淺析新奧法在隧道開挖中的應(yīng)用

安靜

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

1 隧道新奧法施工技術(shù)概述

1.1 隧道新奧法施工技術(shù)簡(jiǎn)介

新奧法在隧道工程施工中的應(yīng)用尤為廣泛和普遍，尤其是在公路隧道施工項(xiàng)目中，使用新奧法進(jìn)行施工的隧道項(xiàng)目占比已經(jīng)超過(guò)項(xiàng)目總量的80%。新奧法全稱為“新奧地利隧道施工法”，最早于上世紀(jì)五十年代被奧地利著名土木工程師西維茲提出。新奧法隧道施工技術(shù)基于傳統(tǒng)的巖土力學(xué)基本理論，并結(jié)合隧道開挖施工技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)提出，屬于典型的半經(jīng)驗(yàn)半理論施工工法之一。新奧法的核心技術(shù)內(nèi)容是將隧道開挖支撐錨桿和高壓襯砌噴射混凝土相互組合，襯砌支撐錨桿可以解決傳統(tǒng)混凝土砂漿襯砌強(qiáng)度不足的缺陷，高壓噴射襯砌混凝土可以更好地保護(hù)支撐錨桿，防止支撐錨桿老化，二者相互補(bǔ)充，共同發(fā)揮隧道圍巖支護(hù)功能。其組合工作原理類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。新奧法在從開始提出到正式形成一種系統(tǒng)性施工技術(shù)的過(guò)程中，通過(guò)世界范圍內(nèi)不同國(guó)家的應(yīng)用改進(jìn)，使其施工技術(shù)質(zhì)量和可靠性不斷提升，目前，新奧法的成套施工技術(shù)體系已經(jīng)形成，其在隧道開挖施工過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)得到充分彰顯。

隨著新奧法施工技術(shù)的成熟和完善，在各類重大隧道工程開挖施工過(guò)程中，已經(jīng)成為首選推薦施工工法，尤其對(duì)于隧道圍巖強(qiáng)度等級(jí)較弱，隧道圍巖破碎工況嚴(yán)重的隧道開挖項(xiàng)目效果尤為顯著。

1.2 隧道新奧法施工特點(diǎn)分析

第一，采用新奧法施工的公路隧道項(xiàng)目選用錨桿襯砌混凝土噴射組合施工技術(shù)，由于錨桿支護(hù)和隧道襯砌混凝土噴射施工可以同隧道開挖同步開展，施工時(shí)效性較高，完全可以實(shí)現(xiàn)“邊開挖、邊支護(hù)”的施工要求；此外，能夠充分發(fā)揮出隧道開挖作業(yè)面的空間效應(yīng)，在隧道開挖斷面出現(xiàn)大變形和大位移前，可以通過(guò)組合支護(hù)措施限定其變形發(fā)展，尤其是破碎性圍巖結(jié)構(gòu)，采用該技術(shù)能夠防止隧道圍巖結(jié)構(gòu)應(yīng)外荷載擾動(dòng)作用下產(chǎn)生的應(yīng)力松弛效應(yīng)，部分工況較差的隧道可以提前支護(hù)，保證支護(hù)效果，可以借助噴射襯砌混凝土的快干性和混凝土與錨桿結(jié)構(gòu)之間的摩阻力，確保隧道圍巖的支護(hù)可靠性和時(shí)效性。

第二，由于開挖作業(yè)面與襯砌支護(hù)作業(yè)面同步進(jìn)行，開挖斷面的碎石層可以快被快速密封，避免了由于開挖施工作業(yè)擾動(dòng)引起的隧道圍巖失穩(wěn)脫落，能夠?qū)崿F(xiàn)全斷面、無(wú)死角密封防護(hù)，極大地避免了因隧道圍巖膨脹或潮濕引發(fā)的體積膨脹，有效提升了隧道襯砌及圍巖結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級(jí)。此外，對(duì)于使用鉆孔爆破法開挖的隧道斷面，在瞬間爆破荷載的沖擊作用影響下，隧道圍巖結(jié)構(gòu)容易誘導(dǎo)出現(xiàn)多向開裂，裂縫交叉位置易引發(fā)襯砌剝離，借助高壓噴射混凝土施工技術(shù)，可以將混凝土砂漿噴射到開裂內(nèi)部，起到裂縫封閉和密實(shí)的功能，封閉在隧道圍巖表面的襯砌結(jié)構(gòu)能夠阻隔外界空氣和水分，解決了不良環(huán)境因素對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)耐久性造成的影響。

