1、按新奥法施工的指导思想，论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施摘要：随着我国改革开放的不断深化，国民经济的蓬勃发展，公路运输 量在幅增长 ，公路特别是主干线越来越来不能满足日益增长 的公路通行能力的要求。为了更快实现我国交通运输高速化、重载化，从而大力开发和基础设施建设步伐的加快，修建大量大公路隧道越来越受到重视。隧道公路的施工方法经历了从传统矿山法到新奥法，新奥法在隧道施工中的应用越来越广泛。本文重点分析按新奥法施工的指导思想，论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施。关键词：新奥法、施工工艺、围岩等级 概述：隧道受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、
2、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。由于隧道所处的地质环境不同，其围岩稳定特性也不同，因此应采用的支护方式和开挖方式也就不一样。目前隧道的开挖方式主要有全断面开挖方法、台阶法、台阶分部开挖法、导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。1 新奥法基本思想新奥法隧道施工的主要特点有：1、新 奥 法 认 为 围 岩 是 一 种 承 载 机 构 ， 构 筑 薄壁 、 柔 性 、 与 围 岩 紧 贴 的 支 护 结 构 （ 以 喷 射 混 凝 土 、 锚 杆 为 主 要 手 段 ） 并 使围 岩 与 支 护 结 构 共 同 形 成 支 撑 环 ， 来 承 受 压 力 ，
3、 并 最 大 限 度 地 保 持 围 岩 稳 定 ，而 不 致 松 动 破 坏 。 既能有效地支护围岩，同时又允许围岩变形。新奥法认为，先施做薄的辅助混凝土衬砌，监测其变形过程，待变形达到稳定状态后才可修筑永久性支护。3 、 新 奥 法 将 锚 杆 、 喷 射 混 凝 土 适 当 进 行 组 合 ， 形 成 比 较 薄 的衬 砌 层 ， 即 用 锚 杆 和 喷 射 混 凝 土 来 支 护 围 岩 ， 使 喷 射 层 与 围 岩 紧 密 结 合 ， 形成 围 岩 -支 护 系 统 ， 保 持 两 者 的 共 同 变 形 ， 故 而 可 以 最 大 限 度 地 利 用 围 岩 本身 的 承 载 力
4、 。 锚喷支护应用于破碎岩体，锚杆支护的传统概念是锚杆只能用于锚固隧道上部有可能脱落的岩石，而不能用于节理发育的破碎岩体之中。变形动态与监测施工，新奥法通过围岩压力释放来实现二次平衡，因此通过测量围岩和支护变形动态，控制隧道稳定是新奥法的核心内容。1.1类围岩：台阶开挖法1、技术特点1） 施工空间大，可以引入大型施工机械，多作业面平行施工，工效高；部分软岩地段岩地段可以采用反铲挖掘机直接开挖下半断面。减小了对围岩的扰动。2）在地质结构复杂多变，软硬围岩相间的隧道施工中，便于调整施工方法，进度稳定，工期有保障。3）能适应不同跨度和多种 断面形式，没有需拆除的临时施工支护、节省投资。4）爆破施工可
5、以分成多个作业进行，交集中爆破化为分散爆破，既减少了对围岩扰动，又充分利用了时间、空间，还增加了爆破临空面，降低了炸药消耗。全断面法就是将全部设计断面一次开挖成型，再修筑衬砌。一般适用于V类围岩，并配有钻孔台车和高效率运装机械的石质隧道。开挖工作面较大，钻爆效率较高。 台阶开挖法是全断面法的变化方案，是将设计断面分上半部断面和下半部断面二次开挖成型；或采用上弧形导洞超前开挖和中核开挖及下部开挖。开挖的关键是台阶的划分形式，一般将设计断面划分为 12 个台阶分部开挖。台阶法适用于类围岩。台阶开挖法有利于开挖面的稳定，但增加了对围岩的扰动次数。 上下导洞先拱后墙法，适用于类围岩或一般土质围岩等松软
