嶺隧道施工圍巖變形監控與分析

(1)監測的反饋程序及工程措施

整理量測資料,繪制位移量隨時間變化的曲線。繪制位移速度隨時間變化的曲線。繪制位移量與開挖面距離關系曲線。找出位移時間回歸線求出最終凈空位移量。根據各類圍巖量測數據庫求出圍巖的E,r,c,Φ等物理參數。制定管理標準。

(2)拱頂下沉變形規律分析

在陳家嶺隧道的監控量測中可以發現,在施工過程中,拱頂下沉值數據的變化曲線如下。

以某段為例,在開挖之后,拱頂下沉速率就開始緩慢下降,拱頂下沉值時程曲線呈完美的對數函數曲線,47d左右時候,拱頂下沉速率穩定在 0.08mm/d左右。拱頂下沉值穩定在55.45mm左右,收斂比為0.55%。各個方面數據顯示圍巖己基本穩定。整個變形過程如圖 1所示。

圖1 斷面變形曲線

(3)洞身收斂變形規律分析

在對陳家嶺隧道的洞身收斂變形規律進行分析發現,洞身收斂監測數據較拱頂下沉數據分布更加散,很難將之與具體因素結合起來分析。但是總趨勢一般都會收斂。現取某個斷面進行簡要分析。在這個斷面中,整個變形過程收斂增長速率比較緩慢,最大曾經達到1.8mm/d,但是普遍較小。根據回歸分析,收斂速率達到0.2mm/d,需要45d。最后可以回歸得最后的收斂值不超過 22mm,這時洞身收斂比為0. 16%,才可以認為洞身己基本穩定。斷面變形過程曲線如圖2所示。

圖2 斷面洞身收斂變形過程曲線

5 陳家嶺隧道施工排水

陳家嶺隧道進口為反坡施工,在距工作面 60～120m設臨時集水坑,將工作面積水采用 1臺 45kW抽水機和100mm排水管將洞內水排出洞外。隧道出口為上坡施工,施工中緊跟開挖面修筑水溝,采用自然排水至洞外。

為防止施工排水攜帶的泥砂、油污等污染環境,擬在隧道進、出口洞口外分別設置廢水沉淀池(共 2座),廢水經沉淀并達到排放標準后,再排至溝河。

6 結束語

新奧法作為一種目前國內隧道及地下工程普遍推廣應用的工程方法,其原理與內容的科學合理性得到工程廣泛認同。不可否認,新奧法也存在不少缺點,不過經過工程技術人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善,在我國的現代化建設進程中發揮更加重要的作用。

[1] 雷雙龍.新奧法原理在東風隧道施工中的規范化應用[J].山西水利,2000,(3).

[2] 交通部 .公路隧道設計規范[M].北京:人民交通出版社, 1990.

[3] 韓瑞根.地下工程新奧法[M].北京:中國建筑工業出版社, 1987.