新奧法隧道施工探討

【摘 要】新奧法是在利用圍巖本身所具有的承載效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技術，進行全斷面開挖施工，并以形成復合式內外兩層襯砌來修建隧道的洞身，即以噴混凝土、錨桿、鋼筋網、鋼支撐等為外層支護形式，稱為初次柔性支護，系在洞身開挖之后必須立即進行的支護工作。

【關鍵詞】新奧法 圍巖 隧道施工 承載效能 初次柔性支護

【中圖分類號】U455 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）02-0186-02

一 新奧法施工概述

新奧法即新奧地利隧道施工方法（New Austrian Tunnelling Method，簡稱NATM）的簡稱。新奧法概念是奧地利學者拉布西維茲（L.V.RABCEW ICZ）教授于20世紀50年代提出的，它是以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，經過一些國家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。20世紀60年代NATM被介紹到我國，20世紀70年代末80年代初得到迅速發展。至今，可以說在所有重點難點的地下工程中都離不開NATM。新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。

二 新奧法施工特點

1.及時性

新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發展，阻止圍巖進入松動的狀態，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結性，保證了支護的及時性和有效性。

在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止巖層變形的發展，并控制應力降低區的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩定性。

2.封閉性

由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體的強度。

巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產生新的裂縫，加上原有地質構造上的裂縫，隨時都有可能產生變形或塌落。當噴射混凝土支護以較高的速度射向巖面，很好地充填圍巖的裂隙和凹穴，大大提高了圍巖的強度（提高圍巖的粘聚力C和增大內摩擦角）。同時噴錨支護起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導致圍巖失去穩定。

3.粘結性

噴錨支護與圍巖能全面粘結，這種粘結可以產生三種作用：

第一，聯鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結在一起。若圍巖的某塊危巖活石發生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯鎖反應，相繼喪失穩定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結力和抗剪強

度可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別危巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩定性。

第二，復合作用，即圍巖與支護構成一個復合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護可以提高圍巖的穩定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成一個共同工作的力學系統，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，從根本上改變支架消極承擔的弱點。

第三，增加作用。開巷后及時進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應力集中現象，避免過大的應力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖形成雙方向受力狀態，提高了圍巖的粘聚力C和增大內摩擦角，也就是加固了圍巖的穩定。

4.柔性

噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用。由于噴錨支護具有一定柔性，可以和圍巖共同產生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區，并能有效控制允許圍巖塑性區有適度的發展，使圍巖的自承能力得以充分發揮。另外，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產生越來越大的支護反力，能抑制圍巖產生過大變形，防止圍巖發生松動破壞。

三 新奧法施工工藝流程和關鍵技術

新奧法以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結的可縮性支護結構，允許圍巖有一定的協調變形，而不使支護結構承受過大的壓力。

施工順序可以概括為：開挖→一次支護→二次支護。

1.開挖

隧道開挖前，首先就隧道分部開挖順序、部位標高進行科學的確定，然后就各部位的鉆眼、裝藥、爆破等細節合理地調整系數，以達到超欠挖最少、輪廓成形圓順的效果。

中導洞及主洞的分部位開挖標高位置確定，應充分考慮工程量比例的合理安排、初期支護難度、材料合理應用以及機械設備運轉空間等需要。

第一，工程量比例適當：分部位開挖法施工要求每步工程量要適當，以便開挖施工的三個部位能形成流水式作業，減少開挖和支護時間，充分發揮機械的使用功能。

第二，支護難度考慮：尤其是拱部開挖，斷面空間大小既要考慮工人操作的簡單、快速，又要考慮支護材料的合理下料不至于浪費。如拱部工程量斷面過大或過小，勢必會增加出碴、支護的難度和時間，給安全施工帶來極大隱患。

第三，設備運轉空間要求：一般情況下，拱部開挖標高應能滿足ZL-50裝載機在其間能運行自如，拱部不宜斷面過大。

當然還要考慮斷面支護結構的受力要求，盡量避免初支結束后支點處于不利的受力支點上。

2.鉆眼施工

隧道鉆眼的好壞，會影響到斷面輪廓成形的圓順以及超欠挖的多少。而鉆眼施工的各工序中，眼數、眼深、布眼角度、布眼形式等均需根據現場調整系數，才能達到最理想的效果。

第一，掏槽眼：其選擇形式根據地質資料，選擇楔形掏槽，既達到了掏槽效果，又節約了鉆眼數量和時間。眼深比其他眼深20～30cm。

第二，輔助眼：由于隧道圍巖均為強風化～風化千枚狀板巖，節理（裂隙）相當發育，結合每次爆破效果，眼距為80cm左右較為合理。

第三，周邊眼：決定輪廓成形是否圓順的關鍵。由于圍巖較差，一般按45cm環狀布孔。結合不同類別巖石，眼距控制在25～45cm。一些特別破碎地段，眼距為25cm時，采用隔眼裝藥方法進行爆破。周邊眼要求眼位盡量在同一環狀平面上，并且眼深一致。

第四，底眼：一般要求不高，只是鉆眼應盡量控制在同一底平面或設計的輪廓位置上，并盡量減少底部的超挖回填工作。眼深比其他眼深20～30cm。

第五，輔助眼、周邊眼的眼深要保持一致，這樣才有利于爆破后掌子面平齊，便于后續施工進行。

3.裝藥爆破

鉆眼結束以后，裝藥也甚為重要。裝藥不當，將導致爆破輪廓成形參差不齊，甚至局部引起較大的超欠挖。一般情況下（2.5m眼深）掏槽眼裝藥要足但應適量，輔助眼藥量為二分之一到三分之一眼深的藥量，周邊眼視圍巖裂隙情況可少裝藥甚至不裝藥（即采用隔眼裝藥、預裂爆破）。

裝藥工作是個既要有理論又要有實踐經驗的細活，應安排經驗豐富的工人進行操作。

為達到預裂爆破或者光面爆破效果，裝藥連線應選擇不同段別的非電毫秒雷管，不同的眼別采用不同的段別雷管，最后統一成束由1～2個火雷管引爆。1段雷管適用于掏槽眼，3～5段適用于輔助眼，7或9段適用于周邊眼，底眼為9～11段。

四 結論

第一，巖體是隧道結構體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護巖體，盡量減少對它的擾動，避免過度破壞巖體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當采用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。

第二，為了充分發揮巖體的承載能力，應允許并控制巖體的變形。一方面允許變形，使圍巖中能形成承載環；另一方面又必須限制它，使巖體不致過度松弛而喪失或大大降低承載能力。在施工中應采用能與圍巖密貼、及時筑砌又能隨時加強的柔性支護結構，如噴錨支護等。這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度和其參加工作的時間（包括閉合時間）來控制巖體的變形。

第三，為了改善支護結構的受力性能，施工中應盡快閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面形狀應盡可能圓順，以避免拐角處的應力集中。

第四，通過施工中對圍巖和支護的動態觀察、量測，合理安排施工程序、進行設計變更及日常的施工管理。

第五，為了敷設防水層，或為了承受由于錨桿銹蝕，圍巖性質惡化、流變、膨脹所引起的后續荷載，可采用復合式襯砌。

第六，二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本穩定的條件下修筑的，圍巖和支護結構形成一個整體，提高了支護體系的安全度。

參考文獻

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〔責任編輯：龐遠燕〕