6、地层修建隧道。一次开挖的范围宜小，及时支撑与衬砌，保持围岩稳定。其工作面较多，相互干扰大。传统喷锚暗挖法的施工顺序，可按衬砌的施作顺序分为：先墙后拱法和先拱后墙法。 1 全断面法适用于类围岩。该法可采用深孔爆破，其深度可取 3 3.5M。2 台阶法适用于类较软或节理发育的围岩，其施工要求如下： (1)上下台阶之间的距离，应能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量。 (2)当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。(3)台阶不宜多分层，装渣机械应紧跟开挖面，以减少扒渣距离。 3 台阶分部开挖法适用于类围岩或一般土质围岩地段。一般环形开挖进尺不应过长，以 0.51.0M 为宜
7、。 4 导坑法适用于类围岩。下导坑适用于探查开挖面前方地下水情况；中央导坑适用于处理膨胀压力地层；上导坑适用于洞口段辅助开挖。各工序安排应紧凑，支护及时，保证施工安全。5.1 开挖上半断面 开挖高度为 5.5m 左右，宽度按设计轮廓线，采用光面爆破技术开挖，爆破后的松渣用装载机载入自卸车运至洞外。 5.2 上半断面初期支护 5.2.1 爆破后用高压风吹尽灰尘，清除松动岩块后，立即初喷 C20 砼34cm。 5.2.2 按设计施工 D25 中空注浆锚杆及 20MnSi 直径 22 的药卷锚杆，D25中空注浆锚杆 L=4m,，纵环间距 50120cm，梅花形布置；药卷锚杆 L=2.5m，纵环间距
8、120120cm，锚杆方向尽量与岩面垂直。 5.2.3 挂双层钢筋网，钢筋网紧贴初喷砼面，超前锚杆尾部与钢筋网焊接起来。 5.2.4 复喷 C20 砼至设计厚度。 5.3 开挖下半断面 上半断面超前 1520m 后，进行下半断面开挖，开挖方法同上半断面。 5.4 下半断面初期支护 下半断面锚杆、钢筋网、喷砼等初期支护与上半断面相同 5.5 防水层 防水层在初期支护基本稳定时施工，铺设 1.2mm 厚 EVA 防水卷材及300g/m2 无纺布作为防水层。 5.6 二次衬砌 二次衬砌工作面与下半断面开挖面间隔 3550m 进行施工，采用模筑混凝土作为二次衬砌，二次衬砌采用全液压衬砌台车，砼在洞外搅
9、拌站搅拌，砼运输车运至洞内，砼输送泵泵送入模。新 奥 法 是 以 喷 射 混 凝 土 、 锚 杆 支 护 为 主 要 支 护 手 段 ， 因 锚 杆 喷 射 混 凝 土 支护 能 够 形 成 柔 性 薄 层 ， 与 围 岩 紧 密 粘 结 的 可 缩 性 支 护 结 构 ， 允 许 围 岩 又 一 定的 协 调 变 形 ， 而 不 使 支 护 结 构 承 受 过 大 的 压 力 。 施 工 顺 序 可 以 概 括 为 ： 开 挖 一 次 支 护 二 次 支 护 。 3.1 开 挖 开 挖 作 业 的 内 容 依 次 包 括 ： 钻 孔 、 装 药 、 爆 破 、 通 风 、 出 渣 等 。 开
10、 挖 作业 与 一 次 支 护 作 业 同 时 交 叉 进 行 ， 为 保 护 围 岩 的 自 身 支 撑 能 力 ， 第 一 次 支 护工 作 应 尽 快 进 行 。 为 了 冲 分 利 用 围 岩 的 自 身 支 撑 能 力 开 挖 应 采 用 灌 面 爆 破（ 控 制 爆 破 ） 或 机 械 开 挖 ， 并 尽 量 采 用 全 断 面 开 挖 ， 地 质 条 件 较 差 时 可 以 采用 分 块 多 次 开 挖 。 一 次 开 挖 长 度 应 根 据 岩 质 条 件 和 开 挖 方 式 确 定 。 岩 质 条 件好 时 ， 长 度 可 大 一 些 ， 岩 质 条 件 差 时 长 度 可