第三，錨桿與高壓噴射混凝土共同組成支護(hù)結(jié)構(gòu)，二者協(xié)同工作原理類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和混凝土材料，借助混凝土中骨料與錨桿的相互嵌鎖作用，能夠顯著提高隧道破碎圍巖的承載能力、剛度及整體性，防止出現(xiàn)因施工擾動(dòng)誘發(fā)的嚴(yán)重坍塌和冒頂事故；此外，借助噴射混凝土可以填充原有隧道圍巖表面的凹凸不平情況，防止圍巖尖點(diǎn)位置出現(xiàn)應(yīng)力集中效應(yīng)影響隧道圍巖局部結(jié)構(gòu)的整體性。

2 隧道新奧法施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 隧道開挖及碎渣外運(yùn)

對(duì)于確定使用新奧法施工的隧道工程項(xiàng)目，應(yīng)先調(diào)配專業(yè)的工程勘察隊(duì)伍，對(duì)擬開挖隧道巖石斷面的地質(zhì)條件、圍巖等級(jí)及圍巖節(jié)理發(fā)育情況進(jìn)行勘察，制定相應(yīng)的新奧法施工技術(shù)方案，尤其應(yīng)做好施工現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)、施工機(jī)械配置及地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，隧道斷面開挖方式盡量使用定點(diǎn)鉆孔爆破技術(shù)，合理控制炸藥數(shù)量，在保證施工爆破量和施工效率的前提下，盡可能降低施工荷載對(duì)隧道圍巖的擾動(dòng)，為錨桿支護(hù)和高壓襯砌混凝土噴射施工提供先決條件。對(duì)于軟質(zhì)巖層結(jié)構(gòu)，建議使用機(jī)械開挖或者人工與機(jī)械聯(lián)合開挖法，避免因爆破開挖時(shí)產(chǎn)生的瞬間沖擊荷載對(duì)隧道圍巖結(jié)構(gòu)的不良影響。除了隧道開挖外，為了保證洞內(nèi)開挖工作的接續(xù)進(jìn)行，必須制定相應(yīng)的開挖碎渣出渣方案，保證隧道開挖工程項(xiàng)目的正常推進(jìn)。開挖碎渣的外運(yùn)方式可細(xì)分為人工外運(yùn)和機(jī)械外運(yùn)兩種，人工外運(yùn)調(diào)度靈活，但調(diào)運(yùn)效率低下，需要耗費(fèi)大量的人力物力，工程經(jīng)濟(jì)性較差，人工調(diào)運(yùn)一般應(yīng)用在隧道開挖洞口直徑較小或者短距離隧道開挖工況中；機(jī)械調(diào)運(yùn)的調(diào)運(yùn)效率明顯提高，但需要一次性投入大量的裝載機(jī)械和運(yùn)輸車輛，施工前期投入較大，機(jī)械外運(yùn)適用于洞口開挖斷面直徑較大且內(nèi)部交通運(yùn)輸便捷的施工工況，尤其適用于單向掘進(jìn)的特長(zhǎng)隧道。

2.2 隧道襯砌支護(hù)

隧道襯砌支護(hù)必須堅(jiān)持“邊開挖，邊支護(hù)”的相關(guān)原則，開挖后的斷面，巖層尚處于不穩(wěn)定狀態(tài)，建議先將錨桿按照設(shè)計(jì)位置打入隧道圍巖結(jié)構(gòu)中，并同時(shí)采用高壓噴射混凝土噴射襯砌結(jié)構(gòu)，襯砌混凝土屬快干型，能夠迅速形成強(qiáng)度，與錨桿形成統(tǒng)一的支護(hù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于破碎性圍巖結(jié)構(gòu)，在施工荷載擾動(dòng)下，隧道圍巖容易出現(xiàn)大變形，因此，破碎圍巖結(jié)構(gòu)必須盡快采取支護(hù)措施，合理控制圍巖剛度指標(biāo)，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)為柔性結(jié)構(gòu)，以提升隧道襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間的有效貼合性，此外，借助柔性結(jié)構(gòu)可以緩釋圍巖變形，防止出現(xiàn)嚴(yán)重的剛性瞬間破壞。對(duì)于部分存在嚴(yán)重軟弱圍巖的位置，應(yīng)強(qiáng)化襯砌支護(hù)，襯砌支護(hù)不能單純?cè)龊褚r砌混凝土，應(yīng)適當(dāng)加密錨桿間距或者在錨桿和襯砌混凝土內(nèi)增設(shè)鋼筋網(wǎng)架，以提高襯砌結(jié)構(gòu)的剛度。

3 總結(jié)

根據(jù)本文分析內(nèi)容可知，在公路工程隧道開挖施工實(shí)踐中，尤其針對(duì)于軟弱圍巖隧道開挖，使用新奧法施工的可靠性更高。在后續(xù)工程實(shí)踐中，應(yīng)細(xì)化不同圍巖分級(jí)對(duì)應(yīng)的支護(hù)措施，做好隧道開挖與隧道襯砌支護(hù)兩個(gè)施工環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合，提高新奧法的施工精度和質(zhì)量。