新奥法隧道施工技术

新奥法隧道施工技术（精选8篇）

新奥法隧道施工技术 篇1

0 引言

隧道工程在交通运输中占了举足轻重的地位。目前我国隧道施工技术主要有以下几种:盾构法、矿山法、新奥法。新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 新奥法是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法, 经过一些国家的许多实践和理论研究, 于60年代取得专利权并正式命名。六十年代此法被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。

1 新奥法技术的原理

(1) 围岩是隧道结构的主要承载部分。 (2) 为使围岩在开挖卸载后不失去原有的强度, 应在开挖后对围岩进行加固。 (3) 隧道围岩支护过程中, 一方面允许围岩有一定的位移, 从而产生受力区;另一方面, 又必须限制围岩位移的程度以避免围岩变形过大而产生严重松弛卸载。 (4) 围岩自稳时间, 一方面依靠对围岩地质条件的初步调查, 另一方面可通过在建造过程中量测隧道周边的位移来评定。 (5) 初次支护的建造应是适时的, 使围岩在开挖后延时一定时间来得及变形并形成承力保护区, 以达到较好的支撑效果。 (6) 初次支护主要作用是保持围岩的自承状同, 防止严重的松弛和卸载, 而不是用来承担隧道围岩所失去的承载力。 (7) 由于喷射混泥土本身具有强度高和轻度变形的特点, 其整体的结构效应通常可视为薄壳, 具有可塑性和收缩的能力。 (8) 由于喷射混凝土具有可填平洞壁不平整面、与围岩紧密结合等特点, 使围岩不发生严重的应力重分布, 常被用来作为初次支护, 必要时还使用锚杆、钢筋网和钢拱架。 (9) 初次支护只要没有被腐蚀破坏, 即可视为整体承重结构的一部分。 (10) 施工方法决定了孔洞从开挖到封闭所需的时间, 围岩的变化可经过施工前的地质调查资料进行估计, 很难定量解释, 施工过程中通过测量来控制和修改。 (11) 设计的隧道横截面应尽可能接近圆形或椭圆形, 因为, 从静力学的角度来看, 隧道横截面为圆形时受力条件最为有利, 严格限制超挖和欠挖, 隧道开挖后需及时建造仰拱以形成封闭结构。 (12) 应特别注意施工过程中工程荷载对隧道受力的影响。应尽可能减少开挖次数, 或拱部采用一次开挖方案, 为了尽量限制开挖后隧道围岩二次应力重分布程度和松动圈的范围。 (13) 建造薄层内衬砌, 以提高隧道结构的安全性及达到密封的效果, 使结构内不产生过大的弯曲应力, 内层与外层相互之间只传递压力。 (14) 外源水压和静水压力的控制可通过在外壳 (必要时也在内壳) 上设置软管及足够的密封排水装置来实现。 (15) 对整体结构系统的稳定性、安全度评价和设计结构需要加强的必要性以及设计结构刚度的大小, 均根据建造过程中的应力及变形状态的测量结构来确定。 (16) 为了提高衬砌的强度, 一般不增加其厚度而增加钢筋含量 (即钢拱) ;增大整个结构的刚度可通过增加锚杆的根数或长度以形成围岩受力环区来实现。

2 新奥法施工技术

2.1 双连拱隧道新奥法施工

采用单向掘进新奥法施工, 由进口向出口方向掘进。采用明挖法施工明洞段, 采用“三导洞”法开挖正洞, 即先行贯通中导洞, 中隔墙先施工完, 两侧导洞再施工, 拉开左、右导洞达到一定距离。洞身衬砌采用复合式衬砌, 采用网、锚、喷、工字钢架、短管棚、格栅钢架结合长、超前锚杆支护进行初期支护, 二次衬砌采用模筑砼, 初期支护和二次衬砌间铺砌土工布和改性防水板组成的复合防水层。采用凿岩机钻孔掘进, 边墙采用控制爆破, 拱部采用光面爆破, 非电毫秒雷管起爆, 自卸汽车运输, 侧卸装载机装渣。采用模板台车进行二次衬砌, 在拌和站集中拌制砼, 砼机械振捣, 泵送入模, 通风采用自然式通风。

2.2 工艺流程和关键技术

新奥法是以锚杆支护、喷射混凝土为主要支护手段, 柔性薄层由锚杆喷射混凝土支护形成, 与围岩紧密粘结的可缩性支护结构, 允许围岩有一定的协调变形, 而不使支护结构承受过大的压力。

2.2.1 开挖

隧道开挖前, 首先就隧道分部开挖顺序、部位标高进行科学地确定, 然后合理调整各部位的钻眼、装药、爆破等细节系数, 以达到轮廓成形圆顺, 超欠挖最少的效果。

(1) 开挖顺序以及部位的选择 (三步开挖法) 。中导洞及主洞的分部位开挖标高位置确定, 应充分考虑到工程量比例的合理安排、初期支护难度、材料合理应用以及机械设备运转空间等需要来考虑。

1) 工程量比例适当:要求分部位开挖法施工每步工程量要适当, 减少开挖和支护时间, 以便开挖施工的三个部位能形成流水式作业, 充分发挥机械的使用功能。

2) 支护难度考虑:尤其是拱部开挖, 断面空间大小既要考虑到支护材料的合理下料不致于浪费, 又要考虑到工人操作的简单、快速。如拱部工程量断面过大或过小, 给安全施工带来极大隐患, 势必增加出碴、支护的难度和时间。

3) 设备运转空间要求:一般情况下, 拱部不宜断面过大, 拱部开挖标高应能满足装载机在期间能运行自如。

尽量避免初支结束后支点处于不利的受力支点上, 要考虑断面支护结构受力要求。

(2) 钻眼施工。断面轮廓成形的圆顺以及超欠挖的多少受到隧道钻眼好坏的严重影响。而钻眼施工的各工序中, 眼数、布眼角度、眼深、布眼形式等均需根据现场调整系数, 才能达到最理想效果。包括:掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼, 辅助眼、周边眼的眼深要保持一致, 这样才有利于爆破后掌子面平齐, 便于后续施工进行。

(3) 装药爆破。钻眼结束以后, 装药也甚为重要。爆破轮廓由于装药不当而导致成形后出现参差不齐的现象, 甚至引起较大的局部超欠挖。辅助眼药量为二分之一到三分之一眼深的药量, 一般情况下 (2.5m眼深) 掏槽眼装药要足但应适量, 周边眼视围岩裂隙情况可少药甚至不装药 (即采用隔眼装药、预裂爆破) 。

应安排经验丰富的工人进行装药操作, 因为装药工作是个既要有理论又要实践经验的细活。

装药连线应选择不同段别的非电毫秒雷管, 为达到预裂爆破或者光面爆破效果, 不同的眼别采用不同的段别雷管, 最后统一成束由1~2个火雷管引爆。

2.2.2 第一次支护又称为初支, 作业包括:初喷封闭、拱架架立、联网、锚杆施工、复喷混凝土、超前支护。

主要工序有初喷封闭——拱架上立——锚杆施工——复喷结束。

(1) 初喷封闭。爆破后出碴、排险后立即进行对掌子面的裸露岩体进行喷射砼封闭覆盖, 防止小块掉渣伤人, 将炸松岩石裂隙封闭。要求初喷表面外观尽量平顺, 一般喷射砼厚度为5cm, 以便拱架的安装。

(2) 拱架架立。掌子面初喷结束后, 立即进行钢架 (格栅或型钢拱架) 的架立。架立时要求垂直度符合要求, 位置准确, 纵向连接成完整体, 构件连接部位牢固, 钢架底支撑块采用钢板、方木或者砼块垫底, 拱架架立纵向平顺, 横向圆顺。

(3) 锚杆施工。拱架架立完毕, 按设计间距进行锚杆布置。布置时达到整体受力效果, 尽量与钢架连成整体, 通过锚杆将围岩应力变化传递至钢架往四周分散。

锚杆施工前将锚杆施工机具 (双液注浆机、风钻等) 、杆体材料 (中空注浆锚杆、双液浆体) 备好。

锚杆施工顺序:定位——钻眼——清孔、检孔——杆体顶入——安装止浆塞、托板——钢筋网片安装。网片安装紧贴初喷基面上。

如果清孔不彻底、检孔不合格应进行补孔或复钻, 直至达到设计深度及其他要求, 浆液注浆要保证压力、效果。

(4) 复喷结束。喷射砼的补喷应在锚杆施工结束后立即进行, 直至设计厚度。喷射前拌和料要掺加钢纤维搅拌均匀, 在合适位置留出厚度检测点。喷射时先从钢架支撑点开始逐步往拱部方向喷射。

按照设计要求需要或者现场地质不良 (围岩极为破碎) 时, 进入下一循环的开挖施工之前, 为保证施工的安全, 应进行超前支护施工。

超前支护分为三种:砂浆锚杆超前支护、小导管掌子面超前支护以及隧道洞口大管棚的超前支护。

2.2.3 二次支护

二次支护又称二次衬砌。为了确保隧道的安全, 保证隧道工程的长期使用, 要对开挖好的隧道进行衬砌。复合式衬砌是初期支护和二次衬砌组成。初期支护是帮助围岩达到施工期间的初步稳定, 二次衬砌则是提供安全储备或承受后期围岩压力。

必须严格按照新奥法的原则进行复合式衬砌施工, 施工和监测应遵循技术规范的要求和设计图纸规定进行。初期支护力不足时, 除应及时加强初期支护外, 也可以加强二次衬砌参数或提前施作二次衬砌。

二次衬砌采用模筑衬砌方法, 也就是采用模筑砼作为衬砌材料进行内层衬砌。模板台车的生产能力大, 可配合砼输送泵联合作业。浇注时采用长度大于8m的模板台车。它是较先进的模板设备, 但其尺寸大小比较固定, 可调范围较小, 影响其适应性, 且一次性设备投资较大。

(1) 施工前准备。根据隧道中线和标高及断面尺寸, 测量确定初衬立模位置。隧道衬砌施工时, 其中线、标高、断面尺寸和净空大小均须符合设计要求。

轨道铺设应稳固, 其位移和沉降量均应符合施工误差要求。采用整体移动式模板台车时, 实际是确定轨道的位置。轨道铺设和台车就位后, 都应进行位置、尺寸检查。须预留误差量和沉落量, 以保证衬砌不侵入建筑限界, 且要注意曲线加宽。

(2) 浇注模筑混凝土。

1) 施工顺序:仰拱或底板的浇注施工→小边墙的浇注施工→仰拱充填混凝土→拱圈边墙浇注施工→混凝土养护。

2) 仰拱或底板的浇注施工。施工之前, 要清除积水, 杂物和虚渣。超挖部分用同标号混凝土浇注密实。

3) 小边墙浇注施工。首先要把小边墙基底的石渣, 污物和基坑内积水排除干净, 严禁有积水的基坑内浇注混凝土。

4) 拱圈、墙体浇注施工。通过模板台车预留孔由下向上依次灌注。同时两侧应对称和分层灌注混凝土, 每灌注的高度、次序、方向根据搅拌能力灌注速度, 洞内气温和振捣等因素确定。

5) 混凝土养护。砼养护洒水, 二衬砼可采用表面喷雾养护。采用硅酸盐水泥拌制的混凝土, 其养护时间不得小于7d, 掺有外加剂或有抗渗要求的混凝土, 不得小于14d。养护用水的温度与环境温度基本相同。

3 结束语

新奥法施工技术科学合理, 得到了大力的推广, 也引起了隧道设计理念的重大变革。尽管如此, 新奥法在我国的推行情况并不好, 在一些隧道工程的施工中也出现过安全、质量方面的事故, 因此, 必须掌握新奥法的施工技术, 并严格按设计要求施工, 在施工中不断积累施工经验。

摘要：隧道修建技术随着大规模的地下工程建的开展而得到了不断提高, 在此基础上出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更有效的施工方法;本文结合工程实例, 对在隧道施工中应用的新奥法施工技术加以介绍。

关键词：新奥法,隧道,施工技术

参考文献

[1]黄成光.公路隧道施工.人民交通出版社.