11、小 一 些 ， 在 同 等 岩 质 条 件 下 ， 分块 多 次 开 挖 长 度 可 大 一 些 ， 全 断 面 开 挖 长 度 就 要 小 一 些 。 一 般 在 中 硬 岩 中 长度 约 为 2-2.5 米 ， 在 膨 胀 性 地 层 中 大 约 为 0.8-1.0 米 。 3.2 第 一 次 支 护 作 业 包 括 ： 一 次 喷 射 混 凝 土 、 打 锚 杆 、 联 网 、 立 钢 拱 架 、复 喷 混 凝 土 在 巷 道 开 挖 后 ， 应 尽 快 地 喷 一 层 薄 层 混 凝 土 （ 3-5mm） ， 为 争 取 时 间 在较 松 散 的 围 岩 掘 进 中 第 一 次 支 护
12、 作 业 是 在 开 挖 的 渣 堆 上 进 行 的 ， 待 把 未 被 渣堆 覆 盖 的 开 挖 面 的 一 次 喷 射 混 凝 土 完 成 后 再 出 渣 。 按 一 定 系 统 布 置 锚 杆 ， 加 固 深 度 围 岩 ， 在 围 岩 内 形 成 承 载 拱 ， 由 喷 层 、锚 杆 及 岩 面 承 载 拱 构 成 外 拱 ， 起 临 时 支 护 作 用 ， 同 时 又 是 永 久 支 护 的 一 部 分 。复 喷 后 应 达 到 设 计 厚 度 （ 一 般 为 10-15mm） ， 并 要 求 将 锚 杆 、 金 属 网 、 钢 拱架 等 覆 裹 在 喷 射 混 凝 土 内 。 完
13、成 第 一 次 支 护 的 时 间 非 常 重 要 ， 一 般 情 况 应 在 开 挖 后 围 岩 自 稳 时 间 的二 分 之 一 时 间 内 完 成 。 目 前 的 施 工 经 验 是 松 散 围 岩 应 在 爆 破 后 三 小 时 内 完 成 ，主 要 由 施 工 条 件 决 定 。 在 地 质 条 件 非 常 差 的 破 碎 带 或 膨 胀 性 地 层 （ 如 风 华 花 岗 岩 ） 中 开 挖 巷 道 ，为 了 延 长 围 岩 的 自 稳 时 间 ， 为 了 给 一 次 支 护 争 取 时 间 ， 安 全 的 作 业 ， 需 要 在开 挖 工 作 面 的 前 方 围 岩 进 行 超
14、前 支 护 （ 预 支 护 ） ， 然 后 再 开 挖 。 在 安 装 锚 杆 的 同 时 ， 在 围 岩 和 支 护 中 埋 设 仪 器 或 测 点 ， 进 行 围 岩 位 移 和应 力 的 现 场 测 量 ： 依 据 测 量 得 到 的 信 息 来 了 解 围 岩 的 动 态 ， 以 及 支 护 抗 力 与围 岩 的 相 适 应 程 度 。 一 次 支 护 后 ， 在 围 岩 变 形 趋 于 稳 定 时 ， 进 行 第 二 次 支 护 和 封 底 ， 即 永 久性 的 支 护 （ 或 是 补 喷 射 混 凝 土 ， 或 是 浇 注 混 凝 土 内 拱 ） ， 起 到 提 高 安 全 度 和
15、整 个 支 护 承 载 能 力 增 强 的 作 用 ， 而 此 支 护 时 机 可 以 由 监 测 结 果 得 到 。 对 于 底 板 不 稳 ， 底 鼓 变 形 严 重 ， 必 然 牵 动 侧 墙 及 顶 部 支 护 不 稳 ， 所 以 应尽 快 封 底 ， 形 成 封 闭 式 的 支 护 ， 以 谋 求 围 岩 的 稳 定 。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
16、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” 。
