基于新奥法理念隧道施工技术分析

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　　摘要：一般铁路隧道施工难度大、施工场地受限、工作量集中、行车安全等问题。许多高等级路线采用隧道方案为了为国家节省基建投资，新奥法就是隧道施工中经常采用的方法之一。本文结合施工案例，基于新奥法理念对施工技术进行分析阐述，仅供参考。
　　关键词：铁路隧道；新奥法；开挖；支护
　　
　　1、施工要点介绍
　　新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，是奥地利学者拉布西维兹在上世纪五十年代提出的，以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。
　　1）由于岩体是隧道结构体系的主要承载单元，在施工中必须保护岩体,减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进；
　　2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面还要限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。施工中应采用能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构；
　　3）施工的各个阶段，应进行现场量测监控，及时获取可靠的、数量足够的量测数据，例如，坑道周边的位移或收敛、接触应力等，并及时反馈用来指导施工和修改设计；
　　4）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中；
　　5）为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。
　　2、工程概况
　　某隧道是全线的重点、难点和控制性工程之一。施工过程采用新奥法施工理念进行施作，小断面平导洞出碴采用隧道挖装机配合无轨运输；二次衬砌采用定型大模板整体式液压台车一次性衬砌，泵送混凝土入模；控制测量采用GPS卫星定位技术；在掘进开挖施工过程中，采用TSP203雷达检测系统、红外探水先进的技术手段和仪器设备结合实施。
　　特别是DK183+991~DK184+695段受地表溶蚀槽谷影响，围岩溶蚀严重，地质条件极为恶劣。施工中严格按照四方现场拟定的方案，按上下台阶分部开挖，同时加强围岩变形观测，及时消除安全隐患，确保工程质量稳定可控，为全线顺利铺架奠定了坚实基础。
　　3、隧道施工过程
　　3.1洞室开挖
　　对隧道周边围岩进行超前预加固后进行分步平行开挖，V~VI级围岩地段采用三台阶分布平行开挖法，施工顺序见图1。
　　
　　
　　
　　图1：短台阶七步平行流水作业法示意(单位:m )
　　上半断面环形部分人工采用风镐开挖，其余各部采用挖掘机开挖、装碴。循环进尺一般控制在0. 5~1. 2 m为宜。Ⅲ级围岩地段可将三台阶分步平行开挖法调整为两台阶分步平行开挖法施工。遵循“弱爆破、短开挖”的原则采用光面爆破或预留光爆层微振动控制爆破技术开挖上半断面，以减小对围岩的扰动。炮眼深度一般控制在1. 5~2. 0m为宜。
　　3.2初期支护施工
　　初期支护是由锚杆、钢筋网、钢架和喷射混凝土组成的一种联合受力结构。为保护围岩的天然承载力，初期支护要尽快施做。
　　(1)初喷混凝土封闭岩面
　　用高压风自上而下吹净岩面，埋设控制喷射混凝土厚度的标志钉，如工作面有滴水或淋水，提前做好钻孔埋管的引排水工作。
　　喷射作业先从拱脚或墙脚向上堆喷，以防止上部喷射回弹料虚掩拱脚(墙脚)而不密实，以致强度不够，造成失稳；先将凹洼部分找平，然后喷射凸出部分，并使其平顺连接。
　　喷射操作应沿水平方向以螺旋形划圈移动，并使喷头尽量保持与受喷面垂直，喷嘴口至受喷面距离以0. 6~1. 0 m为宜。喷射混凝土表面应大面平整并呈湿润光泽，无干斑或滑移流淌现象。
　　(2)施作结构锚杆，挂设钢筋网
