范優(yōu)甲

(河北路橋集團有限公司)

新奧法施工技術淺析

范優(yōu)甲

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通過對新奧法鉆爆開挖、噴錨支護、監(jiān)控量測以及二次模筑混凝土襯砌等施工工藝的闡述，分析施工工藝要點以及目前隧道施工中新奧法的實施和推廣。

新奧法;施工技術;工藝要點

1 前言

新奧法(New Australian Tunnelling Method)是新奧地利隧道施工方法的簡稱(NATM)，由奧地利土木工程師拉布西維茲(L.V.Rabcewicz)在長期從事隧道施工實踐中，從巖石力學的觀點出發(fā)并總結隧道建設實踐經驗首次提出;以噴射混凝土和錨桿以及鋼架等相互組合作為主要支護方式，通過監(jiān)控量測圍巖的變形，充分發(fā)揮圍巖的自身承能力的施工方法。

2 施工過程

2.1 開挖

開挖是先導工作，在整個隧道的施工過程中至關重要。故專業(yè)分工比較細，設有量測劃線組、鉆孔組、爆破組和清渣等班組。

在一般情況下，一個循環(huán)的工作時間約為20 h，生產人員約53人。施_工機械配有空壓機、風動鑿巖機、大噸位自卸汽車、輪式裝載機，以及通風和照明等設備。開挖工作是以施工機械為主和一般的勞動手段為前提的一種勞動組合，每一個工作循環(huán)的進尺在2 m左右。

開挖有兩種不同的方法:全斷面法和臺階法。其臺階的長度以4～8 m為宜，這樣以利上半部的石渣自行拋落到路床上，否則就需重勞力將其扒至臺階的下面，才能采用裝載機等機械進行清渣。另外一般雙車道隧道，其開挖高度約近8 m。當采用這種臺階法施下時，不僅增加了工作面，還可以減少開挖和初次支護工作所需配置的腳手架的安拆工作，可以取得較好的施工經濟效益。臺階法雖然將隧道分為上下兩個半部，但在開挖掘進時，仍應同時進行鉆孔爆破，一次完成。采用全斷面法施工時，則宜采用鑿巖臺車或其他先進的鑿巖設備進行附巖爆破作業(yè)。

洞身爆破開挖，綜合了毫秒爆破和光面爆破技術，用側翻裝載機、大型挖掘機(通常采用PC220以上)裝渣和大噸位的自卸汽車或傳輸帶出渣。首先是將隧道劃分為上下兩個半部，分別布孔并采用不同的裝藥量。由于采用的是毫秒爆破技術，這樣在爆破過程中，因各部位置起爆時向差異的關系，增大了臨空面，可以減少爆破時對圍巖擾動影響的因素，而爆破后的石渣又便于裝載機裝渣。因此，根據圍巖類別、洞身埋深、炮孔孔深、炮孔的類別(掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔)和實際出渣能力等因素，各部位炮孔之間的間距以及裝藥量也各不相同。其主要目的是在施工過程中通過采用技術措施，最大可能的降低爆破對圍巖體的擾動，確保安全;另一方自也能滿足采用臺階法爆破施工技術的要求。

圍巖橫斷面的各部設計開挖尺寸，是按照高速公路隧道建筑限界標準加上復合襯砌厚度、預留沉降、初期支護厚度等確定的設計開挖線，也就是進行編制工程造價和計量支付的計價線。超挖量的問題是隧道施工過程中不可避免的，采用新奧法爆破施工的超挖量一般控制在15 cm以內、欠挖量一般控制在5 cm以內。

從算出的各類圍巖的橫斷面積來看，其設計開挖面積的大小不同，以致襯砌的厚度有所不同，故設計開挖面積就有差異。根據統(tǒng)計，新奧法由于綜合了毫秒爆破和光面爆破技術，與礦山法相比，開挖斷面少4.7% ～10.0%、超挖回填量降低50%。

新奧法的核心技術是，光面爆破開挖、噴錨支護和監(jiān)控量測。所謂量測并不是一般用花桿和皮尺去丈量或檢驗一下現(xiàn)場，而是因隧道地質的復雜性和不可預見行性，初始設計未必完全符合客觀實際情況，所以，在施工過程中應邊開挖邊監(jiān)測，對地質情況做出預報，據以調整支護形式和施工方案，是隧道施工過程中極為重要的一個工作環(huán)節(jié)。由于這項工作是在施工中進行的，所以又被稱為信息化施工或現(xiàn)場臨床診斷式施工。它的主要評價指標是圍巖體是否穩(wěn)定和支護形式是否合理。因此，為了切實做好這一量測工作，在勞動組合中，一般都設有不少于5人負責量測畫線的專業(yè)小組。

