淺談鐵路隧道新奧法施工技術

稅 寧 波, 王 往 望, 張 宏

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

新奧法(NATM)在我國常被稱為“錨噴構筑法”。其施工工藝為：在隧道洞室開挖成型后，立即噴射混凝土封閉開挖洞室的圍巖表面，然后再支護鋼架及施工錨桿，復噴混凝土至設計厚度，至此初期支護完成。再按照《鐵路隧道監控量測技術規程》的要求進行現場監控量測，待沉降及收斂變形滿足規程要求、圍巖基本穩定后再進行二次襯砌的施工。

2 新奧法施工原理

新奧法充分利用巖體自身的承載力。巖體是隧道的主要承載單元，在施工中必須充分保護巖體，既要避免過多地擾動圍巖，破壞圍巖的整體性，又要避免圍巖長期暴露劣化。同時，在開挖時應形成一個受力條件良好的洞室。

開挖后的洞室巖體允許有適量的變形，使巖體應力重新分配。當開挖面作為一個整體，圓形孔洞可以較均勻地分散巖體應力，待應力重新平衡后，可以更好地起到支撐隧道結構的作用。同時，也必須通過現場監測嚴格限制變形，防止圍巖過度變形松弛而降低甚至于喪失其承載能力。

在開挖面通過拱架、 錨桿、鋼筋網和噴射混凝土等初步支護與圍巖表面緊貼，形成圍巖-支護系統，保持兩者的共同變形，重新分配圍巖巖體應力，提高支護體系的安全性，從而抑制圍巖進一步的風化并控制其變形受力。

在完成初期支護、圍巖應力重新分配、 現場監測巖體應力趨于平衡后再施作二次襯砌，完全封閉巖體。但二次襯砌并不是直接作為隧道受力的結構承載物，而是起到部分受力及美觀的作用。

3 新奧法施工具有的特點及要點

(1)新奧法施工特點：支護的及時性和有效性；支護保證圍巖的封閉性；支護結構的柔性；質量優越，保障工期，降低工程預算。

(2)新奧法施工要點。

①新奧法應用于隧道施工的核心技術在于復合式襯砌，即分內外兩層先后施作的隧道襯砌。在隧道開挖后,先及時施作與圍巖密貼的外層柔性支護(一般為噴錨支護)，即初期支護，容許圍巖產生一定的變形、而又不致于造成松動壓力的過度變形。待圍巖變形基本穩定后再施作內層襯砌(一般為模筑)，亦稱二次襯砌。

②新奧法需要依據現場的監控量測進行隧道的施工，因此，現場監測就顯得尤為重要。現場監控監測是在隧道開挖過程中，使用各類量測儀表和工具對圍巖變化情況和支護結構的工作狀態進行監測，及時提供圍巖穩定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情并將其作為調整和修改支護設計的依據，在復合式襯砌中依據量測結果確定二次襯砌的施作時間。

4 新奧法的適用范圍

新奧法的適用范圍很廣，針對不同巖體及土質的主要適用范圍為：具有較長自穩時間的中等巖體；弱膠結的砂和礫石以及不穩定的礫巖；強風化的巖石；剛塑性的粘土泥質灰巖和泥質灰巖；堅硬粘土，也包括帶堅硬夾層的粘土；微裂隙、但僅有很少粘土的巖體；在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石。

5 新奧法在鐵路隧道施工中的應用

5.1 工程概況

深茂鐵路某隧道為單洞雙線隧道，全長960 m，隧道埋深0～60 m。其中Ⅲ類圍巖50 m，占總長度的5.1%；Ⅳ類圍巖85 m，占總長度的8.8%；Ⅴ類圍巖835 m，占總長度的86.1%。軟弱圍巖段較長，淺埋、強風化段落長，圍巖自穩能力差，施工工法復雜。

5.2 施工方法

(1)超前支護。

該隧道的超前支護主要采用洞口大管棚超前支護、洞身小導管超前支護。

(2)洞口、洞身的開挖及支護。

嚴格執行新奧法施工原則：“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、勤量測、早成環”。及早封閉成環是新奧法的基本原則，也是減少變形的最有效的辦法，開挖后迅速完成初噴混凝土，并在12 h內完成初期支護。采用光面爆破，減少超挖量，控制施工過程中對圍巖的擾動，盡量發揮圍巖的自承能力和初期支護的承載能力。

洞口及明洞分層進行開挖及支護施工。洞口及明洞每開挖一層，立即初噴混凝土、安設錨桿、掛網，然后復噴混凝土至設計厚度，同時施工排水系統，使支護結構與圍巖連接成一個整體，通過整體變形以確保圍巖的穩定性及洞口的安全性。

在洞口超前支護完成后開始洞身的開挖。洞身段Ⅲ類圍巖的施工方法以臺階法為主，Ⅳ類圍巖洞段采用三臺階法及三臺階臨時仰拱法。Ⅴ類圍巖采用三臺階臨時仰拱及四步CD法。各級圍巖均采用錨噴初期支護，拱墻一次襯砌，仰拱超前二次襯砌施作。

(3)二次襯砌。

二次襯砌的施做時間應安排在圍巖和初期支護變形基本穩定、量測監控數據表明位移率明顯減緩時，但是，對于破碎圍巖或淺埋段等情況下二次襯砌應盡早施做。一般情況下隧道的二次襯砌施作應在圍巖和初期支護變形基本穩定后進行。

變形基本穩定應符合的條件：隧道周邊變形速率明顯下降并趨于緩和；水平收斂(拱腳附近7 d平均值)小于0.2 mm/d，拱頂下沉速度小于0.15 mm/d；施作二次襯砌前的累積位移值已達到極限相對位移值的80%以上；初期支護表面裂隙(觀察)不再繼續發展。

(4)仰拱施工。

仰拱襯砌、仰拱填充超前施工。待噴錨支護全斷面施作完成后，及時開挖并灌注仰拱混凝土及填充部分，使支護盡早閉合成環，確保圍巖的穩定。

5.3 監控量測

及時進行圍巖的監控量測，第一次監控量測在掌子面開挖4 h內完成，根據每次量測數據處理的結果，對圍巖的變形趨勢作出準確的分析判斷，據此指導施工、調整施工方法、修正支護參數。對變形異常地段加強初期支護和監控量測，根據量測數據分析判斷圍巖的變形趨勢，以便更好地確定二次襯砌施作的時間及加強措施，使施工更加經濟合理。

6 結 語

如今，新奧法施工已廣泛應用于隧道工程施工中。毋庸置疑地說，已經成為這個時代隧道施工的重要技術保障。但是，新奧法至今仍處于經驗設計階段，需要科學地進行圍巖分類，同時根據使用者已有的工程經驗， 總結并得出一套合理的支護設計參數或標準設計模式。