新奧法在高速公路隧道施工中的應用

摘要 以探討高速公路隧道施工為研究目的，文章結合達州繞城高速公路曾家溝隧道工程案例，研究了新奧法在高速公路隧道工程中的應用效果。研究結果顯示，通過超前小導管超前支護，針對Ⅴ級圍巖和Ⅳ級圍巖分別開展環形開挖預留核心土法、臺階法施工以及全斷面開挖，并配合及時支護與襯砌，使該隧道施工子項目順利通過驗收標準。由此可見，Ⅴ級、Ⅳ級圍巖隧道工程的地質情況較差，通過新奧法可取得理想的施工效果。

關鍵詞 新奧法；高速公路；隧道施工；隧洞開挖；質量控制

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0076-03

0 引言

隨著交通基礎設施建設的快速發展，隧道工程在國內外得到了廣泛應用。在隧道施工中，新奧法作為一種先進的施工方法，逐漸受到廣泛的關注和應用。新奧法注重利用圍巖的自承載能力和采用適當的支護措施，結合圍巖情況制定適宜的開挖方案，以提高隧道施工的安全性、穩定性和效率[1]。下面就結合工程實例重點探討新奧法在高速公路隧道施工中的應用。

1 新奧法的實施原則與技術特點

1.1 新奧法的實施原則

新奧法主要實施原則包括以下幾點：

（1）少擾動原則。在隧道開挖過程中，新奧法強調盡可能減少對原有圍巖結構的破壞和應力狀態的改變，通過精確爆破技術（如光面爆破）、精細開挖工藝及合理的開挖斷面分塊實現最小化擾動。

（2）早支護原則。倡導“即挖即支”或“快速封閉”的理念，一旦完成開挖，立即進行臨時支護，以噴錨支護為主，迅速形成初步的承載結構，限制圍巖變形并防止出現過大的松弛區[2]。

（3）勤量測原則。新奧法高度重視施工過程中的現場監控測量工作，通過安裝先進的監測儀器，持續、系統地收集圍巖變形、應力變化等數據，實時反饋圍巖受力狀態及其動態演化過程。

（4）緊封閉原則。采用柔性而連續的噴射混凝土或其他材料對圍巖表面進行嚴密封閉，目的是形成一個相對封閉且能夠適應圍巖微小變形的整體支護結構。

（5）動態設計原則。新奧法的核心特征之一是將施工過程視為一個動態的設計過程，在施工中不斷根據實測數據修正設計參數，實現從開挖、支護到襯砌等全過程的動態優化管理。

1.2 傳統施工方法的問題與不足

傳統施工方法的問題與不足表現在以下幾個方面：

（1）技術手段落后。傳統施工方法往往依賴于較為落后的技術手段，缺乏先進的施工技術和設備的支持。

（2）施工監控不足。傳統施工方法缺乏有效的監控手段和設備，無法實時監測和反饋施工過程中的各種參數和數據，難以對施工過程進行及時調整和控制。

（3）對環境影響較大。傳統施工方法往往對環境產生較大的影響，例如噪聲、粉塵、廢水的排放等。

（4）安全風險較高。由于技術手段的限制和管理水平的不足，傳統施工方法的安全風險相對較高，可能存在各種安全隱患[3]。

（5）工期難以保證。傳統施工方法由于技術手段落后、監控不足等原因，施工過程中可能出現各種意外情況，導致工期延誤。

2 新奧法在高速公路隧道施工中的應用分析

2.1 新奧法在隧道施工中的應用范圍

新奧法主要應用范圍體現在以下幾方面：

（1）軟弱圍巖隧道。對于軟弱圍巖隧道，新奧法通過采用適當的支護措施和施工方法，能夠有效地控制圍巖變形，提高隧道結構的穩定性和安全性。

（2）破碎圍巖隧道。在破碎圍巖隧道中，新奧法可以利用圍巖的自承載能力，采取及時的支護措施，降低破壞圍巖的風險，提高施工的安全性。

（3）大跨度隧道。對于大跨度隧道，新奧法可以通過合理的施工設計和支護方式，確保隧道施工的穩定性和安全性，降低施工難度和風險。

（4）地下水豐富的隧道。在地下水豐富的隧道中，新奧法可以采取有效的排水和止水措施，減小地下水對施工的影響，保證施工順利進行。

（5）復雜地質條件隧道。對于穿越復雜地質條件的隧道，新奧法可以根據地質勘察資料，選擇合適的施工方法和參數，降低施工難度和風險。

2.2 新奧法在隧道施工中的應用分析

2.2.1 項目概況

達州繞城高速公路西段工程路線全長38.273 km，其中主線長32.008 km，西外支線長6.265 km。其中，曾家溝隧道位于主線，主線采用雙向四車道高速公路標準，設計速度為100 km/h，路基寬26.0 m；隧道凈空（高×寬）5 m×10.75 m，隧道左線ZK2+172～ZK3+282的長度為1 139 m，右線K2+161～K3+268（含長鏈0.448 m）的長度為1 107.448 m。