[2]李风竣.地下工程新奥法[M].北京:科学出版社, 2009.

[3]王宇.隧道工程新奥法施工原理[M].北京:中国铁道出版社, 2010.

新奥法隧道施工技术 篇2

【关键词】山岭隧道；自稳时间；施工流程；支护时间；分析

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简称为NATM。新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于20世纪50年代提出的。引入我国后在铁路隧道得到广泛应用，也积累了大量成功经验。一般的设计规程是：洞室开挖成型后，及时初喷混凝土，封闭围岩表面，防止风化掉块，然后再支护钢架施工锚杆，复喷混凝土至设计厚度，控制围岩进一步变形，防止失稳，造成坍塌，至此初期支护完成，按照《铁路隧道监控量测技术规程》的要求，进行监控量测，沉降及收敛变形符合规程要求后即认为围岩基本稳定，施工二次衬砌，符合新奥法理念。但现场实际施工大多与上述不符，普遍存在如下几方面通病。

一、施工流程。

对于山岭隧道，以Ⅳ～Ⅴ级围岩为例，洞室开挖完成后，若为石质地段，受钻爆技术以及围岩本身软硬不均、整体性差等条件限制，洞室表面里出外进，很难达到《铁路隧道工程施工质量验收标准》关于洞身开挖的要求，尽管已进行了排险作业，但现场施工人员普遍认为：立即施作钢支撑（型钢）强支护，才能阻止围岩的变形，保证安全的后续作业空间，这也是现场施工人员乃至技术人员认为格栅钢架（现场加工质量往往也不尽如人意）无法起到支撑作用的原因。若先按设计要求进行初喷作业，以单线铁路隧道Ⅴ级围岩上台阶开挖进尺1m为例，至少需要1小时左右的时间，在这一时间段围岩变形可能加大，造成掉块，甚至坍塌。基于此种观念，施工人员很少按设计流程支护，开挖后先支护钢架，当钢架支护施作完成，即认为已经提供了相对安全的作业空间，再进行锚杆喷混凝土支护。

由上表可看出除Ⅴ级围岩外，围岩自稳时间都充分满足按设计要求支护一循环的时间，按设计流程施工能够保证施工安全，对于Ⅴ级围岩地段，就需要根据现场实际情况分析，最主要的是进行围岩稳定性评价，必要时可缩短开挖进尺，以达到及时支护目的。其次需要注意的问题是避免一次掘进尺度过大，一般情况下，设计文件都有要求，应按设计施工。

二、钢架施工。

对于钢架与围岩充分接触，现场很少按要求作，特别是拱部；钢架落底不稳，清除虚渣后，钢架下沉，如果下沉过于明显现场做法是用石块支垫，然后沿钢架施作锚杆，将钢架与锚杆焊接，不施作混凝土垫块，造成钢架与围岩之间存在明显间隙。对于软弱围岩，洞室开挖后，围岩应力重分布，洞室周边形成塑性区，伴随着围岩向坑道内位移，塑性区进一步扩大最终产生破坏。开挖后及时施作锚杆、喷混凝土、钢支撑初期支护，能有效控制围岩的继续变形，防止坍塌。对于拱部而言，在钢架与喷混凝土共同形成柔性支护前，钢架在一定程度上起到了部分支撑的作用，若拱部钢架与围岩间隙过大，造成围岩变形过程中没有得到及时阻挡，随着变形增大，围岩自身承载能力减小，围岩荷载增大，钢架很难支撑，极易造成坍塌，或者留下安全隐患。

根据上表以Ⅴ级围岩，泥岩夹砂岩地层，埋深50～100m单线铁路隧道（设计时速120km/h）为例，设计预留变形量为70mm，理想状态下可视为围岩与支护共同受力变形，达到70mm后，支护发挥最大作用，同时很好的利用围岩自身强度，开挖后若钢架拱部与围岩间隙为30mm，即可视为在没有支撑的条件下，围岩变形已达到弹塑性变形的下限，钢架支护随后受力与围岩一起变形，在此过程中钢架有个自身调整稳定的过程，由此看来当钢架最终起到支撑作用时，围岩变形或许已超出塑性变形极限，接近破坏状态，甚至出现坍塌，这也是很多已支护段发生坍塌的原因之一，即使不发生坍塌，围岩的过度松弛也不利于围岩自支护能力的利用。

由此可看出钢架施工质量是保证施工安全、提高围岩自身支护能力的保证。应严格控制钢架施工质量，落底牢固，与围岩密贴，按设计要求设置垫块，并根据开挖情况适当加密。

三、砂浆锚杆。

锚杆施作质量差是隧道施工中普遍存在的问题，主要是锚杆数量、长度达不到设计要求，锚杆钻孔施工费时费力是客观原因，施工人员轻视锚杆作用是主要原因。特别是土质地段，施工认为砂浆中的水会软化围岩，或者采用树脂锚杆代替全长粘结砂浆锚杆。隧道开挖后，洞身周边形成松弛区，锚杆的施工能有效控制松弛区扩大，起到悬吊、挤压、组合梁或锁脚的作用，有助于围岩自身支护能力的发挥，前提条件是锚杆施工有足够长度，能穿透应力松弛区，并且有足够的密度。

树脂锚杆施工方便，抗拔力较高，但是对于土质隧道或软弱破碎石质隧道，由于围岩自身强度较低，树脂锚杆锚固点有限，很难提供足够的抗拔力，全长粘结砂浆锚杆可以通过相对较大的摩擦面提供足够的抗拔力。宝中线大寨岭隧道是我国第最早按新奥法原理设计、施工的土质山岭隧道。根据现场对36根砂浆锚杆抗拔试验，平均锚固力为67KN，说明锚杆与砂浆、砂浆与土体有着良好的粘着力。测定的11个断面隧道周边围岩平均松弛厚度：拱顶1.63m，拱脚1.69m，边墙中部1.75m，轨顶面处2.05m。与有限元分析及变形收敛值进行的分析是一致的。设计采用的2.5m长砂浆锚杆也是满足要求的。

由此可见设计要求的全长粘结砂浆锚杆是十分必要的，可以提高围岩自身支护能力，保证施工安全。施工中减少锚杆数量、减短锚杆长度的做法增大了施工安全风险，降低了工程质量，必须杜绝。

四、结束语

通过上述分析可看出，目前我国山岭隧道施工中普遍存在的几个问题，是影响质量安全的重要因素，应加强现场管理，保证施工质量，确保安全。

参考文献：

[1]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003.12.

[2]铁道部宝中铁路建设办公室.宝中铁路[M].北京：中国铁道出版社，2004.12.

高速公路隧道新奥法施工技术探讨 篇3

1“新奥法”的原理、优点和适用条件

什么是”新奥法“?就是新奥地利隧道施工法的简称, 早在上世纪中叶, 一位名为拉布西维斯的奥地利教授依照多年的隧道施工经验, 同时根据岩体力学的理论支撑, 提出了此法。直至当今, 此方法仍是隧道施工的最主要方法, 特别是针对那些围岩相对软弱的地区。

当开挖隧道之时, 围岩自身的应力都会慢慢加大, 进而让围岩发生错位、变形。不过, 当开挖的面积增大, 深度加深, 围岩的应力会在某一时间段内降低, 再往后, 围岩的错位和变形的区域面积不断增大, 随之, 应力又逐渐增大。”新奥法“也就是根据围岩应力变化的过程, 在其降低之时做早期的保护支撑, 以防围岩的错位和变形情况加剧。此方法将围岩本身的承重能力恰当的应用起来, 进而可以极大的减少在施工后期对于围岩支撑防护的需求, 与以往的施工方法相比, “新奥法”的支护成本几乎减少了三成。

“新奥法”有很多优点, 总结起来就是其更为安全经济, 能加快施工进度, 对于地质环境的适应力也更强。此法更加适用于一些较为坚硬的粘土地质、中等岩体、一些胶结不强的砂岩、泥质灰岩以及高应力环境下依旧坚硬的岩石, 这些地质的共同特点就是自稳时间相对较长。

2 新奥法在高速公路隧道施工中的应用

2.1 应用新奥法进行隧道围岩的支护

隧道的围岩应力会根据隧道的施工开挖进程而重新分布, 因而为保证卸载围岩之后的强度不减, 不断加固围岩是十分必要的。不过, 在施工中, 为了符合结果承重的要求, 允许围岩发生一定范围内的错位以及变形, 随后可以在曲面施工之后构成一个拱膜效应, 致使最终的受力环区的形成。并且, 还要对围岩的错位移动速度严密监控, 以防因其而导致的大范围围岩变形破碎。所以, 在隧道支撑防护中务必采用新奥法中的隧道支护。实施支护时, 初期先要采用锚喷, 第二次支护当用模筑混凝土做衬砌处理。

一般而言, 如果围岩状况尚可, 做支护时当首选喷射混凝土的方法, 同时使用锚杆做辅助稳固;但是, 如果围岩的稳定性不佳, 就应当把锚杆固定作为首选方法, 同时辅以混凝土喷涂以及加入钢筋网固定。应用新奥法中的隧道支护技术, 关键就是把围岩本身当做了承载架构的主要构成。所以, 当进行二次衬砌时, 主要就是把它当做后期围岩的压力承载体以及饰面来用, 因此, 做二次支护之前, 要先对围岩的位移变形状况以及首次的支护和隧道环境的变化情况进行综合全面的考量。但是, 不论所做的支护时首次的还是永久性的, 一般都要使用薄壳结构, 其更加柔软, 可以减小衬砌变弯走样, 也减小挠曲断裂的发生概率。

采用新奥法对围岩实施支护的过程中要严密关注隧道岩石的软硬程度。当地岩为软岩覆盖, 说明隧道位于近地表, 故而很难承载由于应力重新分布带来的荷载, 同时, 由于覆盖土层自身的重力很大, 一般很难把握围岩的变形。所以, 将柔性支护应用于硬岩隧道的施工之中是有很大风险的, 一旦发生了过度释放会立即引发大面积坍塌。但对于围岩属于软碎地质状况而言, 隧道浅埋其中, 也不能使用硬岩隧道里所使用的支护法, 也就是不能对围岩的变形做过于苛刻的控制, 同时还要严防使用一次性的柔性支撑防护工作, 而是应当首先在底层之中做预固定, 随后用刚强度较大的办法做预支护, 如此便可保障其发挥出更好的自承性能, 让支护效果更为理想[2]。

