新奧法施工技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用

馬磊

（江西贛粵高速公路工程有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000）

0 引言

新奧法隧道施工技術(shù)是一種先進(jìn)的隧道施工技術(shù)，憑借先進(jìn)的支護(hù)措施和靈活的施工方法在公路隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)能夠有效應(yīng)對(duì)不同地質(zhì)條件和工程要求，從而確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工質(zhì)量的可靠性。為更好地發(fā)揮該技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用效果，文章結(jié)合工程案例，對(duì)該技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 新奧法技術(shù)概述

在20 世紀(jì)初，奧地利專家們總結(jié)了過(guò)去隧道工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，并積累了大量的實(shí)踐知識(shí)，在此基礎(chǔ)之上提出了一套完整的隧道設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，被稱為新奧法。不同于傳統(tǒng)的厚壁襯砌混凝土支護(hù)方式，新奧法技術(shù)將巖體視為一個(gè)連續(xù)的整體介質(zhì)，且結(jié)合了黏彈性和塑性等理論原理。

新奧法技術(shù)結(jié)合巖體開挖后形成的巖體破壞時(shí)間效應(yīng)特點(diǎn)，選擇柔性、薄壁且能夠與圍巖緊密貼合的支護(hù)結(jié)構(gòu)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)具有較高的承載能力，能夠保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)，確保圍巖構(gòu)筑物達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，防止結(jié)構(gòu)損壞。

在新奧法施工技術(shù)的具體應(yīng)用中，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，并對(duì)各項(xiàng)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和條件的準(zhǔn)確評(píng)估，合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)，合理調(diào)整各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，并進(jìn)行精確的施工控制，以保證圍巖的穩(wěn)定性。

新奧法技術(shù)不僅改進(jìn)了傳統(tǒng)的隧道支護(hù)方式，提高了支護(hù)效果和水平，而且為隧道工程的可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案，該技術(shù)也因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可[1]。

2 隧道工程概況及地質(zhì)條件

2.1 工程概況

某公路隧道項(xiàng)目所處的地形條件相對(duì)復(fù)雜，地形起伏多變，重巒疊嶂，給項(xiàng)目施工帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。隧道的設(shè)計(jì)通行速度為60km/h，凈寬度為11m，行車道寬度為9m，兩側(cè)人行道寬度為1m，沒有設(shè)置路緣帶，設(shè)置了一條凈高5m 的檢修通道。整個(gè)隧道的建設(shè)長(zhǎng)度為284m，縱坡度為-0.05%。進(jìn)口和出口都設(shè)計(jì)在緩和曲線上，中間部分是直線路段。在緩和曲線設(shè)計(jì)中，上部隧道超高部位沒有設(shè)置加寬結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計(jì)能夠在保證車輛行駛安全的同時(shí)，更好地適應(yīng)復(fù)雜地形條件。

此外，緩和曲線的設(shè)計(jì)使車輛在進(jìn)入和離開隧道時(shí)能夠更加平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎。在實(shí)際施工過(guò)程中，需要充分考慮地形條件對(duì)施工的影響，進(jìn)行地質(zhì)勘察、爆破作業(yè)、邊坡處理等方面的工作，以保證施工安全和質(zhì)量。

2.2 工程地質(zhì)條件

整個(gè)隧道項(xiàng)目所處的地勢(shì)比較高，高差在40m 左右，斜坡陡峭比較明顯，地形結(jié)構(gòu)坡度在5～30°，沿山體風(fēng)化不發(fā)育，山體并未出現(xiàn)坍塌、滑坡等嚴(yán)重的自然災(zāi)害。整個(gè)隧道項(xiàng)目的地質(zhì)條件比較特殊，風(fēng)化巖石分布較為明顯，且存在裂隙發(fā)育嚴(yán)重的情況，極大地威脅了項(xiàng)目建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。

3 施工方案

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，應(yīng)按照設(shè)計(jì)、施工、設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行。其中，錨噴支護(hù)工序是新奧法支護(hù)的主要措施，該環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量關(guān)系支護(hù)效果和水平。為了保證工程質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，并確定合適的支護(hù)時(shí)機(jī)。

此外，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支架強(qiáng)度、圍巖狀態(tài)和施工方式的控制，以確保所有數(shù)據(jù)均符合工程要求。結(jié)合錨桿間距、巖性特征、節(jié)理發(fā)育等特點(diǎn)確定支護(hù)方案。對(duì)于圍巖狀態(tài)較好的情況，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)置水平超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)施工。錨桿的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件和洞室跨度確定，通常為整個(gè)跨度的1/4～1/2。

在錨噴混凝土結(jié)構(gòu)施工中，需要考慮現(xiàn)場(chǎng)需求，并加強(qiáng)強(qiáng)度性能和終凝時(shí)間控制。選擇合適的混凝土材料，將水灰比設(shè)定為0.45～0.5，以提升結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能。綜合分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論，噴射混凝土層厚度通常為5～15cm，總厚度不超過(guò)20cm。對(duì)于地層壓力較大的情況，可以輔助應(yīng)用鋼筋網(wǎng)和鋼拱架結(jié)構(gòu)，以確?；炷翆拥暮穸确弦?，最小厚度應(yīng)為5cm，以避免嚴(yán)重剝落或開裂問(wèn)題。