2.2.2 隧道施工工藝流程

結合該項目施工特點，制定的施工工藝流程圖如圖1所示：

2.2.3 洞口段施工方案

隧道洞口段工程包括洞口防排水、洞口土石方、邊仰坡及成洞面、明洞、洞門施工等。結合隧道洞口地形、地貌、工程地質和水文地質條件，并考慮施工開挖邊坡的穩定性，本著“早進晚出、少開挖”的原則，洞口與明洞工程采用明挖法進行施工。洞口段采用大管棚超前支護的施工方案進洞，主要施工順序：洞外截水溝—邊仰坡刷坡并支護（自上而下逐級支護）—開挖上半臺階預留核心土施作套拱—施作超前支護—開挖套拱下半臺階—施作明作段襯砌或洞門墻—開挖暗洞[4]。

隧道進出口工作面均是先行左洞的進洞施工，只開挖左洞邊仰坡。在開挖的過程中，應及時做好邊仰坡防護，做到開挖和防護的同時進行，邊仰坡臨時及永久防護均采用注漿小導管、掛鋼筋網、砂漿錨桿、噴混凝土防護。

進洞口邊仰坡施工完畢后即施工左洞長管棚工程，管棚施工完成后采用Ⅴ級圍巖預留核心土方式開挖進洞。

2.2.4 正洞施工方案

（1）超前支護。曾家溝隧道超前支護采用C形單層

￠42超前小導管。雙層超前小導管采用外徑42 mm、壁厚4 mm、長450 cm的熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀；管壁四周鉆注漿孔，孔徑為8 mm，孔間距20 cm，呈梅花形布置，尾部50 cm不鉆注漿孔作為止漿段。鋼管與襯砌中線平行，外插角5 °～12 °，拱部布置，環向間距40 cm；水平搭接長度不小于1 m，端部焊接在鋼架上。

（2）隧道開挖。曾家溝隧道主洞洞身開挖方法。Ⅴ級圍巖主洞洞口段及軟巖破碎段采用三臺階法施工;Ⅳ、Ⅴ級圍巖一般地段采用臺階法施工，車行、人行橫通道Ⅳ 級圍巖采用全斷面法開挖（加寬車道開挖采用三臺階法）。

施工原則：所有開挖施工必須在超前支護的保護下進行；臺階高度不得大于全斷面高度的一半，掌子面穩定性較差時，應保留核心土，開挖作業由上至下，而襯砌施工則由下而上[5]。

主要施工順序：上臺階開挖—上臺階拱墻支護—下臺階左側開挖—下臺階左側邊墻支護—下臺階右側開挖—下臺階右側邊墻支護—下臺階邊墻初期支護—仰拱開挖—仰拱施作仰拱襯砌—仰拱回填—拱墻二次襯砌整體澆筑。

①全斷面開挖：依據新奧法原理采用全斷面法，對曾家溝隧道人行及車行橫洞進行開挖。開挖時，每次循環開挖進尺控制在3.0 m左右，并根據實際情況確定進尺量。

②兩臺階法：曾家溝隧道Ⅴ級圍巖一般地段、Ⅳ級圍巖采用臺階法施工。上臺階開挖采用YT-28鑿巖機鉆眼、塑料導爆管非電起爆系統毫秒微差有序起爆、光面爆破施工，并由挖掘機扒碴。下臺階采用YT-28鑿巖機鉆眼、光面爆破施工、裝載機裝碴，并用自卸汽車運碴。隧道開挖后及時施作初期支護，仰拱施工緊跟。

工藝流程：上臺階開挖—上臺階初期支護—左下臺階開挖—左下臺階初期支護—右下臺階開挖—右下臺階初期支護—仰拱開挖（如有）—仰拱二次初襯—仰拱回填（如有）—拱墻二次襯砌。

③環形開挖預留核心土法：曾家溝隧道Ⅴ級圍巖主洞洞口段及軟巖破碎段采用環形開挖預留核心土法開挖施工。

工藝流程：上臺階環形開挖—上臺階初期支護—上臺階核心土開挖—左下臺階開挖—左下臺階初期支護—右下臺階開挖—右下臺階初期支護—仰拱開挖—仰拱二次初襯—仰拱回填（如有）—拱墻二次襯砌。

（3）初期支護。隧道初期支護包括徑向系統錨桿、工字鋼架、格柵鋼架、鋼筋網、噴射混凝土，依據地質情況分別設置。初期支護緊跟開挖面及時施作，以減少圍巖暴露時間，抑制圍巖變位，防止圍巖在短期內松弛。

（4）二次襯砌模筑混凝土施工。施工順序：洞底水泥砂漿找平層—（含矮邊墻）防水層鋪設—仰拱（含矮邊墻）鋼筋制作安裝—縱、橫縫止水帶、止水條預埋—仰拱拱圈混凝土—仰拱回填片石混凝土（預埋橫向排水管）澆筑—矮邊墻混凝土澆筑（預埋縱、橫向透排水管）—縱、橫縫止水帶、止水條預埋—縱、橫環向透排水氣管預埋—拱墻防水層鋪掛—拱墻鋼筋制安—環縫止水帶、止水條預埋—拱墻二次模筑混凝土襯砌（管線預埋、孔洞預留）—縫兩側混凝土表面50 cm范圍刷涂水泥基滲透結晶型防水涂料。

