油氣管道隧道穿越新奧法施工技術研究與應用

多培軒

摘 要：目前油氣輸送管道隧道穿越工程施工技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展越來越成熟，油氣管道的普遍特點就是：斷面比較小，施工坡度不等，尤其是天然氣管道，坡度較大，施工難度較大，施工的工序較復雜，有管墩支墩，踏步，電纜支架，排水系統(tǒng)，只能系統(tǒng)等。采用新技術新方法施工克服施工難題，加快施工進度是迫切要求。采用新奧法（原文是New Austrian Tunnelling Method，簡稱NATM）施工的方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。下面僅對新奧法施工作一簡要敘述。

關鍵詞：新奧法； 噴錨支護； 穩(wěn)定性

我們組建了以技術骨干力量和現(xiàn)場的施工隊伍組成了攻關小組，明確攻關目標，以及計劃實施的步驟，根據(jù)小組成員的自身特點和優(yōu)勢進行任務分工，進行隧道新奧法施工的理論及實踐研究。

1.新奧法施工特點

1.1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(yè)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(fā)展，阻止圍巖進入松動的狀態(tài)，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因而保證了支護的及時性和有效性，減輕支護的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。

1.2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，保護原有巖體強度。

1.3粘結性

噴錨支護同圍巖能全面粘結，防止造成較大范圍的冒頂或片幫。從而保持圍巖的穩(wěn)定性。同時與圍巖形成了一個共同工作的力學系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極承擔的弱點。提高圍巖的粘結力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。

1.4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(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。

2.新奧法理論要點及施工要點

2.1新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認為巷道圍巖是一種荷載，應用厚壁混凝土加以支護保護圍巖。而新奧法認為圍巖是一種承載機構，構筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護結構（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護結構共同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動破壞。

2.2保護巷道圍巖自身的承載能力

新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施：構筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護留變形余量；開巷后及時做好支護、封閉圍巖等，都是為保護巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動影響控制在最小范圍內(nèi)，提高圍巖強度。

2.3允許圍巖由一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強度。同時巷道的支護結構，也應具有預定的可縮量，以緩和巷道壓力。

2.4新奧法施工過程中量測工作的特殊性。

由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復雜性，施工條件的復雜性，以及對工程設計參數(shù)的精確要求，得要通過許多量測手段，在施工過程中對圍巖動態(tài)和支護結構工作狀態(tài)和支護結構工作狀態(tài)進行監(jiān)測。并用監(jiān)測結果修改初步設計，指導施工。

2.5質(zhì)量控制標準

2.5.1開挖壁面巖石的完整性用巖壁上炮孔痕跡率來衡量，炮孔痕跡率也稱半孔率，為開挖壁面上的炮孔痕跡總長與炮孔總長的百分比率。對節(jié)理裂隙極發(fā)育的巖體，一般應使炮孔痕跡率達到10%～50%；節(jié)理裂隙中等發(fā)育者應達50%～80%；節(jié)理裂隙不發(fā)育者應達80%以上。圍巖壁面不應有明顯的爆生裂隙。

2.5.2圍巖壁面平整度的允許誤差為±15cm。

2.5.3在臨空面上，由于巖石屬于花崗巖，石頭的強度較高堅硬的巖石，預裂縫寬度難以達到1cm。控制在1cm左右的范圍，但是較軟的巖石，通過實驗（隧道洞口巖石為風化巖，石質(zhì)較軟）寬度有時控制在2cm以上。

2.6爆破要點

裝藥結構：

①堵塞段

堵塞段的作用是延長爆生氣體的作用時間，且保證孔口段只產(chǎn)生裂縫而不出現(xiàn)爆破漏斗，對深孔爆破該段長一般取0.5～1.5m。

②孔底加強段

段長大體等于堵塞段。由于孔底受巖石夾持作用，故需用較大的線裝藥密度。

③均勻裝藥段

該段一般為軸向間隔不偶合裝藥，并要求沿孔軸線方向均勻分布。軸向間隔裝藥須用導爆索串聯(lián)各藥卷起爆。為保證孔壁不被粉碎，藥卷應盡量置于孔的中心。國外一般用炮孔中心定位器定位，國內(nèi)一般是將藥卷及導爆索綁于竹片進行藥卷定位。

④起爆，為保證同時起爆，預裂爆破和光面爆破一般都用導爆索起爆，并通常采用分段并聯(lián)法。由于光面爆破孔是最后起爆，導爆索有可能遭受超前破壞。為保證周邊孔準爆，對光面爆破孔可采用高段延期雷管與導爆索的雙重起爆法。

由上所述，新奧法的支護原則是：圍巖不僅是載物體，而且是承載結構；圍巖承載圈和支護體組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學體系；巷道的開挖和支護都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務。

3.新奧法的主要支護手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結的可縮性支護結構，允許圍巖有一定的協(xié)調(diào)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→初次支護→二次支護。

4.新奧法的缺點主要有：

4.1 實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術人員和量測人員都十分熟練，沒有這一點就易于發(fā)生錯誤；

4.2開挖暴露出的地質(zhì)會立即改變其狀態(tài)，因此要求施工技術人員要親臨現(xiàn)場，以便發(fā)現(xiàn)問題；

4.3監(jiān)控量測需要的時間和空間，往往給施工帶來不便；

新奧法施工是從實際經(jīng)驗中總結出來的，又在不斷實踐經(jīng)驗中得以豐富其內(nèi)容和進一步發(fā)展，新澳法施工推廣以來，經(jīng)過這么多年的運用，取得了較大的成就。

結論：該施工方法不僅加快了工期和節(jié)約了費用，還有助于我單位工程管理、技術人員在類似工程建設中更好的實現(xiàn)技術管理和施工保證，為今后工程項目的質(zhì)量、工期、效益提供了很好的參考價值。當然，新奧法也存在不少缺點，不過經(jīng)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，在隧道工程施工中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻

[1] 公路隧道施工技術規(guī)范.JTJF60-2009

[2] 爆破安全規(guī)程.（GB 6722-2011）

[3] 油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范.GB50424-2007