淺析鐵路隧道新奧法施工存在的問(wèn)題

顧慶榮/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

淺析鐵路隧道新奧法施工存在的問(wèn)題

顧慶榮/甘肅綜合鐵道工程承包有限公司

【摘 要】本文主要是對(duì)我國(guó)按新奧法原理設(shè)計(jì)施工的山嶺隧道施工中存在的一些普遍問(wèn)題進(jìn)行分析研究，在此基礎(chǔ)之上提出如下觀點(diǎn)，希望能夠?yàn)橥袠I(yè)人員提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】山嶺隧道；自穩(wěn)時(shí)間；施工流程；支護(hù)時(shí)間；分析

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱(chēng)，原文是New Austrian Tunnelling Method，簡(jiǎn)稱(chēng)為NATM。新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于20世紀(jì)50年代提出的。引入我國(guó)后在鐵路隧道得到廣泛應(yīng)用，也積累了大量成功經(jīng)驗(yàn)。一般的設(shè)計(jì)規(guī)程是：洞室開(kāi)挖成型后，及時(shí)初噴混凝土，封閉圍巖表面，防止風(fēng)化掉塊，然后再支護(hù)鋼架施工錨桿，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度，控制圍巖進(jìn)一步變形，防止失穩(wěn)，造成坍塌，至此初期支護(hù)完成，按照《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》的要求，進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，沉降及收斂變形符合規(guī)程要求后即認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定，施工二次襯砌，符合新奧法理念。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工大多與上述不符，普遍存在如下幾方面通病。

一、施工流程。

對(duì)于山嶺隧道，以Ⅳ～Ⅴ級(jí)圍巖為例，洞室開(kāi)挖完成后，若為石質(zhì)地段，受鉆爆技術(shù)以及圍巖本身軟硬不均、整體性差等條件限制，洞室表面里出外進(jìn)，很難達(dá)到《鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于洞身開(kāi)挖的要求，盡管已進(jìn)行了排險(xiǎn)作業(yè)，但現(xiàn)場(chǎng)施工人員普遍認(rèn)為：立即施作鋼支撐（型鋼）強(qiáng)支護(hù)，才能阻止圍巖的變形，保證安全的后續(xù)作業(yè)空間，這也是現(xiàn)場(chǎng)施工人員乃至技術(shù)人員認(rèn)為格柵鋼架（現(xiàn)場(chǎng)加工質(zhì)量往往也不盡如人意）無(wú)法起到支撐作用的原因。若先按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初噴作業(yè)，以單線鐵路隧道Ⅴ級(jí)圍巖上臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺1m為例，至少需要1小時(shí)左右的時(shí)間，在這一時(shí)間段圍巖變形可能加大，造成掉塊，甚至坍塌?；诖朔N觀念，施工人員很少按設(shè)計(jì)流程支護(hù)，開(kāi)挖后先支護(hù)鋼架，當(dāng)鋼架支護(hù)施作完成，即認(rèn)為已經(jīng)提供了相對(duì)安全的作業(yè)空間，再進(jìn)行錨桿噴混凝土支護(hù)。

根據(jù)鐵路隧道的實(shí)踐，得出坑道自穩(wěn)時(shí)間大致基準(zhǔn)見(jiàn)表1

表1 坑道自穩(wěn)時(shí)間實(shí)例

由上表可看出除Ⅴ級(jí)圍巖外，圍巖自穩(wěn)時(shí)間都充分滿足按設(shè)計(jì)要求支護(hù)一循環(huán)的時(shí)間，按設(shè)計(jì)流程施工能夠保證施工安全，對(duì)于Ⅴ級(jí)圍巖地段，就需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，最主要的是進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，必要時(shí)可縮短開(kāi)挖進(jìn)尺，以達(dá)到及時(shí)支護(hù)目的。其次需要注意的問(wèn)題是避免一次掘進(jìn)尺度過(guò)大，一般情況下，設(shè)計(jì)文件都有要求，應(yīng)按設(shè)計(jì)施工。

二、鋼架施工。

對(duì)于鋼架與圍巖充分接觸，現(xiàn)場(chǎng)很少按要求作，特別是拱部；鋼架落底不穩(wěn)，清除虛渣后，鋼架下沉，如果下沉過(guò)于明顯現(xiàn)場(chǎng)做法是用石塊支墊，然后沿鋼架施作錨桿，將鋼架與錨桿焊接，不施作混凝土墊塊，造成鋼架與圍巖之間存在明顯間隙。對(duì)于軟弱圍巖，洞室開(kāi)挖后，圍巖應(yīng)力重分布，洞室周邊形成塑性區(qū)，伴隨著圍巖向坑道內(nèi)位移，塑性區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大最終產(chǎn)生破壞。開(kāi)挖后及時(shí)施作錨桿、噴混凝土、鋼支撐初期支護(hù)，能有效控制圍巖的繼續(xù)變形，防止坍塌。對(duì)于拱部而言，在鋼架與噴混凝土共同形成柔性支護(hù)前，鋼架在一定程度上起到了部分支撐的作用，若拱部鋼架與圍巖間隙過(guò)大，造成圍巖變形過(guò)程中沒(méi)有得到及時(shí)阻擋，隨著變形增大，圍巖自身承載能力減小，圍巖荷載增大，鋼架很難支撐，極易造成坍塌，或者留下安全隱患。