（5）附屬洞室施工。

①附屬洞室開挖。洞內附屬洞室在相應部位左右兩線正洞均已開挖完成，且不影響隧道正洞施工的前提下開挖。開挖采用鉆爆法施工、人工鉆孔，全斷面開挖、光面爆破，裝載機裝渣。由于附屬洞室寬度及高度較小，洞渣采用裝載機抬入主洞位置進行裝車，并由自卸車運至指定渣場。

②洞內附屬洞室襯砌。附屬洞室混凝土襯砌采用“先底板、后邊頂拱”分兩序組織施工。底板以9～12 m分段，與邊頂拱分段保持一致，底板澆筑完成后再進行邊頂拱襯砌。邊頂拱澆筑采用人工立模，采用組合模板配合定型鋼拱架施工、滿堂架支撐。

3 新奧法在應用中的問題與對策

3.1 新奧法應用中存在的問題

新奧法應用中存在的問題主要包括以下幾個方面：

（1）技術實施難度。新奧法對技術要求較高，需要施工人員具備相應的專業知識和技能。在實施過程中，可能面臨技術實施難度較大的問題，如對圍巖的判斷、支護方式的選擇等。

（2）施工監控難度。新奧法要求進行實時監控和反饋，對施工監控的精度和可靠性要求較高。在實際應用中，可能存在施工監控難度較大的問題，如數據采集、處理和分析等。

（3）施工組織與管理挑戰。新奧法要求施工組織與管理具有一定的靈活性和適應性。在實際應用中，可能面臨施工組織與管理的挑戰，如資源調配、工期安排等。

（4）成本投入與經濟效益問題。新奧法雖然能夠提高隧道施工的安全性和穩定性，但同時也需要投入更多的成本。在實際應用中，可能面臨成本投入與經濟效益之間的權衡問題。

（5）環境保護與可持續發展的挑戰。新奧法雖然注重環境保護和可持續發展，但在實際應用中可能面臨一系列挑戰，如對環境的影響、資源消耗等。

3.2 提高新奧法應用效果的對策與建議

為了充分發揮新奧法在隧道施工中的優勢，提高其應用效果，提出以下對策與建議：

（1）加強地質勘察與圍巖分類。在施工前，應進行詳細的地質勘察，了解隧道圍巖的分布、性質和結構，進行準確的圍巖分類，這有助于為制定合理的施工方案和支護設計提供依據。

（2）優化施工方案與參數。根據地質勘察結果和圍巖分類，優化施工方案和參數，包括開挖方式、支護時機、支護結構形式等。通過精細化的設計和計算，確保施工方案的科學性和可行性。

（3）強化實時監控與反饋機制。采用先進的實時監控技術，對圍巖和支護結構的變形、應力等進行實時監測。建立有效的反饋機制，及時分析監測數據，調整施工參數和優化支護設計，確保施工安全和質量。

（4）加強施工人員培訓與技能提升。定期開展新奧法相關知識和技能的培訓，提高施工人員的專業素質。加強技術交流和經驗分享，促進施工人員之間的合作與協同工作。

（5）推進技術創新與研發。鼓勵隧道施工領域的技術創新和研發，加大對新工藝、新材料、新設備的投入。通過與科研機構和高校開展合作，推動隧道施工技術的進步和發展。

4 結語

新奧法在隧道施工中展現出顯著的優勢和應用前景。通過加強地質勘察、優化施工方案、實時監控等技術措施的落實，并開展提高施工人員素質和推進技術創新等方面的工作，可以進一步解決新奧法應用中存在的問題和挑戰。同時，建立完善的評估體系、加強交流與合作、促進資源共享和信息交流等措施也有助于提高新奧法的應用效果。未來，隨著隧道施工技術的不斷進步和創新，新奧法有望在更多領域得到廣泛應用和推廣。因此，應繼續關注和研究新奧法的應用與發展，能為推動隧道施工技術的進步作出更大貢獻。

參考文獻

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[2]楊斌. “新奧法”在高速公路隧道施工中的應用[J]. 內蒙古公路與運輸， 2014（3）： 54-56.

[3]鄒建華. 淺析新奧法在高速公路隧道施工中的應用[J]. 黑龍江交通科技， 2013（9）： 153-154.

[4]彭佳林. 新奧法在高速公路隧道設計與施工技術中的分析應用[J]. 四川建材， 2010（2）： 148-150.

[5]王新增. 新奧法在嶺南高速公路隧道施工中的應用[J]. 筑路機械與施工機械化， 2007（10）： 48-50.

收稿日期：2024-02-05

作者簡介：康昭建（1987—），男，大專，從事施工現場安全管理工作。