2.2 应用新奥法加强隧道施工的监测

在隧道施工过程中使用新奥法, 其中心工作就是实时监测。通过监测, 知晓围岩的稳定情况、支护架构的承重状况以及支护结构的变形以及受力变化, 进而可以更为精确的明确实施支护以及衬砌的时机, 保障施工符合设计需求, 保障隧道工程的施工进度以及质量和安全。所以, 当隧道施工一旦开始实施, 施工方就要从以下两方面着手开展工作:

(1) 针对围岩的不同性质采取不同措施, 稳定状况不佳的要及时做支护处理, 稳定性尚可的当明确做支护的时机, 及时喷射混凝土, 并不断加厚涂层, 并将锚杆以及钢筋网即时加入其中。第一次对围岩做喷涂混凝土处理之后就要实时监测喷涂层面的变形状况。

(2) 做好初期的支护施工以后, 围岩的变形会趋于稳定, 故而要增设模板, 做好二次混凝土衬砌施工。对于新奥法而言, 其特点就是将力学的计算, 过往施工经验以及对于施工过程的严密监控集于一体, 这就让隧道施工的整个过程都处于不断地设计、勘察以及施工的步骤循环之中, 这就要在地质勘察的基础上明确开挖实施的方案和进行各项支护的参数。

2.3 应用新奥法进行隧道的开挖施工

优先采用光面爆破隧道开挖的方法很多, 如矿山法、盾构法, 掘进机法等, 但爆破手段都是不可缺少的。光面爆破是利用岩石抗劈裂能力低的特点, 通过采用缩小周边眼间距、严格控制周边眼方向、限制装药量、正确设置起爆顺序等措施, 来避免周边眼以外的围岩受到破坏, 达到预定效果。光面爆破能够加快施工进度, 降低成本。因此对采用新奥法施工的隧道工程而言, 光面爆破能减少爆破对围岩的扰动, 同时使开挖轮廓线规则、平滑, 这有利于保护围岩, 发挥围岩的自承能力[3]。

3 结语

综上所述, 对如何在高速公路隧道工程中加强新奥法施工技术的应用进行探讨具有十分重要的意义。高速公路隧道施工企业必须紧密结合时代发展的需要, 充分意识到新奥法在隧道施工中的重要性, 结合工程实际, 科学运用新奥法进行隧道围岩的支护、隧道施工的监测以及隧道的开挖施工, 确保高速公路隧道工程质量。

参考文献

[1]易丽萍.现代隧道设计与施工[M].中国铁道出版社, 2007.

[2]代高飞, 应松, 夏才初等.高速公路隧道新奥法施工监控量测[J].重庆大学学报:自然科学版, 2004 (02) :132-135.

新奥法隧道施工技术 篇4

新奥法是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法, 技术经济效益是明显的。新奥法的基本要点可归纳如下:

(1) 岩体是隧道结构体系中的主要承载单元, 在施工中必须充分保护岩体, 尽量减少对它的扰动, 避免过度破坏岩体的强度。为此, 施工中断面分块不宜过多, 开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。

(2) 为了充分发挥岩体的承载能力, 应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形, 使围岩中能形成承载环;另一方面又必须限制它, 使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构, 例如, 锚喷支护等。这样, 就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间 (包括闭合时间) 来控制岩体的变形。

(3) 为了改善支护结构的受力性能, 施工中应尽快闭合, 而成为封闭的筒形结构。另外, 隧道断面形状应尽可能圆顺, 以避免拐角处的应力集中。

(4) 通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测, 合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。

(5) 为了敷设防水层, 或为了承受由于锚杆锈蚀, 围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载, 可采用复合式衬砌。

(6) 二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的, 围岩和支护结构形成一个整体, 因而提高了支护体系的安全度。

上述新奥法的基本要点可扼要的概括为:“少扰动、早喷锚, 勤量测、紧封闭”。

新奥法施工比传统的矿山法施工有许多优点。矿山法施工时, 隧道开挖后受爆破影响, 造成岩体破裂形成松弛状态, 随时都有可能塌落。基于这种松弛荷载理论依据, 其施工方法是采取分割时按顺序开挖, 并要求边挖边撑以保安全, 所以支撑复杂, 材料耗费多, 这种施工方法工作面小, 不能使用大型的凿岩钻孔设备和装卸运输工具, 故施工进度慢, 建设周期长, 机械化程度低, 耗用劳力多, 难以满足隧道建设工期的需要。经过反复方案比对, 结合本隧道的地质实际情况, 选用新奥法施工, 此施工方法在兰州市城市建设中第一次使用。本文重点介绍洞身工程施工的具体做法和体会。

洞身开挖工程是隧道施工中的主体, 根据伏龙坪隧道的洞外地形条件, 决定先从西口进行单头掘进, 即从隧道出口处, 左右线分别开始施工。开挖根据地质条件不同采取爆破法, 计划全部利用人工风镐配合挖掘机进行开挖。侧卸式装载机装渣, 自卸汽车运输。初衬混凝土计划根据施工的需要采取自制。二次衬砌的模筑混凝土采用定制台车、混凝土输送泵泵送入模的方式进行, 以商品混凝土为主。

根据不同的断面及围岩情况, 三车道断面采用侧壁导坑法、上下台阶留核心土法, 在围岩破碎地带必要时采取双侧壁导坑法进行施工。

1 上下台阶留核心土法

二车道断面主要以上下台阶留核心土法及侧壁导坑法施工为主, 对于洞口浅埋段必要时采取双侧壁导坑法进行施工 (见图1) 。

2 交叉中隔壁 (CRD) 法

交叉中隔壁 (CRD) 法施工工序:

(1) (1) 利用上一循环架立的钢架施作超前支护。

(2) 开挖1部。

(3) 施作1部的初期支护和临时支护, 即初喷4cm厚混凝土, 架立钢架 (包括导坑的临时钢架) , 并设置锁脚钢管。

(4) 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

(2) (1) 开挖2部。

(2) 施作2部的初期支护和临时支护, 即初喷4cm厚混凝土, 架立钢架 (包括导坑的临时钢架) , 并设置锁脚钢管。

(3) 钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

(3) 开挖3部并施作初期支护和临时支护, 步骤和工序同1。

(4) 开挖3部并施作初期支护和临时支护, 步骤和工序同2。

(5) 每一洞室按每循环0.8m掘进。

(6) 拆除开挖尾部靠近二次衬砌仰拱6~8m范围内临时中隔壁钢架, 灌筑该段内Ⅻ部仰拱。

(7) 灌筑该段内Ⅻ部隧道底填充。接长中隔壁临时钢架, 使钢架底支撑于仰拱填充面上。

(8) (1) 根据监控量测结果分析, 待初步支护收敛稳定后, 逐段拆除临时钢架。

(2) 利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅸ部二次衬砌 (拱墙衬砌一次施作) 。

3 双侧壁导坑法

双侧壁导坑施工工序:

(1) A部开挖支护

(1) 施作超前预支护开挖A部。开挖由人工用风镐进行, 一个开挖循环进尺约2.0~3.0m (根据拟设置的型钢钢架纵向间距控制) 。开挖渣料由人工辅助用液压反铲挖装, 自卸汽车运输出渣。

(2) 开挖后立即喷射4cm厚的混凝土, 封闭开挖断面, 以免孔隙水从断面处渗出, 而使土体失稳。

(3) 架立型钢钢架 (包括导坑的临时支撑及横撑) , 并根据需要设置锁脚锚杆。钢架之间的间距按照设计规范及围岩情况确定, 每榀钢架的钢拱纵向用ф22钢筋连接, 钢筋环向间距1.0m。

(4) 施作径向锚杆、挂钢筋网, 然后复喷混凝土至设计厚度。

(2) B部开挖支护

(1) B部开挖主要采用1.0m3液压反铲开挖, 辅助以人工风稿对隧道开挖轮廓线进行整修。开挖循环进尺与A部相同, 开挖渣料由人工辅助用液压反铲挖装, 自卸汽车运输出渣。

(2) 开挖后的临时支护施作与A部相同。

(3) C、D部开挖支护

C部施作方法与A部基本相同, D部施作方法与B部基本相同。

(4) E部开挖支护

(1) 开挖由人工用风镐配合挖掘机进行, 一个开挖循环进尺约0.5~1.0m (根据拟设置的型钢钢架纵向间距控制) 。

(2) 拱部初喷4cm厚混凝土, 架设拱部钢架 (与导坑上部钢架联接) , 然后施作径向锚杆、挂钢筋网, 复喷混凝土至设计厚度。

(5) F部开挖支护

(1) 开挖主要采用1.0m3液压反铲作业, 辅助以人工风稿对临时钢架处进行清理。

(2) 掌子面喷8cm厚混凝土进行封闭, 以免孔隙水从断面处渗出, 而使土体失稳。

(3) F部底面开挖后, 初喷4cm厚混凝土后, 安装钢架, 使整个隧洞钢架形成封闭环。

(6) 逐步拆除临时钢架, 灌注Ⅸ部 (仰拱) 混凝土。待仰拱混凝土达到设计强度后, 灌注Ⅹ部 (仰拱填充) 混凝土。

(7) 根据监控量测结果分析, 待初期支护收敛后, 利用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅺ部 (拱墙) 混凝土。

在上述洞身施工中, 监控量测贯穿全过程, 对围岩支护体系的稳定状态进行监测, 为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据安全, 是确保施工及结构运营安全, 指导施工程序, 便利施工管理的重要手段, 是施工过程中必不可少的程序。这里不再详述。

综上所述, 通过探讨南山路伏龙坪隧道新奥法施工的应用, 本人有如下体会:

体会一, 隧道施工的关键是选择适合于隧道具体情况的施工方法。应根据地质特点和机械设备等条件, 选用减少围岩扰动、充分发挥围岩的自承作用的开挖方法。

体会二, 施工中, 应按有关规范及标准图的要求, 进行监控量测, 及时反馈结果, 分析洞身结构的稳定, 为支护参数的调整、灌注二次衬砌的时机提供依据。

体会三, 隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量、衬砌紧跟”的原则。

参考文献

[1]王梦恕.大瑶山隧道—20世纪隧道修建新技术[M].广州:广东科技出版社, 1994.

[2]易萍丽.现代隧道设计与施工[M].北京:中国铁道出版社, 1997.

[3]公路隧道施工技术规范[S].中华人民共和国交通部, 1994.