模板混凝土澆筑施工的目的在于提高外部的美觀性、提高安全性。根據(jù)以往隧道工程的要求，模板混凝土的厚度通常為25～50cm。在該隧道設(shè)計(jì)中，為了滿足科學(xué)性和合理性的標(biāo)準(zhǔn)，確保其承載能力合格，考慮地質(zhì)條件承載10%～30%的荷載。根據(jù)具體需求，該隧道工程選擇了3 種復(fù)合襯砌類型[2]。

4 公路隧道新奧法施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 進(jìn)口段

在斷面刷坡結(jié)束后，完成修整處理，現(xiàn)場(chǎng)存在較多不良地質(zhì)條件，無(wú)滑坡、崩塌問(wèn)題，巖層以泥巖、灰?guī)r等為主，其中地表覆土層厚度為0～30cm 殘積紅黏土，下面存在強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，是不可熔性巖類，水質(zhì)巖石硬度較高，但容易破碎，且節(jié)理、裂隙的發(fā)育較為明顯，還存在局部斷層的地質(zhì)條件，為Ⅳ類圍巖。隧道段下部的地下水含量較少，以裂隙帶內(nèi)滯水為主，地表降水補(bǔ)充。

為了使進(jìn)洞達(dá)到安全性要求，考慮到地質(zhì)、環(huán)境等因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、設(shè)備等情況，在洞口部位布置超前小導(dǎo)管、鋼拱架，輔助邊、仰坡錨噴支護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)洞口支護(hù)效果提升，達(dá)到圍巖穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。具體措施如下：

第一，在洞口開挖前，繪制開挖輪廓線，以指導(dǎo)后續(xù)施工。在開挖線路上布置錨桿。錨桿的間距通常為1m×1m，設(shè)置在邊坡和仰坡位置。錨桿選用直徑為25mm 的鋼筋制作，長(zhǎng)度為3.5m。采用梅花形布置方式，交錯(cuò)設(shè)置，以提升結(jié)構(gòu)的性能和穩(wěn)定性。

錨桿安裝制作步驟如下：

其一，在巖面噴射一層厚度為3cm 的混凝土，以提高支護(hù)的穩(wěn)定性。

其二，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)（使用直徑為8mm 的鋼筋進(jìn)行編織）鋪設(shè)施工，形成整體結(jié)構(gòu)。鋼筋網(wǎng)的布置可以進(jìn)一步提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，提升工程質(zhì)量和安全性。

第二，在隧道洞口部位設(shè)置鋼拱架，并安裝超前小導(dǎo)管。鋼拱架采用工字鋼制作，并按照設(shè)計(jì)方案采用分段加工方式，以確保鋼拱架的尺寸和性能符合要求。鋼拱架設(shè)計(jì)完成后，需要在拱腳部位設(shè)置鎖腳錨桿，以固定鋼拱架。鎖腳錨桿的設(shè)置要符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，保證鋼拱架的穩(wěn)定性和安全性，保證洞口區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性[3]。

第三，在洞口區(qū)域需要沿隧道縱向方向設(shè)置開挖輪廓線，以確保施工的準(zhǔn)確性和一致性。開挖輪廓線的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮外插角，通常設(shè)計(jì)為10～30°的鉆孔作業(yè)角度。完成鉆孔作業(yè)后，需要及時(shí)清理孔洞，使用空壓機(jī)進(jìn)行處理，以確保沒有任何雜質(zhì)影響工程效果。

第四，超前小導(dǎo)管（由熱軋無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)度通常為5m）穿越第一榀鋼拱架的腹板后，沿鉆孔進(jìn)入地層結(jié)構(gòu)，按照50cm 的環(huán)向間距設(shè)置，在管壁間隔20cm的位置進(jìn)行交錯(cuò)注漿施工，并按照梅花形布置方式進(jìn)行注漿孔設(shè)置。在實(shí)際施工中，需要加強(qiáng)對(duì)注漿壓力的控制，保證注漿材料充分填充管道空間，提高圍巖的密實(shí)度和強(qiáng)度。

第五，小導(dǎo)管注漿完成后，待水泥達(dá)到終凝狀態(tài)，即可進(jìn)行洞口開挖施工。在洞口開挖的同時(shí)，需要及時(shí)設(shè)置第二榀鋼拱架，以保證洞口的穩(wěn)定性和安全性。第二榀鋼拱架的安裝施工需要嚴(yán)格按照工藝方案進(jìn)行。在兩榀鋼拱架的安裝中，榀與榀之間的間隔距離通常為0.5～1m，具體間隔需要根據(jù)實(shí)際圍巖狀況進(jìn)行調(diào)整。拱架的安裝過(guò)程需要嚴(yán)格遵循工藝方案，利用直徑為22mm 的鋼筋進(jìn)行焊接組合，以形成整體結(jié)構(gòu)。值得注意的是，在實(shí)際施工中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理調(diào)整和控制，以保證鋼拱架安裝的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。同時(shí)，需要進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)工作，對(duì)安裝后的鋼拱架進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，確保其符合工程要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

