淺談新奧法推行中存在的問題

(西昌學院土木與水利工程學院 四川 西昌 615013)

二十世紀五十年代，奧地利學者拉布西維茲教授提出了新奧地利隧道施工方法，簡稱新奧法(NATM)。它以彈性力學、巖石力學理論為基礎(chǔ)，結(jié)合隧道工程實際施工經(jīng)驗，將噴錨支護作為主要支護手段的一種施工方法。新奧法經(jīng)過多年理論研究和工程實踐于60年代取得專利權(quán)并正式命名。之后新奧法在西歐、北歐、美國和日本等國家的許多地下工程中迅速發(fā)展，現(xiàn)已成為現(xiàn)代隧道工程標志性新技術(shù)之一。新奧法于六十年代被引入我國，七十年代末八十年代初得到迅速發(fā)展。至今在世界范圍內(nèi)所有重難點地下工程修建中都離不開新奧法，其適用范圍非常廣泛，不同地質(zhì)條件，不同埋深均且不同形狀、大小的洞室均可以采用，幾乎成為在圍巖中特別是軟弱破碎圍巖中修筑隧道工程的一種基本方法[1]。實踐證明，在巖層中特別是在軟弱、破碎和低強度的存在不良地質(zhì)情況的巖層中修建地下洞室，新奧法可比傳統(tǒng)方法取得更好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

一、新奧法的理論基礎(chǔ)

早期隧道支護理論是松弛荷載理論。其核心是地下工程巖體開挖后，堅固圍巖具有自穩(wěn)能力，不需支護；軟弱巖體則可能因過量變形而坍塌，需要支護；作用在支護結(jié)構(gòu)上的荷載就是圍巖在一定范圍內(nèi)由于松弛并可能塌落的巖體重力。巖承理論是現(xiàn)代隧道支護理論。其核心是圍巖能保持穩(wěn)定是因為有自承能力；圍巖喪失穩(wěn)定是有一個過程的，如果在這期間給予限制或控制，則圍巖仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)[1]。

巖體開挖后圍巖應(yīng)力會重新分布，同時硐室周邊一定區(qū)域內(nèi)會發(fā)生變形。在這個過程中如果充分利用圍巖自承能力，同時施加適當?shù)闹ёo，使圍巖和支護結(jié)構(gòu)共同承擔變形荷載，就能使圍巖保持穩(wěn)定狀態(tài)。

新奧法是巖承理論在隧道工程實踐中的代表方法。

二、新奧法的核心精髓

新奧法的核心就是運用各種手段最大限度保護圍巖完整性，充分發(fā)揮圍巖自承能力，與支護結(jié)構(gòu)共同承擔地壓[2]。新奧法的主要特點是在巖體力學特性和變形特性以及莫爾理論的基礎(chǔ)上，通過多種量測手段對開挖后的隧道圍巖進行動態(tài)監(jiān)測來指導隧道支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，并考慮了隧道掘進過程中的空間和時間效應(yīng)對圍巖應(yīng)力與變形的影響，以及支護結(jié)構(gòu)種類、支護結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑時機、圍巖壓力和圍巖變形四者的關(guān)系?！肮饷姹啤婂^支護、現(xiàn)場監(jiān)測”是新奧法施工的三大支柱[1,3]。

三、新奧法推行中的問題

對“新奧法”內(nèi)涵理解是有一個發(fā)展過程的。新奧法最初是作為一種隧道修建方法被提出來的。但后期發(fā)現(xiàn)，將新奧法拘泥于某一種特定的施工方法或具體的支護技術(shù)將會使其推行受到很大的局限。目前提到的新奧法本質(zhì)是一種“概念”、“原則”或“途徑”，而不是一種固定不變的具體施工方法或技術(shù)[5]。

在新奧法中經(jīng)常強調(diào)采用柔性支護，盡可能的釋放圍巖壓力，讓支護剛度小些，為支護減載。但圍巖變形的釋放是有限度的，圍巖變形到一定程度就會松散、坍塌，不再具有自承能力。在工程實踐中不能一味遵循“讓壓、柔性支護”，應(yīng)根據(jù)具體工程地質(zhì)條件選擇合適的支護方法。例如，對于深埋隧道,圍巖塑性特征明顯等情況要強調(diào)支護的柔性和變形的釋放。而對于某些淺埋隧道或脆性巖體則要強調(diào)變形的控制[4,5]。

錨桿支護是新奧法的主要支護手段。錨桿施工質(zhì)量的好壞很大程度上決定了新奧法的可靠性。我國的隧道工程特別是鐵路隧道中，幾乎清一色地采用不帶錨頭和墊板的螺紋鋼桿體的砂漿錨桿[5]。國外隧道工程中大多使用帶有墊板和機械式或快凝膠結(jié)材料藥包制成的錨頭的全長粘結(jié)式錨桿。帶有墊板和錨頭的錨桿可在一定程度上對圍巖施加預應(yīng)力，從而提高圍巖的粘聚力和內(nèi)摩擦角，增強圍巖的穩(wěn)定性。即使在不施加預應(yīng)力的情況下，其對圍巖的支護亦比不加墊板和錨頭的有效。錨桿施工中要注意增設(shè)錨頭和墊板，同時注意施工質(zhì)量，充分發(fā)揮錨桿的錨固作用。同時，隨著預應(yīng)力錨桿的發(fā)展和應(yīng)用，工程中應(yīng)盡量采用預應(yīng)力錨桿，特別是預應(yīng)力中空注漿錨桿，既能通過高壓注漿將破碎松散的圍巖膠結(jié)成整體又能給圍巖施加預緊力，改善圍巖力學性能，從而整體上增強圍巖穩(wěn)定性。

噴射混凝土是新奧法施工的一大特點，采用噴射混凝土可以快速方便的在開挖后的隧道洞壁上形成薄壁支護，但是噴射混凝土在施工過程中會產(chǎn)生大量的粉塵，并且不當?shù)膰娚浞椒O易產(chǎn)生回彈和噴射不均勻的情況，對于大長隧道的通風提出了非常嚴苛的要求[6]。

全程動態(tài)監(jiān)測是新奧法的另一個重要手段。如何保證施工過程中的數(shù)據(jù)被準確、全面的記錄下來并及時反饋處理是一個關(guān)鍵問題。目前工程技術(shù)人員正在研究方便、有效、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如隧道中設(shè)置無線傳輸裝置可將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時準確傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，通過分析數(shù)據(jù)，判斷工程狀況，對下一階段設(shè)計和施工做指導。

施工機械配套問題是新奧法在我國推行中的一個大問題。新奧法快速高效的優(yōu)點很大程度上取決于機械化施工。我國隧道施工機械化低在很大程度上制約了新奧法的推行，必須配備滿足施工要求的先進的鉆爆設(shè)備、噴射設(shè)備、注漿設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備。另外要加強施工組織和管理，配備高水平的技術(shù)人員、測量人員和施工隊伍，嚴格把控各道施工工序，切實提高施工質(zhì)量。

四、結(jié)語

新奧法存在的問題應(yīng)該引起重視，在不斷實踐發(fā)展中隨著新奧法理論和施工技術(shù)、施工機械的進步，一些問題已逐步得到解決并取得較好的施工效果。但目前在隧道施工中特別是中長隧道，施工監(jiān)控量測及隧道通風問題尚有待加強，應(yīng)引起施工單位的高度重視。