根據(jù)鐵路隧道的實(shí)踐，統(tǒng)計(jì)坑道開(kāi)挖后變形值見(jiàn)表2

表2 坑道位移值

《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003-2005）規(guī)定單線隧道開(kāi)挖預(yù)變形值見(jiàn)表3

表3 預(yù)留變形量

根據(jù)上表以Ⅴ級(jí)圍巖，泥巖夾砂巖地層，埋深50～100m單線鐵路隧道（設(shè)計(jì)時(shí)速120km／h）為例，設(shè)計(jì)預(yù)留變形量為70mm，理想狀態(tài)下可視為圍巖與支護(hù)共同受力變形，達(dá)到70mm后，支護(hù)發(fā)揮最大作用，同時(shí)很好的利用圍巖自身強(qiáng)度，開(kāi)挖后若鋼架拱部與圍巖間隙為30mm，即可視為在沒(méi)有支撐的條件下，圍巖變形已達(dá)到彈塑性變形的下限，鋼架支護(hù)隨后受力與圍巖一起變形，在此過(guò)程中鋼架有個(gè)自身調(diào)整穩(wěn)定的過(guò)程，由此看來(lái)當(dāng)鋼架最終起到支撐作用時(shí)，圍巖變形或許已超出塑性變形極限，接近破壞狀態(tài)，甚至出現(xiàn)坍塌，這也是很多已支護(hù)段發(fā)生坍塌的原因之一，即使不發(fā)生坍塌，圍巖的過(guò)度松弛也不利于圍巖自支護(hù)能力的利用。

由此可看出鋼架施工質(zhì)量是保證施工安全、提高圍巖自身支護(hù)能力的保證。應(yīng)嚴(yán)格控制鋼架施工質(zhì)量，落底牢固，與圍巖密貼，按設(shè)計(jì)要求設(shè)置墊塊，并根據(jù)開(kāi)挖情況適當(dāng)加密。

三、砂漿錨桿。

錨桿施作質(zhì)量差是隧道施工中普遍存在的問(wèn)題，主要是錨桿數(shù)量、長(zhǎng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，錨桿鉆孔施工費(fèi)時(shí)費(fèi)力是客觀原因，施工人員輕視錨桿作用是主要原因。特別是土質(zhì)地段，施工認(rèn)為砂漿中的水會(huì)軟化圍巖，或者采用樹(shù)脂錨桿代替全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿。隧道開(kāi)挖后，洞身周邊形成松弛區(qū)，錨桿的施工能有效控制松弛區(qū)擴(kuò)大，起到懸吊、擠壓、組合梁或鎖腳的作用，有助于圍巖自身支護(hù)能力的發(fā)揮，前提條件是錨桿施工有足夠長(zhǎng)度，能穿透應(yīng)力松弛區(qū)，并且有足夠的密度。

樹(shù)脂錨桿施工方便，抗拔力較高，但是對(duì)于土質(zhì)隧道或軟弱破碎石質(zhì)隧道，由于圍巖自身強(qiáng)度較低，樹(shù)脂錨桿錨固點(diǎn)有限，很難提供足夠的抗拔力，全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿可以通過(guò)相對(duì)較大的摩擦面提供足夠的抗拔力。寶中線大寨嶺隧道是我國(guó)第最早按新奧法原理設(shè)計(jì)、施工的土質(zhì)山嶺隧道。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)36根砂漿錨桿抗拔試驗(yàn)，平均錨固力為67KN，說(shuō)明錨桿與砂漿、砂漿與土體有著良好的粘著力。測(cè)定的11個(gè)斷面隧道周邊圍巖平均松弛厚度：拱頂1.63m，拱腳1.69m，邊墻中部1.75m，軌頂面處2.05m。與有限元分析及變形收斂值進(jìn)行的分析是一致的。設(shè)計(jì)采用的2.5m長(zhǎng)砂漿錨桿也是滿足要求的。

由此可見(jiàn)設(shè)計(jì)要求的全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿是十分必要的，可以提高圍巖自身支護(hù)能力，保證施工安全。施工中減少錨桿數(shù)量、減短錨桿長(zhǎng)度的做法增大了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，降低了工程質(zhì)量，必須杜絕。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可看出，目前我國(guó)山嶺隧道施工中普遍存在的幾個(gè)問(wèn)題，是影響質(zhì)量安全的重要因素，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，保證施工質(zhì)量，確保安全。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鐵道部寶中鐵路建設(shè)辦公室.寶中鐵路[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.12.

[2]鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范.TB 10003-2005.