新奧法施工技術在隧道工程中的應用

馬磊

（江西贛粵高速公路工程有限責任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

新奧法隧道施工技術是一種先進的隧道施工技術，憑借先進的支護措施和靈活的施工方法在公路隧道建設中得到了廣泛應用，該技術能夠有效應對不同地質條件和工程要求，從而確保隧道結構的穩(wěn)定性和施工質量的可靠性。為更好地發(fā)揮該技術在隧道工程中的應用效果，文章結合工程案例，對該技術的具體應用進行分析。

1 新奧法技術概述

在20 世紀初，奧地利專家們總結了過去隧道工程建設的經驗，并積累了大量的實踐知識，在此基礎之上提出了一套完整的隧道設計和施工技術，被稱為新奧法。不同于傳統(tǒng)的厚壁襯砌混凝土支護方式，新奧法技術將巖體視為一個連續(xù)的整體介質，且結合了黏彈性和塑性等理論原理。

新奧法技術結合巖體開挖后形成的巖體破壞時間效應特點，選擇柔性、薄壁且能夠與圍巖緊密貼合的支護結構。這種支護結構具有較高的承載能力，能夠保護圍巖結構，確保圍巖構筑物達到穩(wěn)定的標準，防止結構損壞。

在新奧法施工技術的具體應用中，需要進行現(xiàn)場勘察，并對各項勘察數(shù)據(jù)進行分析，通過對現(xiàn)場環(huán)境和條件的準確評估，合理選擇支護結構，合理調整各項技術參數(shù)，并進行精確的施工控制，以保證圍巖的穩(wěn)定性。

新奧法技術不僅改進了傳統(tǒng)的隧道支護方式，提高了支護效果和水平，而且為隧道工程的可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案，該技術也因此在全球范圍內得到了廣泛的應用和認可[1]。

2 隧道工程概況及地質條件

2.1 工程概況

某公路隧道項目所處的地形條件相對復雜，地形起伏多變，重巒疊嶂，給項目施工帶來了很大的挑戰(zhàn)。隧道的設計通行速度為60km/h，凈寬度為11m，行車道寬度為9m，兩側人行道寬度為1m，沒有設置路緣帶，設置了一條凈高5m 的檢修通道。整個隧道的建設長度為284m，縱坡度為-0.05%。進口和出口都設計在緩和曲線上，中間部分是直線路段。在緩和曲線設計中，上部隧道超高部位沒有設置加寬結構，這樣的設計能夠在保證車輛行駛安全的同時，更好地適應復雜地形條件。

此外，緩和曲線的設計使車輛在進入和離開隧道時能夠更加平穩(wěn)地轉彎。在實際施工過程中，需要充分考慮地形條件對施工的影響，進行地質勘察、爆破作業(yè)、邊坡處理等方面的工作，以保證施工安全和質量。

2.2 工程地質條件

整個隧道項目所處的地勢比較高，高差在40m 左右，斜坡陡峭比較明顯，地形結構坡度在5～30°，沿山體風化不發(fā)育，山體并未出現(xiàn)坍塌、滑坡等嚴重的自然災害。整個隧道項目的地質條件比較特殊，風化巖石分布較為明顯，且存在裂隙發(fā)育嚴重的情況，極大地威脅了項目建設的安全性和穩(wěn)定性。

3 施工方案

在現(xiàn)場施工中，應按照設計、施工、設計的流程進行。其中，錨噴支護工序是新奧法支護的主要措施，該環(huán)節(jié)的施工質量關系支護效果和水平。為了保證工程質量，應加強對先進支護技術的應用，對各項參數(shù)進行計算分析，并確定合適的支護時機。

此外，應加強對支架強度、圍巖狀態(tài)和施工方式的控制，以確保所有數(shù)據(jù)均符合工程要求。結合錨桿間距、巖性特征、節(jié)理發(fā)育等特點確定支護方案。對于圍巖狀態(tài)較好的情況，可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設置水平超前錨桿進行超前支護施工。錨桿的長度應根據(jù)現(xiàn)場地質條件和洞室跨度確定，通常為整個跨度的1/4～1/2。

在錨噴混凝土結構施工中，需要考慮現(xiàn)場需求，并加強強度性能和終凝時間控制。選擇合適的混凝土材料，將水灰比設定為0.45～0.5，以提升結構的抗?jié)B性能。綜合分析國內外相關理論，噴射混凝土層厚度通常為5～15cm，總厚度不超過20cm。對于地層壓力較大的情況，可以輔助應用鋼筋網和鋼拱架結構，以確保混凝土層的厚度符合要求，最小厚度應為5cm，以避免嚴重剝落或開裂問題。