新奥法隧道施工技术 篇5

关键词：隧道,施工,新奥法,应用,工艺

1新奥法的设计原理

1.1 隧道设计施工的两大理论及其发展过程

20世纪以来, 人类对地下空间的需求越来越多, 因而对地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展。在大量的地下工程实践中, 人们普遍认识到:隧道及地下洞室工程, 其核心问题都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖, 才能更有利于洞室的稳定和便于支护;若需支护时, 又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。在隧道及地下洞室工程中, 围绕着以上核心问题的实践和研究, 在不同的时期, 人们提出了不同的理论, 并逐步建立了不同的理论体系。每一种理论体系都包含和解决或正在研究解决了从工程认识概念、力学原理、工程措施到施工方法、工艺等一系列工程问题。一种理论是20世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”。其核心内容是:稳定的岩体有自稳能力, 不产生荷载;不稳定的岩体则可能产生坍塌, 需要用支护结构予以支撑。这样, 作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论, 其代表人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思想, 至今仍被广泛的应用着。另一种理论是20世纪50年代提出的现代支护理论或称“岩承理论”。其核心内容是:围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力, 不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的。如果在这个过程中提供必要的帮助或限制, 则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。这是一种比较现代的理论, 它已经脱离了地面工程考虑问题的思路, 而更接近于地下工程实际。近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用, 并且表现出了广阔的发展前景。由以上可以看出, 前一种理论更注意结果和对结果的处理, 而后一种理论则更注意过程和对过程的控制, 即对围岩自承能力的充分利用。由于有此区别, 因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。

1.2 新奥法

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称原文是New Austrian Tunnel-ling Method, 简称为NATM。它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施工法的基本原则一致。新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于20世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究, 于20世纪60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展, 已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近40年来, 铁路等部门通过科研、设计、施工三结合, 在许多隧道修建中, 根据自己的特点成功地应用了新奥法, 取得了较多的经验, 积累了大量的数据, 现已进入推广应用阶段。但在公路部门新奥法的应用仅为50%左右。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法, 技术经济效益是明显的。新奥法的基本要点可归纳如下。

(1) 岩体是隧道结构体系中的主要承载单元, 在施工中必须充分保护岩体, 尽量减少对它的扰动, 避免过度破坏岩体的强度。为此施工中断面分块不宜过多, 开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。

(2) 为了充分发挥岩体的承载能力, 应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形, 使围岩中能形成承载环;另一方面又必须限制它, 使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构。例如:锚喷支护等。这样, 就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间, 包括闭合时间, 来控制岩体的变形。

(3) 为了改善支护结构的受力性能, 施工中应尽快闭合, 而成为封闭的筒形结构。另外, 隧道断面形状应尽可能圆顺, 以避免拐角处的应力集中。

(4) 通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测, 合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。

(5) 为了敷设防水层或为了承受由于锚杆锈蚀、围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载, 可采用复合式衬砌。

(6) 二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的, 围岩和支护结构形成一个整体, 因而提高了支护体系的安全度。

上述新奥法的基本要点可扼要的概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、快封闭”。

1.3 用一个弹簧来理解新奥法原理

(1) 洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力, 自重应力和构造应力, 处于一个平衡状态。如同一根弹性刚度为K的弹簧在P0作用下处于压缩平衡状态。

(2) 洞室开挖后, A点在临空面失去约束, 原始应力状态要调整, 如果围岩的强度足够大, 那么经过应力调整, 洞室可处于稳定状态, 不需支护。然而大多数的地质情况是较差的, 即洞室经过应力调整后, 如不支护就会产生收敛变形, 甚至失稳、塌方。所以必须提供支护力PE, 才能防止塌方失稳。等同于弹簧产生了变形u后, 在PE作用又处于平衡状态。

(3) 由力学平衡方程可知, 弹簧在P0作用时处于平衡状态, 弹簧在发生变形u后, 在PE的作用下又处于平衡状态, 假设弹簧的弹性系数为K, 则有P0=PE+Ku讨论。

1) 当u=0时, P0=PE即不允许围岩变形, 采用刚性支护, 不经济。

2) 当u↑时, PE↓, 当u↓时, PE↑。即围岩发生变形, 可释放一定的荷载, 卸荷作用, 所以要允许围岩产生一定的变形, 以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护措施, 围岩的自稳能力P=P0-PE=Ku。

3) 当u=umax时, 发生塌方, 产生松驰荷载, 不安全。

1.4 要 点

(1) 围岩是受洞室开挖影响的那一部分岩 (土) 体, 围岩是三位一体的, 即产生荷载、承载结构、建筑材料。

(2) 隧道是修筑在应力岩体中的, 具有特殊的建筑环境, 不能等同于地面建筑。

(3) 隧道结构体系=围岩+支护体系。

2新奥法在公路施工中的基本方法

新奥法的特征之一是采用现场监控、量测信息指导施工。即通过对隧道施工中量测数据和对开挖面的地质观察等进行预测、预报和反馈。并根据已建立的量测为基准, 对隧道施工方法、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整, 以保证施工安全。坑道围岩稳定、工程质量和支护结构的经济性等。笔者对承 (承德) ——赤 (赤峰) 东线茅荆坝隧道采用新奥法基本施工方法作了调查总结, 综合出公路隧道采用新奥法施工的种类及选用不同基本施工方法的特点及注意事项。

2.1 隧道施工方法的选择

主要根据工程地质及水文地质条件、施工条件、围岩类别、隧道埋置深度、隧道断面尺寸大小和长度衬砌类型, 应以施工安全为前提及以工程质量为核心, 并结合隧道的使用功能、施工技术水平、施工机械装备、工期要求和经济可行性等因素综合考虑研究选用。当选择施工方法因隧道施工对周围环境产生不利影响时, 也应把隧道工程的环境条件作为选择施工方法的因素之一, 同时应考虑围岩变化时施工方法的适用性及其变更的可能性, 以免造成隧道工程失误和增加不必要的工程投资。采用新奥法施工时, 还应考虑施工全过程中的辅助作业方式和对围岩变化的量测监控方法, 以及隧道穿越特殊地质地段时的施工手段等进行合理的选择。

2.2 新奥法隧道施工方法

新奥法施工的隧道常用方法大致分为全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变化方案。

2.2.1 全断面法

即全断面开挖法, 是指按设计开挖面一次开挖成型。其开挖顺序是全断面开挖, 锚喷支护, 灌筑混凝土衬砌。常选用于Ⅳ～Ⅵ类硬岩的石质隧道。该法可以采用深孔爆破。全断面开挖法有较大的作业空间, 有利于采用大型配套机械化作业, 提高施工速度, 且工序少、干扰少, 便于施工组织和管理。缺点是由于开挖面积较大, 围岩相对稳定性降低, 且每循环工作量相对较大, 因此就要求施工单位应具有较强的开挖、出碴与运输及支护能力。茅荆坝Ⅵ、V类围岩中采用了全断面开挖, 达到了预期效果。全断面施工开挖工作面大, 钻爆施工效率较高, 采用深眼爆破可加快掘进速度, 且爆破对围岩的振动次数较少, 有利于围岩稳定。缺点是每次深孔爆破震动较大, 因此要求进行精心的钻爆设计和严格控制爆破作业。全断面开挖法的主要工序是:使用移动式台车或者台架, 首先全断面一次钻孔, 并进行装荷连线, 然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点, 再起爆, 使一次爆破成型, 出碴后钻孔台车再推移至开挖面就位, 开始下一个钻爆作业循环, 同时进行锚喷支护或先墙后拱衬砌。

2.2.2 台阶法

台阶法一般是将设计断面分成上半断面和下半断面两次开挖成型。其开挖顺序是上半部开挖拱部锚杆喷射混凝土支护, 拱部衬砌, 下半部中央部分开挖, 边墙部分开挖, 边墙锚杆喷射混凝土支护及衬砌。该方法多适用于Ⅱ、Ⅲ类较软而节理发育的围岩中, 可分别采用添加变化方案。

长台阶法:上下台阶距离较远, 一般上台阶超前50 m以上, 施工中上下部可配属同较大型机械进行平行作业, 当机械不足时可以交替使用, 当遇短隧道时, 可将上部断面全部挖通后, 再挖下断面。该法施工时干扰较少, 可进行单工序作业。

短台阶法:上台阶长度5～50 m, 适用于Ⅱ、Ⅲ类围岩。可缩短仰拱封闭时间, 改善初期支护受力条件, 但施工干扰较大。当遇到软弱围岩时需慎重考虑, 必要时应采用辅助开挖措施稳定开挖面, 以保证施工安全。

超短台阶法:上台阶仅超前3～5 m, 断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段, 当遇到软弱围攻岩时需慎重考虑, 必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面, 以确保施工安全。

台阶开挖的特点在于:一是台阶开挖宜采用轻型凿岩机打眼, 而不宜采用大型凿岩台车;二是台阶法开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性。尤其是上部开挖支护后, 下部作业较为安全;三是台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰。应注意下部作业时对上部稳定性的影响台阶开挖会增加对围岩的扰动次数。

2.3 分部开挖法

分部开挖法可分为五种变化方案:台阶分部开挖法、上下导坑法、上导坑超前开挖法、单 (双) 侧壁导坑法。是将开挖断面进行分部开挖逐部成型, 并且将某部分超前开挖, 故此可称为导坑超前开挖法。

台阶分部开挖法:适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段, 其优点与超台阶法相比, 台阶可以加长, 一般双车道隧道为1倍洞跨, 单车道隧道为2倍洞跨, 而较单 (双) 侧臂导坑法机械化程度高, 可加快工程进度。

上下导坑超前开挖法:即上、下导坑先拱后墙法。此法适用于Ⅱ、Ⅲ类围岩, 在松软地层开挖隧道, 一般宜采用上下导坑超前开挖先拱后墙法。其优点是:导坑超前开挖, 利用提前探明地质情况, 便于改变施工方法。工作面多, 便于拉开工序, 适用于安排劳动力与使用小型机械施工。该方法缺点是:上下导坑断面小, 则施工速度慢, 施工工序较多, 使施工组织和管理难度大。

单侧臂导坑法:围岩稳定性较差, 隧道跨度较大, 地面沉陷难以控制时采用此方法。其特点是:有正台阶法和双臂导坑法的优点。

双侧臂导坑法:适用于浅埋大跨度隧道, 地表下沉量要求严格, 围岩特别差时采用。此法优点是:施工安全可靠, 但施工速度较慢, 造价高。

3隧道主要施工工艺

3.1 洞口段施工

(1) 边仰坡开挖。

全站仪测量放样, 利用挖掘机自上而下逐段开挖, 不得掏底开挖或上下重叠开挖, 清除洞口与上方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等, 石质地层仰坡开挖需要爆破时, 应以浅眼松动爆破为主。局部也可人工配合修整, 开挖时应随时检查边坡和仰坡, 如有滑动、开裂等现象, 应适当放缓坡度。

(2) 成洞面支护。

仰坡刷坡完成后, 及时用坡度板检查坡度, 待坡度检查合格后, 及时打设系统锚杆, 并将锚杆头外露, 挂设金属扩张网与锚杆头焊接成整体。挂网完成后立即喷射混凝土, 并反复喷射, 直到达到设计厚度为止。

