新奥法施工技术浅析

范优甲

(河北路桥集团有限公司)

新奥法施工技术浅析

范优甲

(河北路桥集团有限公司)

通过对新奥法钻爆开挖、喷锚支护、监控量测以及二次模筑混凝土衬砌等施工工艺的阐述，分析施工工艺要点以及目前隧道施工中新奥法的实施和推广。

新奥法;施工技术;工艺要点

1 前言

新奥法(New Australian Tunnelling Method)是新奥地利隧道施工方法的简称(NATM)，由奥地利土木工程师拉布西维兹(L.V.Rabcewicz)在长期从事隧道施工实践中，从岩石力学的观点出发并总结隧道建设实践经验首次提出;以喷射混凝土和锚杆以及钢架等相互组合作为主要支护方式，通过监控量测围岩的变形，充分发挥围岩的自身承能力的施工方法。

2 施工过程

2.1 开挖

开挖是先导工作，在整个隧道的施工过程中至关重要。故专业分工比较细，设有量测划线组、钻孔组、爆破组和清渣等班组。

在一般情况下，一个循环的工作时间约为20 h，生产人员约53人。施_工机械配有空压机、风动凿岩机、大吨位自卸汽车、轮式装载机，以及通风和照明等设备。开挖工作是以施工机械为主和一般的劳动手段为前提的一种劳动组合，每一个工作循环的进尺在2 m左右。

开挖有两种不同的方法:全断面法和台阶法。其台阶的长度以4～8 m为宜，这样以利上半部的石渣自行抛落到路床上，否则就需重劳力将其扒至台阶的下面，才能采用装载机等机械进行清渣。另外一般双车道隧道，其开挖高度约近8 m。当采用这种台阶法施下时，不仅增加了工作面，还可以减少开挖和初次支护工作所需配置的脚手架的安拆工作，可以取得较好的施工经济效益。台阶法虽然将隧道分为上下两个半部，但在开挖掘进时，仍应同时进行钻孔爆破，一次完成。采用全断面法施工时，则宜采用凿岩台车或其他先进的凿岩设备进行附岩爆破作业。

洞身爆破开挖，综合了毫秒爆破和光面爆破技术，用侧翻装载机、大型挖掘机(通常采用PC220以上)装渣和大吨位的自卸汽车或传输带出渣。首先是将隧道划分为上下两个半部，分别布孔并采用不同的装药量。由于采用的是毫秒爆破技术，这样在爆破过程中，因各部位置起爆时向差异的关系，增大了临空面，可以减少爆破时对围岩扰动影响的因素，而爆破后的石渣又便于装载机装渣。因此，根据围岩类别、洞身埋深、炮孔孔深、炮孔的类别(掏槽孔、辅助孔、周边孔、底板孔)和实际出渣能力等因素，各部位炮孔之间的间距以及装药量也各不相同。其主要目的是在施工过程中通过采用技术措施，最大可能的降低爆破对围岩体的扰动，确保安全;另一方自也能满足采用台阶法爆破施工技术的要求。

围岩横断面的各部设计开挖尺寸，是按照高速公路隧道建筑限界标准加上复合衬砌厚度、预留沉降、初期支护厚度等确定的设计开挖线，也就是进行编制工程造价和计量支付的计价线。超挖量的问题是隧道施工过程中不可避免的，采用新奥法爆破施工的超挖量一般控制在15 cm以内、欠挖量一般控制在5 cm以内。

从算出的各类围岩的横断面积来看，其设计开挖面积的大小不同，以致衬砌的厚度有所不同，故设计开挖面积就有差异。根据统计，新奥法由于综合了毫秒爆破和光面爆破技术，与矿山法相比，开挖断面少4.7% ～10.0%、超挖回填量降低50%。

新奥法的核心技术是，光面爆破开挖、喷锚支护和监控量测。所谓量测并不是一般用花杆和皮尺去丈量或检验一下现场，而是因隧道地质的复杂性和不可预见行性，初始设计未必完全符合客观实际情况，所以，在施工过程中应边开挖边监测，对地质情况做出预报，据以调整支护形式和施工方案，是隧道施工过程中极为重要的一个工作环节。由于这项工作是在施工中进行的，所以又被称为信息化施工或现场临床诊断式施工。它的主要评价指标是围岩体是否稳定和支护形式是否合理。因此，为了切实做好这一量测工作，在劳动组合中，一般都设有不少于5人负责量测画线的专业小组。

2.2 初期支护

洞身开挖前，首先在进洞口设置管棚(先钻孔，再放导管，后注浆)，加固围岩(一般长度10～45 m)，再根据围岩情况进行开挖，并决定开挖长度，接着喷浆，设置各种锚杆，设置钢拱支撑、钢丝网、联结钢筋，最后喷射混凝土，完成初期支护。