模板混凝土澆筑施工的目的在于提高外部的美觀性、提高安全性。根據(jù)以往隧道工程的要求，模板混凝土的厚度通常為25～50cm。在該隧道設計中，為了滿足科學性和合理性的標準，確保其承載能力合格，考慮地質條件承載10%～30%的荷載。根據(jù)具體需求，該隧道工程選擇了3 種復合襯砌類型[2]。

4 公路隧道新奧法施工技術應用

4.1 進口段

在斷面刷坡結束后，完成修整處理，現(xiàn)場存在較多不良地質條件，無滑坡、崩塌問題，巖層以泥巖、灰?guī)r等為主，其中地表覆土層厚度為0～30cm 殘積紅黏土，下面存在強風化灰?guī)r，是不可熔性巖類，水質巖石硬度較高，但容易破碎，且節(jié)理、裂隙的發(fā)育較為明顯，還存在局部斷層的地質條件，為Ⅳ類圍巖。隧道段下部的地下水含量較少，以裂隙帶內滯水為主，地表降水補充。

為了使進洞達到安全性要求，考慮到地質、環(huán)境等因素，結合現(xiàn)場的地質、設備等情況，在洞口部位布置超前小導管、鋼拱架，輔助邊、仰坡錨噴支護方式，實現(xiàn)洞口支護效果提升，達到圍巖穩(wěn)定性標準。具體措施如下：

第一，在洞口開挖前，繪制開挖輪廓線，以指導后續(xù)施工。在開挖線路上布置錨桿。錨桿的間距通常為1m×1m，設置在邊坡和仰坡位置。錨桿選用直徑為25mm 的鋼筋制作，長度為3.5m。采用梅花形布置方式，交錯設置，以提升結構的性能和穩(wěn)定性。

錨桿安裝制作步驟如下：

其一，在巖面噴射一層厚度為3cm 的混凝土，以提高支護的穩(wěn)定性。

其二，進行鋼筋網（使用直徑為8mm 的鋼筋進行編織）鋪設施工，形成整體結構。鋼筋網的布置可以進一步提高支護結構的強度和穩(wěn)定性，提升工程質量和安全性。

第二，在隧道洞口部位設置鋼拱架，并安裝超前小導管。鋼拱架采用工字鋼制作，并按照設計方案采用分段加工方式，以確保鋼拱架的尺寸和性能符合要求。鋼拱架設計完成后，需要在拱腳部位設置鎖腳錨桿，以固定鋼拱架。鎖腳錨桿的設置要符合工程建設標準，保證鋼拱架的穩(wěn)定性和安全性，保證洞口區(qū)域的結構強度和穩(wěn)定性[3]。

第三，在洞口區(qū)域需要沿隧道縱向方向設置開挖輪廓線，以確保施工的準確性和一致性。開挖輪廓線的設計應考慮外插角，通常設計為10～30°的鉆孔作業(yè)角度。完成鉆孔作業(yè)后，需要及時清理孔洞，使用空壓機進行處理，以確保沒有任何雜質影響工程效果。

第四，超前小導管（由熱軋無縫鋼管制作，長度通常為5m）穿越第一榀鋼拱架的腹板后，沿鉆孔進入地層結構，按照50cm 的環(huán)向間距設置，在管壁間隔20cm的位置進行交錯注漿施工，并按照梅花形布置方式進行注漿孔設置。在實際施工中，需要加強對注漿壓力的控制，保證注漿材料充分填充管道空間，提高圍巖的密實度和強度。

第五，小導管注漿完成后，待水泥達到終凝狀態(tài)，即可進行洞口開挖施工。在洞口開挖的同時，需要及時設置第二榀鋼拱架，以保證洞口的穩(wěn)定性和安全性。第二榀鋼拱架的安裝施工需要嚴格按照工藝方案進行。在兩榀鋼拱架的安裝中，榀與榀之間的間隔距離通常為0.5～1m，具體間隔需要根據(jù)實際圍巖狀況進行調整。拱架的安裝過程需要嚴格遵循工藝方案，利用直徑為22mm 的鋼筋進行焊接組合，以形成整體結構。值得注意的是，在實際施工中，需要根據(jù)具體情況進行合理調整和控制，以保證鋼拱架安裝的準確性和穩(wěn)定性。同時，需要進行必要的監(jiān)測和檢測工作，對安裝后的鋼拱架進行質量評估，確保其符合工程要求和設計標準。