(3) 截水沟施工。

在距仰坡坡口5 m处开挖截水沟, 截水沟开挖以机械为主, 人工配合修整, 修整完后, 立即砌筑7.5#浆砌片石, 并用砂浆抹面。

3.2 辅助施工

(1) 长管棚。

套拱施工、施工放样、模板安装、钢筋绑扎、导向管放样、127导向管安装、浇注混凝土。钢管规格:热扎无缝钢管ϕ108 mm, 壁厚6 mm, 节长3 m或6 m。管距:环向间距50 cm, 倾角或仰角1°, 实际施工按2°施工, 方向与线路中线平行。钢管施工误差:径向不大于20 cm, 隧道纵向同一截面内接头数不大于50%, 相邻钢管的接头至少错开1 m。

1) 管棚施工方法。

测量人员准确放样, 标出洞中心线及拱顶标高, 开挖预留核心土作为管棚施工的工作平台, 开挖进尺为2.5 m。开挖结束后, 人工两边对称开挖, 品字型工作平台, 台阶宽度1.5 m, 高度2.0 m, 作为施工套拱和管棚施钻的平台。管棚应按设计位置施工, 应先打有孔钢花管。注浆后在打无孔钢花管, 无孔管可作为检查管, 检查注浆质量, 钻机立轴方向必须准确控制, 以保证孔口的孔向正确。每钻完一孔便顶进一根钢管, 钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜超过设计要求, 及时纠正。钢管接头采用丝扣连接, 丝扣长15 cm, 为使钢管接头错开, 编号为奇数的第一节管采用3 m钢管, 编号为偶数的第一节管采用6 m钢管, 以后每节均采用6m长钢管。

2) 管棚施工机械。

钻孔机械:配备XY-28-300电动钻机, 钻进并顶进长管棚, 注浆机械BW-250/50型注浆泵2台, 采用水泥-水玻璃浆液。水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5, 水泥浆水灰比1∶1, 水玻璃浓度35波美度, 水玻璃模数2.4, 注浆压力初压0.5～1.0 MPa, 终压2.0 MPa。

(2) 小导管。

1) 超前小导管采用外径42

mm、壁厚3.5 mm的热扎无缝钢管, 钢管前端呈尖锥状, 尾部焊上ϕ6加劲箍, 管壁四周钻φ8 mm压浆孔, 但尾部有1 m不设压浆孔, 超前小导管施工时, 钢管与衬砌中心线平行以10°～30°外插角打入拱部围岩, 钢管环向间距20～50 cm。每打完一排钢管后, 应立即喷浆封闭开挖面, 然后注浆, 注浆后, 架设钢拱架, 初期支护完成后, 每隔2～3 m试图纸而定, 再另打一排钢管, 超前小导管搭接长度一般为1.0 m。

2) 注浆参数:

水泥浆与水玻璃体积比1∶0.5, 水泥浆水灰比1∶1, 水玻璃浓度35波美度, 水玻璃模数2.4, 注浆压力0.5～1.0 MPa, 必要时在孔口设置止浆塞。

(3) 超前锚杆。

外插角必须大于14°, 注浆饱满, 搭接长度不小于1 m。

3.3 预埋件施工

预埋件按设计尺寸采用木版作成设计形状, 安装于二衬魔板台车中, 且位置准确, 误差±50 cm, 固定牢固不得晃动, 有管的必须中间穿铁丝通过。

3.4 调平层施工

模板安装的要求:在调平层两侧预先标定的位置上安装模板。侧模采用[10#槽钢模板顶面标高应与相应里程的路面标高一致, 允许偏差±2 mm, 用水准测量调整、确定标高。模板每隔一定距离内外固定, 保证不位移, 模板的接头应紧密平顺, 不得有缝、歪斜和不平整等现象, 模板接头及底部均不得漏浆。浇注混凝土前, 底层混凝土面上必须清洗干净。当混凝土运达施工地点时, 直接倒向安装好模的路槽内, 并用人工找补均匀。摊铺时应考虑混凝土振捣后的沉降量。虚高可高出10%, 使震实后的面层标高与设计相符。混凝土振捣时靠近边角等处用插入式振捣器顺序振捣, 用平板式振捣器纵横交错全面振捣, 每个位置的捣时间以混凝土不再下沉, 不再冒出大量气泡, 并以在表面出现水泥砂浆为准, 一般不少于15 s, 亦不宜过长。然后用振捣梁沿纵向振捣拖平, 多余的混凝土随着振捣梁的拖移被刮去, 低陷处则应随时找平振实。最后用直径75～100 mm的无缝钢管滚压, 作进一步整平。严禁在刚做好的面层上洒水、撒水泥。

3.5 水、电缆沟施工

安设沟墙钢筋, 要求位置准确, 必须挂线施工。安设沟墙摸板, 要求摸板位置准确, 纵向一条线。最大矢度不大于3 mm, 模板面与沟墙顶面齐, 经检查合格后方可灌注混凝土, 在靠原边墙侧部分必须凿毛, 并注意预埋件的位置准确。模板采用定型摸板。

3.6 洞门施工

清理现场, 进行施工放样, 按设计尺寸要求挖端墙基础。砌筑M7.5#浆砌片石。模板安装, 要求摸板位置准确, 纵向一条线, 并及时检查模板坡度。浇注混凝土或15#片石混凝土, 待混凝土强度达到70%以上进行明洞拱顶回填。明洞拱顶回填应对称分层夯实。每层厚度不大于0.3 m, 其两侧回填面高差不大于0.5 m, 回填至拱顶平齐后分层压实至设计高度, 使用机械碾压时, 必须用人工夯填至拱顶1.0 m以上, 方可采用机械夯实。

3.7 施工过程安全及环保的控制

进洞必须佩带安全帽、防止坠落, 洞内车速限制5 km、照明必须每10 m一灯、火攻品材料存放必须规范, 派专人看管。弃渣场地必须排水通畅、且必须砌筑挡墙, 防止洪水形成泥石流。

3.8 施工过程中已发生问题的处理

二衬施工完毕后渗水的处理, 细小裂缝用丙烯酸、水泥浆或环氧树脂等涂刷和嵌缝, 效果较理想, 对较大裂缝, 可用10号水泥砂浆或膨胀水泥砂浆嵌缝较合适有效, 对大裂缝缝宽大于5 mm, 若有渗漏水可用切割机沿裂缝切割一宽2～4 cm左右小槽深度大约10 cm以上, 在水源处, 切割一5×5 (cm) 的小洞室, 然后把水管插入一块4×4 cm MF7塑料盲沟内, 一同压入切割好的槽内, 把水引入纵向排水沟, 最后用水泥与水玻漓混合砂浆封闭切割槽, 若无渗水, 宜用环氧树脂砂浆, 或采用压浆、钢筋网喷射混凝土等补强。

4工程实例

新奥法的引进是从锚杆和喷混凝土一类“主动型”的新型支护技术的推广使用开始的。中国的隧道工程师就接受了新奥法。在国内举行的隧道及地下工程学术会议上, 新奥法经常成为热门话题。工程师们对新奥法的津津乐道是有理由的运用新奥法原则, 已经成功地在软弱围岩中和困难条件下修建了各种类型的地下工程。

修建在砂夹砾石松散地层中的北京地铁复兴门折返段隧道就是一个典型的例子。该隧道位于北京最主要的街道——长安街下, 长358 m, 最大开挖断面高9 m, 宽14.5 m, 隧道顶部复盖地层最小厚度仅9.0 m。隧道采用部份断面掘进机开挖, 格栅拱加强的喷混凝土初期支护以及小导管预支护, 在不影响地面交通, 确保地下管线安全的情况下修建成功。在这个工程中所取得的经验, 使中国工程师认识到, 运用新奥法原则可以将一般用于山岭隧道的矿山法的应用范围拓展到在软弱围岩, 甚至于在第四系地层中的浅埋市政隧道以取代传统的明挖法或盾构法。在中国, 这种方法称之为“浅埋矿山法”。

继复兴门折返线隧道以后, 同样在砾夹卵石的冲积层中又用浅埋矿山法修建了跨度为21.67 m的西单地铁车站。在修建位于长安街下的北京地铁新线工程时, 浅埋矿山法被选择为主要的施工方法。例如:北京地铁天安门西站, 长226 m, 为双层两柱式结构。广州地铁东段也是采用浅埋矿山法修建的。经验证明, 从地面环境的保护, 地表沉降的控制, 以及造价、工期等角度看, 浅埋矿山法同明挖法或盾构法相比都具有一定的竞争力。

中国工程师从欧洲引进了新奥法, 并且结合中国的情况对新奥法及其相关技术, 诸如支扩手段、量测和监控技术等作了进一步的开发。作为新奥法的一项重要背景技术的喷混凝土在中国已经被广泛使用。

同国际上的情况一样, 为了解决长期以来困扰着人们的粉尘污染环境, 回弹严重以及混凝土品质的不均匀性等问题, 正在大力推行湿喷工艺。最近由铁道科学研究院西南分院开发了一种“转子-活塞”型的新型喷射机, 这种机型采用湿喷工艺, 即往机器中加入按配合比制备好的成品混凝土拌和料, 但物料输送又区别于一般的泵送式湿喷机, 采用稀薄流输送方式。因此机器结构紧凑, 使用方便。目前已在国内推广。可以毫不夸张地说, 新奥法的推行确实引起了矿山法修建技术在开挖方法、施工技术乃至于隧道设计思想方面的重大变革。尽管如此, 仍然应该说我国推行新奥法的情况并不尽如人意。在诸多工程中也不乏失败的实例。

除了施工管理、质量控制和相关技术的掌握等方面的原因外, 主要在于隧道工程师们有时对新奥法的实质缺乏正确的理解。对于“新奥法”一词的内涵, 人们的认识有一个发展的过程。诚如它的名词本身——New Austrian Tunnelling Method所表述的那样。新奥法的创始人最初是将它作为一种同新型支护相关的隧道修建方法提出来的。但后来发现, 将新奥法拘泥于一种特定的施工方法或具体的支护技术将会使其推行受到很大的局限。于是, 在一些文献中强调新奥法是一种“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”, 而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。阐明这一点, 有重要的现实意义。

事实上, 在一些工程中, 由于照搬某些新奥法工程中具体施工方法而不注意结合本工程的实际来体现新奥法的原则而遭到失败。笔者经历过一个软弱围岩中的特浅埋隧道施工, 在使用新奥法的过程中曾发生地表的大坍塌。其原因种种, 其中有一条就是照搬某些高地应力地层中隧道的做法, 片面强调支护的柔性, 强调在初期支护施作后要尽可能让变形释放, 而没有及时施作二次支护。

新奥法隧道施工技术 篇6

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 缩写为NATM, 它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态监测设计施工法的基本原理一致, 是目前国内外广泛采用的动态监测设计施工方法。新奥法的主要优点在于能够最大限度的保留围岩原有的自承能力, 并充分利用实时监测的数据, 建立更加合理的支撑体系。因此, 新奥法要求在整个施工过程中做连续的、系统的围岩整体性的动态观测, 根据现场量测的数据, 不断地对围岩稳定性及支护结构变形与受力状态做出分析评估, 并对其作适当调整。新奥法特别适用于大跨度、浅埋富含水特殊软弱围岩、严重破碎带等极度恶劣的地质条件下的隧道施工。