　　锚杆为全长粘结型锚杆，杆体为Φ22 mm的20MnSi螺纹钢筋，长度为3. 0 m或是3. 5 m，间距0. 8~1. 0m，梅花形布置，径向施作。各台阶初期支护连接处左右均需设不少于两根锁脚锚杆，确保初期支护不失稳。为确保锚杆施作质量，有条件时，拱顶结构锚杆和锁脚锚杆应尽量采用迈式注浆锚杆。
　　钢筋网为Φ10 mm或Φ6 mm钢筋焊接而成，网格为20 cm或25 cm。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，其间隙不大于3 cm，钢筋网应与锚杆体连接牢固。
　　(3)安装钢架
　　钢架是软弱围岩中初期支护的重要组成部分，应严格按设计要求加工制作和架设。钢架架设施工分拱部和墙部2部分。
　　①拱部单元:首先进行施工放样，确定钢架基脚位置，然后铺设[25a槽钢垫板，施作定位系筋，最后架设钢架，设纵向连接筋。
　　②墙部单元:墙脚部位铺设[25a槽钢垫板，施作定位系筋；对应拱部单元钢架位置架设墙部单元钢架，栓接牢固；设纵向连接筋。
　　 (4)施作拱部超前支护和二次喷射混凝土拱部按设计技术参数施作下一循环超前支护，并把该支护尾端焊在钢架上。分层喷射混凝土到设计厚度，每层5~6 cm厚；钢架保护层不小于2 cm。整个喷射混凝土表面要平顺。
　　(5)监控量测、修正支护参数
　　严格按设计要求进行拱顶下沉和周边收敛位移量测，通过监控量测的信息反馈，及时调整支护参数，以保证衬砌结构的安全。
　　3.3仰拱施工
　　在设计有混凝土仰拱施工地段，拱墙初期支护施工完成后，要及时左右错位跳挖仰拱，安装仰拱钢架，进行混凝土仰拱施工，使初期支护尽早闭合成环构成稳固的初期支护体系。并为施工运输创造良好环境。
　　3.4混凝土衬砌
　　采用可调式防水层作业专用台车按设计材料和技术参数施作防水层，铺设时要采用无钉孔工艺，并视初期支护的平整情况，将防水板留一定的富余量，以防止过紧而被混凝土挤破。
　　混凝土衬砌采用全断面液压钢模衬砌台车、泵送混凝土灌注。混凝土生产采用自动计量拌和机拌和，混凝土输送车运输。左右对称地灌筑，防止台车偏移。设置制式挡头模板，确保施工缝处混凝土质量。
　　4、施工技术特点及效果分析
　　4.1施工技术特点
　　(1)施工空间大，可以引入大型施工机械多作业面平行施工，工效高；部分软岩地段可以采用反铲挖掘机直接开挖下半断面，减小了对围岩的扰动。
　　(2)在地质结构复杂多变、软硬围岩相间的隧道施工中，便于灵活及时地调整施工方法，进度稳定，工期保障性强。
　　(3)能适应不同跨度和多种断面形式，没有需拆除的临时施工支护，节省投资。
　　(4)爆破施工可以分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少了对围岩的扰动，又充分利用了时间空间，还增加了爆破临空面，降低了炸药消耗。
　　(5)混凝土仰拱超前施作，便于初期支护及早闭合成环承载，且改变了洞内作业、运输环境。
　　(6)全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量，运营病害少。
　　(7)无需增加特殊设备，投入少，操作性强，易推广。
　　4.2效果分析
　　(1)本项施工技术为大跨度软岩隧道机械化施工积累了成功的经验。
　　(2)灵活的开挖与支护手段及相应的技术措施适应了地质变化，真正做到“岩变我变”，有效地保证了隧道施工的安全。
　　(3)在隧道施工中，此法与双侧壁导坑法相比，可节省大量临时钢架施工支护费用，减少了投资。单洞双车道隧道的Ⅲ级围岩条件下，与全断面施工法相比，仅爆破钻眼和炸药两项费用每延米即节约1000多元。在软岩地段采用此法，可缩短工期约50 d。
　　5、结束语
　　新奥法施工是从实际经验中总结出来的，其内容在实践中进一步丰富和发展，并在我国得到广泛应用，在隧道施工中取得了较大的成就。新奥法也存在缺点，经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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