喷锚支护指初期柔性支护，一般在开挖后的渣堆上即开始进行，在开挖后围岩自稳时间的1/2时间内完成。喷锚施工一般设有喷射混凝土和锚杆两个班组。这项工作常分为两次进行，一次是在爆破后，经找顶，进行初步清渣和初步喷锚支护;在清渣工作全部结束后，按设计要求完成锚杆、挂钢筋网或铁丝网、喷射混凝上的全部工作。生产人员约29人，每一工作循环约需8h，需要配备混凝土喷射机和凿岩机等设备。

山岭公路隧道衬砌，通常采用喷锚技术°“喷锚”是喷射混凝土、喷射混凝土与锚杆、钢筋网或铁丝网喷射混凝土与锚杆等类型的支护或衬砌的总称。

喷射混凝土有干法喷射和湿法喷射两种。根据施工实践经验，在喷射过程中，其回弹量可高达50%左右，故应注意做好材料的回收利用。这是一个重要的问题。

喷射混凝土应分段、分片由下而土顺序进行喷射。每段长度不应超过6 m。一次喷射的厚度，如不掺速凝剂、拱部为3～4 cm，边墙为5～7 cm;如掺速凝剂，拱部为5～6 cm，边墙为7～10。当分多次喷射时，后一层喷射应在前层混凝土终凝后进行。

锚杆一般采用Ⅱ级钢筋做成。其类型和用途比较多，它与喷射混凝土等共同形成永久性支护。根据施工实践，按新奥法施工的隧道，爆破对围岩扰动的影响范围最大不会超过1.5 m。所以锚杆的长度一般不应小于1.5 m。

2.3 二次衬砌模筑混凝土

在初期支护完成且围岩趋于稳定之后，铺设防水层(防水层之外设置各种排水管)，之后开始二次衬砌。复合衬砌中的二次衬砌，大多采用现浇混凝土，为有别于喷射混凝土，故习惯称之为模筑混凝土。施工中采用定型装配式的活动钢模板组织施工，衬砌的内轮廓线应一致，这也是钢模板制造和美观的要求。

模筑混凝土系指立模现浇混凝土，与在露天情况下现浇混凝土没有大的差异;所不同的是在洞内作业，其模板则宜采用专用纵向长度8～12 m组合式的门式模板台车浇筑混凝土整体衬砌。

在开挖过程中因爆破造成超挖，一般约为设计开挖工程最的4%。因此，当按照设计要求在做初次喷锚支护时，拱部和边墙处存在不同程度的空隙，要求采用现浇混凝土或石砌圬工将空隙回填密实，使各部衬砌与围岩紧密地结合起来，共同承受荷载。

2.4 新奥法施工的基本原则

新奥法施工的基本原则为“短开挖、弱爆破、早支护、快封闭、勤量测”°动身开挖过程中“短开挖、弱爆破”，以确保开挖对隧道围岩整体自身稳定性的扰动和破坏，缩短围岩应力松弛时间。开挖后及时做初期喷锚支护，形成永久承载结构，尤其是承受部分水压和全部土荷载的浅埋隧道、海底隧道其初期喷锚支护则承受全部水荷载和围岩荷载，而二次模筑衬砌则作为安全储备。在隧道施工全过程中，通过对洞内外地质与支护状态观察、拱顶下沉、地表下沉、钢架内力及外力、围岩体内位移、围岩压力、两层支护间压力、锚杆轴力、爆破震动及渗水压力水流量等项目指标的监控量测，实时准确掌握围岩(或围岩加支护)的受力状态和稳定状态，实现动态设计、动态施工。

3 结语

新奥法施工工艺源于实践，又在广泛的实践中得到了进一步发展，在我国隧道建设中推广新澳法施工以来，经过长期的发展，通过科研、设计、施工的三结合，成效显著。当然，新奥法也存在着不足之处，不过通过工程技术人员和科研工作者的齐心协力，在实践中一定能把新奥法不断完善，使其在我国的现代化地下工程建设进程中得到更加广泛的推广和应用。

［1］中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工技术规范(JTG F60-2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［2］中华人民共和国交通运输部.公路隧道施工技术细则(JTG/T F60-2009)［S］.北京:人民交通出版社，2009.

［3］洪开荣.山区高速公路隧道施工关键技术［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［4］王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］钱东升.公路隧道施工技术［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［6］关宝树.隧道施工要点集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［7］王建宇.隧道工程的技术进步［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

［8］郭陕云.论我国隧道和地下工程技术的研究和发展［J］.现代隧道技术，2004年(增刊):1-6.

［9］陈建勋.全国工程试验检测人员考试用书-隧道［M］.北京:人民交通出版社，2010.

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1008-3383(2013)03-0088-02

2012-12-11

范优甲(1975-)，男，河北饶阳人，工程师，从事高等级公路施工管理工作。