2.2 初期支護

洞身開挖前，首先在進洞口設置管棚(先鉆孔，再放導管，后注漿)，加固圍巖(一般長度10～45 m)，再根據圍巖情況進行開挖，并決定開挖長度，接著噴漿，設置各種錨桿，設置鋼拱支撐、鋼絲網、聯(lián)結鋼筋，最后噴射混凝土，完成初期支護。

噴錨支護指初期柔性支護，一般在開挖后的渣堆上即開始進行，在開挖后圍巖自穩(wěn)時間的1/2時間內完成。噴錨施工一般設有噴射混凝土和錨桿兩個班組。這項工作常分為兩次進行，一次是在爆破后，經找頂，進行初步清渣和初步噴錨支護;在清渣工作全部結束后，按設計要求完成錨桿、掛鋼筋網或鐵絲網、噴射混凝上的全部工作。生產人員約29人，每一工作循環(huán)約需8h，需要配備混凝土噴射機和鑿巖機等設備。

山嶺公路隧道襯砌，通常采用噴錨技術°“噴錨”是噴射混凝土、噴射混凝土與錨桿、鋼筋網或鐵絲網噴射混凝土與錨桿等類型的支護或襯砌的總稱。

噴射混凝土有干法噴射和濕法噴射兩種。根據施工實踐經驗，在噴射過程中，其回彈量可高達50%左右，故應注意做好材料的回收利用。這是一個重要的問題。

噴射混凝土應分段、分片由下而土順序進行噴射。每段長度不應超過6 m。一次噴射的厚度，如不摻速凝劑、拱部為3～4 cm，邊墻為5～7 cm;如摻速凝劑，拱部為5～6 cm，邊墻為7～10。當分多次噴射時，后一層噴射應在前層混凝土終凝后進行。

錨桿一般采用Ⅱ級鋼筋做成。其類型和用途比較多，它與噴射混凝土等共同形成永久性支護。根據施工實踐，按新奧法施工的隧道，爆破對圍巖擾動的影響范圍最大不會超過1.5 m。所以錨桿的長度一般不應小于1.5 m。

2.3 二次襯砌模筑混凝土

在初期支護完成且圍巖趨于穩(wěn)定之后，鋪設防水層(防水層之外設置各種排水管)，之后開始二次襯砌。復合襯砌中的二次襯砌，大多采用現(xiàn)澆混凝土，為有別于噴射混凝土，故習慣稱之為模筑混凝土。施工中采用定型裝配式的活動鋼模板組織施工，襯砌的內輪廓線應一致，這也是鋼模板制造和美觀的要求。

模筑混凝土系指立?，F(xiàn)澆混凝土，與在露天情況下現(xiàn)澆混凝土沒有大的差異;所不同的是在洞內作業(yè)，其模板則宜采用專用縱向長度8～12 m組合式的門式模板臺車澆筑混凝土整體襯砌。

在開挖過程中因爆破造成超挖，一般約為設計開挖工程最的4%。因此，當按照設計要求在做初次噴錨支護時，拱部和邊墻處存在不同程度的空隙，要求采用現(xiàn)澆混凝土或石砌圬工將空隙回填密實，使各部襯砌與圍巖緊密地結合起來，共同承受荷載。

2.4 新奧法施工的基本原則

新奧法施工的基本原則為“短開挖、弱爆破、早支護、快封閉、勤量測”°動身開挖過程中“短開挖、弱爆破”，以確保開挖對隧道圍巖整體自身穩(wěn)定性的擾動和破壞，縮短圍巖應力松弛時間。開挖后及時做初期噴錨支護，形成永久承載結構，尤其是承受部分水壓和全部土荷載的淺埋隧道、海底隧道其初期噴錨支護則承受全部水荷載和圍巖荷載，而二次模筑襯砌則作為安全儲備。在隧道施工全過程中，通過對洞內外地質與支護狀態(tài)觀察、拱頂下沉、地表下沉、鋼架內力及外力、圍巖體內位移、圍巖壓力、兩層支護間壓力、錨桿軸力、爆破震動及滲水壓力水流量等項目指標的監(jiān)控量測，實時準確掌握圍巖(或圍巖加支護)的受力狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)動態(tài)設計、動態(tài)施工。

3 結語

新奧法施工工藝源于實踐，又在廣泛的實踐中得到了進一步發(fā)展，在我國隧道建設中推廣新澳法施工以來，經過長期的發(fā)展，通過科研、設計、施工的三結合，成效顯著。當然，新奧法也存在著不足之處，不過通過工程技術人員和科研工作者的齊心協(xié)力，在實踐中一定能把新奧法不斷完善，使其在我國的現(xiàn)代化地下工程建設進程中得到更加廣泛的推廣和應用。

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1008-3383(2013)03-0088-02

2012-12-11

范優(yōu)甲(1975-)，男，河北饒陽人，工程師，從事高等級公路施工管理工作。