1 工程概况

湖南某隧道为左右分离的双洞单向行车双车道高速公路隧道 (见图1) , 设计计算行车速度100 km/h, 有效净宽12.5 m, 有效净高5.0 m, 左线隧道起讫桩号k13+540～k14+500, 全长960 m, 设计纵坡为+2.9%、+2.284%单向坡, 右线隧道设计纵坡为+2.9%、+2.5%单向坡, 全长960 m。左右隧道均位于直线上, 路线横坡为+2%, 隧道洞口为坡残积亚粘土夹碎石、强风化砂岩和强风化炭质泥岩, 呈松散状结构, 地质条件较差, 变化大, 各种围岩贯穿整个隧道。

2 隧道的喷锚支护设计验算

本隧道工程按新奥法理论进行围岩压力和支护的设计, 新奥法设计思路是最大限度地发挥围岩的自承能力, 在施工过程中尽可能保持围岩状态, 把隧道围岩和各种支护结构作为一个共同的承载体系, 控制围岩变形的发展。

2.1 Ⅳ类围岩喷锚支护参数的计算

2.1.1 锚杆

锚杆设计的内容包括锚杆类型选择及锚杆长度、直径、材质、锚固方式、间隔布置等的确定, 本隧道的计算内容如下:

(1) 锚杆杆体截面积:

undefined处 (1)

式中: K—安全系数, 取K=2;

G—锚杆承受危石重力 (N) ;

As—单根锚杆截面积 (cm) ;

N—锚杆根数, 拱部n=10;

fst——锚杆钢筋设计抗拉强度 (N) 。

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采用Φ22钢筋, As=3.801 cm2>2.33 cm2, 即拱部需设置10根2Φ22锚杆。

(2) 锚杆长度按下式计算:

L=L锚+L支+L超 (2)

式中: L—锚杆长度 (m) ;

L锚——砂浆锚杆锚固长度 (m) ;

L支一锚杆支护长度, 取L支=1.3 m;

L超一锚杆超出孔口长度, 取L超=0.1 m;

由此得出锚杆全长为:L=52+130+10=192 cm。

因此, 本隧道IV类围岩中的锚杆采用Φ22, 从安全角度考虑, 长度取250 cm。

2.1.2 喷射混凝土厚度

(1) 按冲切破坏计算时:

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式中: d1——喷射混凝土厚度 (cm) ;

Ks—安全系数, 取K=2.5;

G—不稳定岩块重力, 取C=350 000N;

RL——喷射混凝土设计抗拉强度 (kPa) ;

U—不稳定岩块周边长 (危石的底面周长) , 本隧道中段U=2 700 cm。

(2) 若按粘结破坏计算时:

undefined

式中: K—安全系数, 取K=2;

R粘——喷射混凝土与岩面粘结力, 取R粘=30 kPa。

undefined

因此, 本隧道设计中, Ⅳ类围岩喷射混凝土厚15 cm。

2.2 Ⅲ类及以下围岩喷锚支护参数的计算

对于Ⅲ类以下的较软弱围岩, 支护参数计算采用上述方法不适合, 因为在III类及以下的较软弱围岩中, 喷锚支护的作用不象在整体围岩那样仅限于消除表面局部应力集中, 防止爆破进一步松动岩块, 也不像在块状围岩那样仅限于防止表面的危石的坍落。对于这类围岩, 仅避免拉应力的出现还不足以保证其稳定性, 即使在压应力的作用下也会发生剪切破坏造成围岩松动、变形和塌方, 尤其在深埋隧道或埋深较浅而围岩强度较低的情况下, 隧道开挖后所产生的二次应力场可能超过围岩的抗压强度, 在隧道围岩内形成塑性应力区, 发生塑性剪切滑移或塑性流动。由于受地质条件的影响较大, 隧道的支护形式随之变化, 本隧道工程共有四种支护形式, 不同围岩段的结构支护设计参数详见表1。

3 高速公路隧道新奥法施工技术

新奥法是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段, 通过量测控制围岩石变形, 便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法, 其施工基本原则为“少扰、早喷锚、勤量测、紧封闭”。对于本隧道的各类围岩, 由于其自身稳定性差, 为保证施工安全, 为隧道的顺利挖通做好基础。根据地质勘探资料, 本隧道Ⅱ类、Ⅲ类围岩采取台阶法进行施工。

3.1 隧道的辅助施工

3.1.1 长管棚施工

隧道两端洞口均位于Ⅱ类围岩地段, 地质条件为坡残积亚粘土夹碎石、强风化砂岩和强风化炭质泥岩, 且覆盖层厚度小, 利用一般的施工方法难以安全进洞, 因此采用长管棚结构, 规格是外径Φ108 mm, 长32 m, 厚度6 mm, 间距0.4 m, 注浆按固结管棚周围有限范围内土体设计, 浆液扩散半径不小于50 cm, 双液注浆。施工时必须控制好其角度, 防止侵入开挖范围, 注浆必须规范, 使长管棚真正起到辅助施工的作用, 保证隧道安全进洞。

3.1.2 超前小导管施工

由于本隧道I类围岩 (S0衬砌) 是在掘进50 m后 (Ⅱ类围岩S2衬砌后) 出现, 管棚施工难度大, 成本高, 采用Φ42超前小导管作为超前支护, 小导管长6 m, 间距是0.3 m, 钢管搭接长度不小于100 cm, 钢管尾部焊接在拱架上, 进行双液注浆。

3.1.3 超前锚杆施工

对于Ⅲ类围岩, 采用Φ25药卷锚杆作超前支护, 长度是6 m, 环向间距是0.5 m, 搭接长度不小于100 cm, 保证开挖掘进安全, 具体布置见图2。

3.2 隧道台阶法的机械化开挖

3.2.1 台阶法施工

对于Ⅱ类围岩采用台阶分部法开挖, 上台阶采用弧形开挖, 中间预留核心土;在上台阶一次支护及临时仰拱施工完毕后, 开挖下台阶中槽, 两边边墙采用跳槽开挖, 施工下台阶一次支护及仰拱一次支护, 开挖方式以人工配合机械为主, 严格控制进尺, Ⅱ类围岩浅埋段S2衬砌每循环进尺小于90 cm, Ⅱ类深埋S3衬砌每循环进尺小于100 cm;开挖后及时进行拱架安装及锚喷支护作业, 及时形成封闭的受力环。Ⅲ类围岩 (S4衬砌) 采用短台阶开挖。开挖方式采用光面爆破, 上台阶超过下台阶30 m, 下台阶采用半幅开挖, 上下台阶同时施工, 严格控制进尺, 每循环进尺寸小于200 cm, 开挖后及时进行拱架安装及锚喷支护作业, 及时形成封闭的受力环, 出渣采用挖掘机配合自卸车施工。

3.2.2 开挖时注意问题

钻爆法开挖时需控制好周边眼的外插角、间距和用药量, 必要时周边眼可取长短孔眼的开挖方法, 它有利于控制隧道的超、欠挖问题和爆破效果。超挖过多, 不仅因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价, 而且局部挖掉围岩会产生应力集中问题。欠挖如需补爆, 则势必造成较大的超挖浪费工料, 且二次扰动围岩。因此, 要求施工人员在每次爆破后需作好原始记录, 不断总结经验, 以备下次爆破时调整。

3.3 支护施工

3.3.1 喷射混凝土施工

喷混凝土采用TK961混凝土喷射机, 水泥采用普通PO.425R散装水泥;砂均采用中粗砂, 细度模数2.9, 含泥量1%。粗骨料采用规格为5 mm～15 mm连续级配碎石, 经试验, 选用花岗岩生产的各项指标均达到设计要求的碎石。速凝剂采用TY-3B型液体速凝剂。经多次试验, 每立方混凝土用量优化的配合比 (质量比) 是:水泥∶砂∶碎石∶水∶速凝剂=460∶729∶891∶220∶18.4。坍落度为80 mm～120 mm, 砂率45%。

3.3.2 锚杆注浆

在初喷混凝土封闭围岩后按设计布设锚杆和注浆。锚杆孔位误差控制在《公路隧道施工规范》规定的误差范围之内。钻孔采用7655手持式风动凿岩机凿孔并清孔, 应沿径向进行钻孔, 确保锚入稳定岩层的深度。注浆通过快速注浆接头将锚杆尾端和CZJ-30Ca注浆机连接。开动机器压注1∶1水泥浆, 掺水泥用量3%的40Be′的水玻璃, 为了保证锚固质量及改良围岩结构, 注浆终压必须达到0.8 MPa。

3.3.3 挂钢筋安设钢拱架

钢筋网片采用Φ6.5圆钢, 除锈处理后按设计加工成网片;挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设, 与受喷面间留3 cm作为保护层, 网片与系统锚杆焊接牢固, 确保喷射混凝土时不移动。钢筋除锈后按设计要求分节加工成型, 钢拱架分节问通过钢板用螺栓联接, 钢拱架严格按设计间距架立。为充分发挥钢拱架的承载能力, 首先要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直;其次, 架立拱部钢拱架时, 严格控制左、右拱脚标高, 以防拱架偏斜。

4 特殊地段的施工处理措施

在施工过程中, 左线隧道洞口段出现整体下沉, 初期支护变形开裂现象, 由于该处处在古滑坡体, 红粘土层、煤系地层、人工堆积层等不良地质, 原设计勘察欠详细, 经补充勘察表明, 隧道洞口附近为年代更久远的采空塌陷区, 其表面覆盖有后来在半山腰开采的小煤窑冲刷下来的矸石坡积物, 结构松散, 易坍落, 为了确保隧道施工和运营安全, 决定对不良地质段采用洞内外注浆加固处理。

注浆加固工程分洞顶地表部分和洞内地基及拱脚部分。隧道边墙两侧分别设置5排Φ90 mm× (5～6) mm的竖向注浆钢管, 排距2.5 m, 纵向间距4m, 呈梅花形布置, 形成地下连续墙, 用于加固隧道两侧土体, 抵抗隧道开挖时岩土体的下滑力。注浆钢管的管底低于隧道仰拱底高程4.5 m, 长度为52 m。隧道拱顶已变形范围内设置5排Φ90 mm×5 mm的竖向注浆钢管, 排距2.5 m, 纵向间距4 m, 呈梅花形布置, 用于加固隧道顶部土体, 以保证隧道内施工的安全。注浆钢管的管底高于隧道拱顶开挖面高程1.8 m;加固长度为62 m。隧道洞口明洞基础设置注浆钢管注浆加固, 注浆钢管排距1.2 m, 纵向间距2 m, 呈梅花形布置。在洞内两侧拱墙基础处各设置两排斜向注浆钢花管, 排距1.5 m, 纵向间距2 m, 呈梅花形布置, 倾角是15°, 注浆管长度是8.4 m。为保证钢花管的注浆效果, 满足设计要求, 达到加固隧道土体的作用, 施工前选择2孔～4孔进行注浆试验, 确定注浆次数、间隔时间、注浆压力和注浆量。施工中采用风动干钻, 用地质钻机、锚杆钻机配合潜孔锤冲击成孔, 注浆设备采用BW-150型泥浆泵和3SNS注浆泵。

5 新奥法施工监控量测分析

在隧道初期支护完成后, 在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。在分析中选择指数函数进行回归分析, 取断面K13+960多点进行分析。拱脚收敛实测数据如表2所示:

通过对实测数据的分析可以看出, 开挖支护后的一段时间内收敛速度增长较快, 以后逐渐减小并趋于稳定。量测频率开始6 h观测一次, 然后根据变形量的减小而减少量测频率, 根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等, 便于指导施工, 确保施工安全, 量测点每隔5 m布设一组。

6 结 语

综上所述, 隧道施工中工程地质情况往往与勘察资料差别较大。因此, 要求在施工中必须注意做好原始记录, 预备下一循环调整用。新奥法的设计与施工紧紧地结合在一起, 在设计中体现施工方法, 在施工中融汇设计思想, 使设计和施工更符合地下工程实际, 即设计理论、施工方法、结构工作状态一体化, 取得了较好的经济效果。目前, 本隧道已全线贯通并投入使用, 经测量隧道已处于稳定状态, 说明采用新奥法进行隧道施工具有良好的实际效果。

参考文献

[1]J1026-94, 公路隧道施工技术规范[S].