第六，第二榀拱架安裝結(jié)束之后，兩榀之間設(shè)置徑向錨桿，懸掛鋼筋網(wǎng)。在錨桿設(shè)置中，應(yīng)用徑向錨桿懸掛鋼筋網(wǎng)，選用直徑25mm 鋼筋制作錨桿，長(zhǎng)度為3m，采用梅花形方式布置。

上述各項(xiàng)工作結(jié)束后，直接進(jìn)行C25 混凝土噴射施工，全部覆蓋處理，包裹鋼拱架結(jié)構(gòu)，確保洞內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，不需要重復(fù)進(jìn)行支護(hù)施工[4-6]。

4.2 Ⅳ級(jí)圍巖區(qū)

在初期圍巖支護(hù)施工中，混凝土襯砌結(jié)構(gòu)起主要作用，承擔(dān)幾乎所有外部荷載，并具有加固和裝飾功能。為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，選用直徑為25mm 的鋼筋錨桿，長(zhǎng)度為3m，按1m×1m 間距，采用梅花形布置方式?；炷翝仓穸葹?5cm，預(yù)留12cm 的變形量。

在澆筑作業(yè)中，為了提高結(jié)構(gòu)的防水性能，進(jìn)行復(fù)合土工防水層結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)的變化情況，特別是進(jìn)口和出口部位，應(yīng)用Ⅳ級(jí)圍巖設(shè)置鋼拱架結(jié)構(gòu)，以確保結(jié)構(gòu)性能達(dá)到要求。此外，通過(guò)超前小導(dǎo)管襯砌施工，可以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，保證工程質(zhì)量[7]。

4.3 Ⅲ級(jí)圍巖區(qū)

為了解決巖石破碎和滲水等問(wèn)題，并保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)免受損害，在施工初期需要進(jìn)行早期的封閉處理。為此，選擇直徑為25mm 的鋼筋制作錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.5m，布置間距為1m×1m，采用梅花形布置方式。錨桿布置完畢后，噴射厚度為12cm 的混凝土。

為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的防水性能，需要在混凝土表面設(shè)置復(fù)合防水層結(jié)構(gòu)，有效防止水分滲透，保護(hù)圍巖結(jié)構(gòu)免受水的侵蝕。復(fù)合防水層通常由多種材料構(gòu)成，如防水膜、防水涂料等，以形成一個(gè)可靠的防水屏障，防止水分滲透到圍巖中，減少水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)，避免巖石破碎和圍巖結(jié)構(gòu)損壞。

4.4 Ⅱ級(jí)圍巖區(qū)

在Ⅱ級(jí)圍巖區(qū)進(jìn)行施工時(shí)，首先需要對(duì)圍巖進(jìn)行評(píng)估，確保其具備較好的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性能。在該工程中，經(jīng)過(guò)評(píng)估，確定該圍巖區(qū)沒有明顯的破碎或裂隙問(wèn)題，為施工提供了有利條件。在施工過(guò)程中，采用噴射混凝土的方式進(jìn)行支護(hù)。噴射混凝土的施工厚度為8cm，以提供足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保護(hù)圍巖免受外部荷載和地質(zhì)力的影響。

同時(shí)，在設(shè)計(jì)中考慮到圍巖的變形情況，預(yù)留了5cm 的變形量，允許一定程度的圍巖變形，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制噴射混凝土的質(zhì)量和施工工藝。確?；炷僚浔鹊臏?zhǔn)確性和施工厚度的一致性，以獲得均勻、緊密的混凝土結(jié)構(gòu)[8]。

4.5 明洞段

為了減小路塹邊坡的高度，并使其保持自然狀態(tài)，在進(jìn)出口段都需要布置明洞。明洞通常采用C25混凝土澆筑施工，以形成堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)。在明洞澆筑施工過(guò)程中，需要遵循相關(guān)的工程標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保混凝土配合比、施工質(zhì)量和工程性能符合要求。同時(shí)，要注意在施工過(guò)程中均勻澆筑和充分振搗，以確保混凝土的密實(shí)性和一致性[9]。

5 施工監(jiān)測(cè)

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，以有效掌握力學(xué)變化、支護(hù)狀態(tài)、工程險(xiǎn)情等，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的安全性。根據(jù)該工程項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，初期支護(hù)基本穩(wěn)定，二次模筑襯砌效果良好，隧道無(wú)明顯變形，錨桿抗拔力符合標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，新奧法施工技術(shù)是一種創(chuàng)新性的隧道施工方法，具有高效、可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地提高隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和施工質(zhì)量。文章介紹了新奧法施工技術(shù)的原理和應(yīng)用，提出支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工參數(shù)控制和施工工藝優(yōu)化等相關(guān)內(nèi)容，以期為隧道施工提供參考。此外，今后還要不斷加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和施工經(jīng)驗(yàn)積累，以提高新奧法施工技術(shù)的應(yīng)用效果，為民眾提供更安全、高效的交通環(huán)境。