第六，第二榀拱架安裝結束之后，兩榀之間設置徑向錨桿，懸掛鋼筋網。在錨桿設置中，應用徑向錨桿懸掛鋼筋網，選用直徑25mm 鋼筋制作錨桿，長度為3m，采用梅花形方式布置。

上述各項工作結束后，直接進行C25 混凝土噴射施工，全部覆蓋處理，包裹鋼拱架結構，確保洞內達到穩(wěn)定性標準，不需要重復進行支護施工[4-6]。

4.2 Ⅳ級圍巖區(qū)

在初期圍巖支護施工中，混凝土襯砌結構起主要作用，承擔幾乎所有外部荷載，并具有加固和裝飾功能。為了保證結構的穩(wěn)定性和安全性，選用直徑為25mm 的鋼筋錨桿，長度為3m，按1m×1m 間距，采用梅花形布置方式。混凝土澆筑厚度為15cm，預留12cm 的變形量。

在澆筑作業(yè)中，為了提高結構的防水性能，進行復合土工防水層結構施工。根據(jù)圍巖結構的變化情況，特別是進口和出口部位，應用Ⅳ級圍巖設置鋼拱架結構，以確保結構性能達到要求。此外，通過超前小導管襯砌施工，可以進一步提高結構的穩(wěn)定性和承載能力，保證工程質量[7]。

4.3 Ⅲ級圍巖區(qū)

為了解決巖石破碎和滲水等問題，并保護圍巖結構免受損害，在施工初期需要進行早期的封閉處理。為此，選擇直徑為25mm 的鋼筋制作錨桿，錨桿長度為2.5m，布置間距為1m×1m，采用梅花形布置方式。錨桿布置完畢后，噴射厚度為12cm 的混凝土。

為了進一步提高結構的防水性能，需要在混凝土表面設置復合防水層結構，有效防止水分滲透，保護圍巖結構免受水的侵蝕。復合防水層通常由多種材料構成，如防水膜、防水涂料等，以形成一個可靠的防水屏障，防止水分滲透到圍巖中，減少水與巖石之間的化學反應，避免巖石破碎和圍巖結構損壞。

4.4 Ⅱ級圍巖區(qū)

在Ⅱ級圍巖區(qū)進行施工時，首先需要對圍巖進行評估，確保其具備較好的穩(wěn)定性和結構性能。在該工程中，經過評估，確定該圍巖區(qū)沒有明顯的破碎或裂隙問題，為施工提供了有利條件。在施工過程中，采用噴射混凝土的方式進行支護。噴射混凝土的施工厚度為8cm，以提供足夠的強度和穩(wěn)定性，保護圍巖免受外部荷載和地質力的影響。

同時，在設計中考慮到圍巖的變形情況，預留了5cm 的變形量，允許一定程度的圍巖變形，確保結構的安全性和可靠性。在施工過程中，嚴格控制噴射混凝土的質量和施工工藝。確保混凝土配比的準確性和施工厚度的一致性，以獲得均勻、緊密的混凝土結構[8]。

4.5 明洞段

為了減小路塹邊坡的高度，并使其保持自然狀態(tài)，在進出口段都需要布置明洞。明洞通常采用C25混凝土澆筑施工，以形成堅固的整體結構。在明洞澆筑施工過程中，需要遵循相關的工程標準和規(guī)范，確保混凝土配合比、施工質量和工程性能符合要求。同時，要注意在施工過程中均勻澆筑和充分振搗，以確保混凝土的密實性和一致性[9]。

5 施工監(jiān)測

在現(xiàn)場施工中，應加強施工監(jiān)測，以有效掌握力學變化、支護狀態(tài)、工程險情等，確保施工現(xiàn)場的安全性。根據(jù)該工程項目監(jiān)測結果分析，初期支護基本穩(wěn)定，二次模筑襯砌效果良好，隧道無明顯變形，錨桿抗拔力符合標準。

6 結語

總的來說，新奧法施工技術是一種創(chuàng)新性的隧道施工方法，具有高效、可靠等優(yōu)點，能夠有效地提高隧道的結構穩(wěn)定性和施工質量。文章介紹了新奧法施工技術的原理和應用，提出支護結構設計、施工參數(shù)控制和施工工藝優(yōu)化等相關內容，以期為隧道施工提供參考。此外，今后還要不斷加強技術研發(fā)和施工經驗積累，以提高新奧法施工技術的應用效果，為民眾提供更安全、高效的交通環(huán)境。