[2]于书翰, 杜谟远.隧道施工[M].北京:人民交通出版社, 1998.

[3]李晓红.隧道新奥法及其量测技术[M].北京:科学出版社, 2001.

[4]黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社, 2001.

新奥法隧道施工技术 篇7

林邦隧道位于龙岩市新罗区西陂镇林邦村与铁山镇平林村之间,为双永高速龙岩北互通连接线工程。隧道为双向六车道分离式隧道,左线全长609m,右线全长547m。该隧道山体总体地形呈东西走向,沿线地形标高为344.30m~115.55m,相对高差约为115.55m;场地岩层中的层理节理发育和岩体完整性差,受层间小断裂、挠曲发育的影响,岩层产状、倾角变化大;隧道除中部深埋段有570mⅣ级围岩外,其余均为Ⅴ级围岩。

2 施工工艺及方法

本隧道宽度大,工艺复杂,施工难度大,采用新奥法施工。不同围岩采用不同开挖方式,Ⅳ级围岩地段采用留核心土环形开挖法施工,施工下端面时,采用左右错开落底,必要时采用CD法施工。一般Ⅴ级围岩地段采用超前注浆小导管保护下双侧壁导坑法施工,洞口围岩段采用大管棚保护下双侧壁导坑法施工,洞身浅埋段Ⅴ级围岩采用双排注浆小导管保护下双侧壁导坑法施工。隧道衬砌采用模板台车整体浇筑,出渣采用无轨运输。

2.1 洞身开挖。

(1)施工原则。

严格遵循“化大为小、导坑先行,先中后侧、先上后下”的原则进行施工,按“管先行、严注浆、弱爆破、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”进行工艺控制。

(2)侧导坑开挖及支护:侧导坑开挖采用台阶法进行开挖。出碴采用挖掘机配合12T汽车进行。开挖后,立即初喷一层砼,以封闭岩面;清碴作业完成后,立即架立侧导坑部位钢拱架,施作系统锚杆,挂钢筋网,喷射砼达设计厚度。

(3)主洞开挖及支护施工:洞身地段采用爆破法施工。钻眼采用人工风枪,Ⅴ级围岩掘进进尺0.5m;IV级围岩0.75m。周边眼采用Φ22光爆药卷,其他部位采用Φ32标准药卷。为防止开挖对围岩扰动过大,在左右洞掘进至少要拉开30m以上。

2.2 喷锚初期支护

(1)锚杆施工。

初期支护锚杆采用组合式中空注浆锚杆,长4m,Ⅳ级围岩环纵间距1.0×0.75m,Ⅴ级围岩环纵间距1.0×0.5m,梅花型布置。边仰坡锚杆采用砂浆锚杆。

中空锚杆采用锚后注法,钻孔吹孔后,将锚头与锚杆端头组合,戴上垫片与螺母;把组装好的锚杆打入钻孔,锚杆要尽量靠中,将止浆塞穿入锚杆末端与孔口齐平并与杆体固紧,锚杆末端戴上垫板,拧紧螺母注1:1水泥浆,孔口溢出浆液时,停止注浆。中空锚杆注浆施工要注意排气,保证灌注密实。

(2)格栅钢架施工。

Ⅴ级围岩地段采用格栅钢架支护,间距0.5m,Ⅳ级围岩格栅钢架布置间距0.75m。格栅钢架在洞外加工成型试拼。钢架间纵向用Φ22钢筋联接为一体。钢架安设好后尽快施喷混凝土,并将其全部覆盖,使钢架与喷射混凝土共同受力;喷射混凝土分层进行,每层厚度5~6cm左右,先从拱(墙)脚处向上喷射,以防止上部喷射混凝土回弹的虚渣埋住拱(墙)脚,造成拱(墙)脚喷射混凝土强度不够而失稳。

(3)湿喷混凝土施工。

初期支护喷射混凝土采用湿喷法施工,分初喷、复喷两阶段进行。其中Ⅴ级围岩喷层30cm,Ⅳ级围岩喷层22cm。喷射前对岩面进行清理冲洗并进行试喷,一切正常后进行混凝土施喷。

为增加混凝土的粘结性而减少回弹,按施工配合比要求,在混凝土中掺加改性聚脂纤维。施喷时,喷头与受喷面基本垂直,距离保持0.8~1.0m。钢架与岩面的间隙用喷射混凝土充填密实,喷射顺序先下后上,对称进行,先喷钢架与围岩之间空隙,后喷钢架之间,钢架应被喷射混凝土所覆盖,保护层不得小于4cm。

2.3 隧道主要施工工艺

(1)大管棚超前支护。

为保证管棚位置和方向的准确,在洞口拱部设置导向墙,导向墙厚度1m,宽度2m。导向墙中埋设导向管。钻孔由固定在套拱上的导向钢管中插入,以保证钻孔位置、方向的准确。

(2)超前小导管施工与注浆。

小导管加工。小导管前端5cm作成尖形以便插入,其余部位钻4排Φ6孔,间距15cm,梅花形布置,尾端焊Φ6钢筋加劲箍。小导管先钻孔后下钢管法施工,钻孔和打入钢管用钻孔台车或气腿凿岩机施作。

(3)锚杆施工。

中空锚杆施工钻孔使用手持凿岩机,钻孔前根据设计要求定出孔位,钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直,钻孔直径Φ42mm,钻孔深度大于锚杆设计长度10cm。

(4)喷射砼施工。

用强制式拌和机分次投料拌和,采用湿喷机湿喷。初喷在开挖完成后立即进行,以尽早封闭暴露岩面,防止表层风化剥落。复喷砼在锚杆、挂网和钢架安装后进行,尽快形成喷锚支护整体受力,以抑制围岩变位。钢架间用砼喷平,并有足够的保护层。

(5)钢拱架与二次衬砌砼施工。

本标段的钢拱架仅有格栅钢架,钢架安装在初喷砼之后进行,与定位系筋焊接。格栅钢架间设纵向连接筋。钢拱架拱脚安放在牢固的基础上,并与管棚、小导管或锚杆焊接牢固。

二次衬砌砼灌注采用全断面液压衬砌台车,一次施工长度12m。砼集中拌和,砼搅拌运输车运输,HBT-60砼输送,插入式振捣器振捣密实。

(6)仰拱、隧底填充。

采用仰拱与铺底先行于衬砌的方案,仰拱与铺底同时施作,距开挖工作面相距50~100m。仰拱先行,再施工拱圈,以利于衬砌结构的整体受力,并起到早闭合、防塌方。仰拱施做采取防干扰简易平台做为过渡通道。

3 围岩变形监测

本工程施工情况复杂,在隧道施工过程中必须要对周围围岩进行监控量测。

3.1 现场监测任务和目的

通过对围岩变化情况及支护结构的观察、动态量测、归纳整理,综合评价其安全性,并提出注意事项和建议,用于指导施工作业和业主、设计作出决策等,以保证施工安全和隧道围岩及支护衬砌结构的稳定(监控流程如下图)。

3.2 监控量测项目

本工程监测项目计划根据围岩条件、支护类型和参数、施工方法,同时考虑量测费用的经济性基础上确定。最后确定的必测项目主要有:洞内外观察、净空变化、拱顶下沉、浅埋段地表下沉等。

3.3 监控点布置

监控点的布置,直接影响监测的工程质量,本工程监控布置如下:

3.4 监测方法

(1)隧道地质及支护状况变化情况观察。

主要是检查隧道的地质情况(围岩岩性、节理发育情况、岩层产状、破碎程度、地下水发育情况、不良地质情况)是否与原地勘资料相符,隧道支护结构在正常情况下和爆破后的变化是否在设计和规范允许的范围内,对施工方法和方案、各工序超前长度、爆破参数、进尺长度等提出建议。

(2)量测方法及量测频率。

由专业地质人员进行观察,手工素描记录,采用地质罗盘、钢尺、水压、测缝计等量测工具(必要时可采用数码摄像机录制地质剖面及支护状况)。

在每次爆破和初期支护后立即进行,尤其在地质情况发生变化、爆破参数发生改变时对初期支护和二次衬砌的变化加强量测,对观察内容作出详细记录,并绘制相应地质素描图,校核围岩分类,并预测前方围岩性质及可能出现的地质构造,更好地用于指导施工。量测主要采用收敛计,测点的纵向间距按围岩级别而定,地质条件差的地段,应从密布点。

(3)拱顶下沉量测。

通过测量观测点与基准点的相对高差变化量得出拱顶下沉量和下沉速度,用于判断支护效果,指导施工工序,保证施工质量和安全;拱顶下沉值主要用于确认围岩的稳定性,事先预报拱顶崩塌。

拱顶下沉观测采用精密水准仪、铟钢尺及钢挂尺。拱顶下沉测点的布置应与周边位移收敛一致。

(4)浅埋地段地表下沉量测。

浅埋地段地表下沉量测宜与洞内净空变化和拱顶下沉量测在同一横断面内。横断面方向应在隧道中线两侧每隔2~5m布设地表下沉测点,每个断面设置7~11个点,测量范围在隧道开挖影响范围之内。地表下沉应与拱顶量测频率相同。

隧道二衬沉降缝两测不均匀沉降量测、洞口段与洞口过渡段不均匀沉降观测频率每15天进行一次。洞内沉降缝每侧设置4个以上观测点,洞口段的布点根据情况而定,根据沉降曲线确定道床施作时间。

4 现场实际施工异常情况及其解决方法

4.1 异常情况。

2013年8月27日,隧道左线出口段左导洞施工至BK7+511,右导洞施工至BK7+485。上午7:30右导洞施工时发生坍塌冒顶,坍方区域为BK7+480-BK7+496,洞顶塌陷形成的坍坑纵向16m,横向10m,深度7~9m,塌方量约1280m3。

4.2 解决方法。

针对项目情况,重点采取了加强排水、严密监测、加固围岩和洞室等办法进行处理:

(1)加强排水。由测量根据坍坑边界范围高程划定距离5m范围线,同时用白灰表示人工安装控制桩挂设警戒带。以上准备工作完成后在范围线外采用人工开挖坑槽宽×高为0.8m×0.8m,用C20喷混凝土临时加固形成截排水沟最终和洞顶的道路两侧的排水沟相连将汇水排出。以此保证坍坑周围的土体稳定,防止坍坑继续扩大;

(2)严密监测。在坍坑周边加密布设地表观测点,监控坍塌体变形。布点原则为:横断面方向应在隧道中线两侧坍坑范围之外布设地表下沉测点,每个断面2~3点,纵向布设3~4点。监测范围在隧道开挖影响范围以内。在洞顶地段沿隧道轴向每隔5~10m布设。同时在横向依据实际情况,选定主断面,沿主断面布设测点,以了解地表沉降的横向影响范围。同时做好拱顶下沉及周边收敛量测,确保数据真实,指导施工;

(3)重点加固。对坍坑四周坡面采用5cm厚C20喷射混凝土进行临时固化,并采用彩条布进行覆盖;对坍坑采用C20泵送混凝土回填至原地表下50cm,余下采用黏性土回填并分层夯实,回填土的高度超出原始地面30~50cm;在塌方体边界外5m(纵、横),横向以塌方体边界或隧道结构外缘控制,隧道两侧深度至隧道结构底,隧道顶为隧道结构拱顶50cm以上范围内,采用Φ89×4的钢管注浆加固,浆液为水泥-水玻璃双液浆。注浆孔间距暂按1 m×1m,梅花形布置。注浆的相关参数如:孔间距、扩散半径、配合比、初始压力、终止压力、稳压时间均以注浆试验确定。

掌子面采用编织袋装土堆砌封闭,封闭的坡面分二级台阶,平台宽2.0m,坡率缓于1:1,编织袋按双层堆砌。掌子面向外10~15m范围加设I25b套拱,间距60cm,采用Φ22钢筋在剪切面进行连接,环向间距1m;套拱应采用相应措施固定。洞内开挖前,先采用Φ108×6大管棚超前支护,长8m,纵向间距4m,环向间距0.3m,并配合Φ42×3.5小导管注浆加固,长2.5m,纵向间距1.0m,环向间距0.3m,支护参数采用V3级断面(除超前支护以外)执行。塌方体采用双侧壁导坑法开挖,一侧导洞超前施工,以进一步探明塌方体边界,塌方体处理范围暂按BK7+475~BK7+505;侧壁导坑内侧增设Φ42×3.5超前小导管,长2m,纵向间距1.0m,环向间距0.3m。

经上述处理,BK7+480-BK7+496坍塌冒顶问题得到了圆满的解决,保证了工程质量与后续工程的顺利进展。

5 结论与建议

5.1 结论

根据双永高速龙岩北互通连接线工程林邦隧道的施工实例,以下因素易引起开挖坍塌：

(1)山体自稳性较差、覆盖层较薄且易遭受暴雨的地段;

(2)大跨径洞室开挖;

(3)导坑侧墙涌水时,如涌水量较大且掌子面围岩级别较差,易造成掌子面上部塌方。

5.2 建议

(1)断层破碎带及浅埋段施工时,浅埋段宜采用管棚超前支护,注水泥浆液加固地层。采用型钢钢架、锚杆、钢筋网、喷射砼一体的联合支护体系,并选择合理的开挖方法。如三台阶临时仰拱法或双侧壁导坑法,加强监控量测,据以指导施工。仰拱及时施工,二次衬砌紧跟。

(2)滑坡影响隧道施工时,应结合滑坡整治工程修建临时和永久排水设施,避免坡面流水、施工用水和洞内流水进入滑坡体。洞门施作前,对坡面进行预加固后方可进洞,并加强支护措施和施工工艺,防止坡面变形。施工过程中,按照设计文件中的监控量测要求对洞内围岩和支护结构的位移、变形、受力情况实施施工过程的完整监测,并增设滑坡体的监测,监控量测结果及时反馈,以指导设计与施工。

(3)穿越软岩大变形地段时,应采用超前水平钻孔和孔径变形法,采用浅孔控制爆破,降低一次爆破用药量,减轻围岩扰动。按“先放后抗”的原则,增大初期支护预留变形量。全环布置型钢钢架、架设足够强大的横撑或临时仰拱等,使支护尽早封闭成环。

摘要：隧道洞身的开挖和支护是隧道施工的关键,本文以双永高速龙岩北互通连接线工程林邦隧道为例,介绍新奥法在隧道洞身开挖和支护施工中的应用,分析开挖过程围岩变形情况,提出异常问题处理的对策措施。

关键词：新奥法,隧道,开挖与支护,变形,对策措施

参考文献

[1]郭陕云.再议隧道工程新奥法[J].隧道建设,2007.

浅谈新奥法施工技术的相关问题 篇8

近年来, 新奥法在我国的公路、铁路、城市地铁中得到更广泛应用。但新奥法在我国运用过程中仍存在不少问题, 主要是对新奥法理解不深, 对新奥法施工的基本原理不熟悉, 施工管理与新奥法的要求有较大的差距等。

1 新奥法的原理

把岩体视为连续介质, 根据岩体具有的粘性、弹性、塑性的物理性质, 并利用洞室开挖围岩应力重分布而产生松动破坏有一个时间效应的动态特点, “适时”的采用薄壁柔性支护结构 (以锚喷支护为主要手段) , 围岩紧密贴合起来共同作用, 从而调动并充分利用了围岩的自身承载能力, 以达到围岩稳定的目的。

2 新奥法的应用中存在的问题

2.1 光面爆破

施工要求采用光面爆破, 尽量降低对围岩的扰动, 而现场施工时由于岩体的多变性, 和专业爆破技术指导人员的缺乏, 往往不能达到理想的爆破效果。

2.2 锚喷支护

1) 初喷:初喷指在隧道开挖完成后, 先对开挖暴露出的围岩进行喷射混凝土支护, 厚度约为3cm。而在现场施工中, 为了减少施工工序, 加快施工进度, 一般没有哪个施工队伍去这样做。

2) 锚喷由于施工工艺和操作人员的原因, 喷射混凝土时厚度极不均匀现象时有发生, 起拱线以上至拱顶由于喷射混凝土回弹量大等原因, 厚度往往达不到设计要求。

2.3 与围岩密贴程度

初期支护要与围岩密贴是新奥法施工中所要求的, 达到与围岩共同承载的目的。但在现场施工检查中, 设计支护采用锚杆+钢筋网片+钢花拱或工字钢架+喷射混凝土时, 因喷射混凝土不便或喷射方式等原因, 其后面常存空洞。

2.4 现场量测

由于各种原因, 现场量测方法不完善或不及时, 满足不了施工进度的需求, 这是不少坍塌事故没有避免的一个主要原因。

2.5 支护时间的两个极端

1) 在岩体内应力达到峰值前支护已经到位, 岩体的进一步变形受阻, 构成岩体与围岩支护共同体, 如支护刚度强度足够, 则共同体稳定, 否则共同体失稳;2) 在岩体内应力达到峰值时, 支护未及时架设, 甚至岩体破裂充分发展, 支护仍未起作用而导致围岩失稳在现场施工中, 两种情况常有发生, 有不少塌方故都是由于后者原因造成的。

2.6 不能及时判定围岩变化

由于工程岩体的复杂性, 具有不连续性、非均匀性、各项异性、环境赋存性等特点, 不同工程类别的围岩稳定程度有较大差别, 同一工程相同类别的围岩其稳定程度也不尽相同, 甚至有较大差别。再者又由于勘查时不够细致或有预测不到的围岩变化情况发生, 这就需要在施工时根据围岩情况对支护措施做出适当改进。然而现场工程地质方面技术人员往往相对缺乏, 不能够及时做出判断改进, 只有当围岩失稳事故发生后再会同设计单位进行会谈变更往往陷入被动局面。

3 新奥法施工应注意的问题

3.1 选择合适的开挖方法

为避免多次扰动围岩, 新奥法隧道施工应尽可能用大断面、少分块的方法, 尽量减少对围岩的扰动。开为保证洞形园顺, 避免出现超挖或突变, 开挖必须采用光面爆破或预裂爆破, 以减少对围岩扰动范围, 有效地减少超欠挖和应力集中所引起的塌方。

3.2 选择合适的辅助措施

喷射混凝土和锚杆是新奥法的技术基础, 但绝对不能认为新奥法只能用喷射混凝土和锚杆。由于隧道工程地质情况都是推断的, 当开挖面自稳性差时, 应采取辅助措施提高围岩自稳能力。主要有超前锚杆、超前小导管、管棚、地面砂浆锚杆、超前小导管注浆、深孔预注浆、中空注浆锚杆、自进式锚杆等。

3.3 合理进行初期支护, 确保形成完整的自承体系

在新奥法施工中, 主要是通过喷射混凝土、锚杆、钢拱架 (钢格栅) 施作初期支护。及时喷射混凝土可有效控制围岩变形, 抑制围岩的进一步裂化, 维护和调动围堰的自承能力, 这也是新奥法的一个重要特征。隧道开挖后, 应及时对开挖面进行初喷, 以保护围岩。初喷之后再施作锚杆和钢拱架 (钢格栅) , 这既保证施工安全, 又使钢拱架 (钢格栅) 有一个保护层, 要杜绝先打锚杆或先安装钢拱架 (钢格栅) 后再施作初喷混凝土的行为。要注意提高喷射混凝土的质量, 控制好喷射的风压、水压、喷射角度、喷射距离、一次喷射厚度、各喷层间时间间隔、喷射分区、喷射顺序。锚杆施工中要注意锚杆的方向和注浆的饱满性, 提高锚杆的耐久性。锚杆应在围岩发生急剧变形之前施作, 否则作用将明显降低。

3.4 配备有经验的施工人员

新奥法施工不是简单的开挖、喷射混凝土、施作锚杆, 而是在施工过程中, 根据现场开挖暴露出来的地质情况以及量测资料及时调整开挖方法、爆破参数、支护参数等, 因此, 在现场必须有能够根据复杂的地质情况及时做出应变和决策并坚决执行的管理人员、工程师。

3.5 充分利用量测资料

采用新奥法施工的隧道, 必须加强隧道监控量测的管理, 选择责任心强、技术水平高、业务精通的技术人员专门负责监控量测工作。同时, 及时对量测数据进行整理分析, 要采用电子计算机等高科技对量测资料进行采集、整理和分析, 提高数据采集、处理、分析的自动化程度, 提高数据采集水平和数据处理水平, 建立合理的数据分析处理模型, 以保证量测工作正常有效地开展, 保证取得的数据真实可靠。

3.6 完善检测手段, 提高检测水平

新奥法施工队各道工序施工质量要求严格, 因此, 必须要具备完善的检测设备和手段, 配备有经验的、技术水平高的监测人员。

3.7 提高隧道施工机械化水平

隧道施工的出路在于提高施工机械化水平, 应重视设备的选型及配套, 配备满足施工要求的先进的钻爆设备、喷射设备、注浆设备等关键设备。

参考文献

[1]蔡美峰.岩石力学与工程[M].科学出版社, 2002.