新奥法支护施工中的常见支护形式

2014-01-19乔书阳

黑龙江水利科技 2014年5期

关键词：拱架施作管棚

乔书阳

(大伙房水库输水工程建设局，沈阳110006)

新奥法支护施工中的常见支护形式

乔书阳

(大伙房水库输水工程建设局，沈阳110006)

新奥法产生后，在工程应用中不断发展，形成了一套完善的原理和施工原则，文章从工程实际出发，简要的介绍了新奥法隧洞施工中主要的一些支护方法和预支护方法，对各方法的优缺点进行了简要分析，只要应用得当，现有的支护形式能够基本满足隧洞施工的需要。

新奥法原理;施工原则;支护形式

1 新奥法(NATM)的诞生和发展

新奥法最早应用于隧道施工，是由奥地利人拉布采维茨(L.V.Rabcewicz)在1942年开工建设的洛伊布尔隧道中，首次采用了双层薄衬砌，即先喷一层混凝土，待变形收敛后再喷一层。

随后在许多国家和工程师的不断实践之后，在1963年，由拉布采维茨本人对此施工方法正式命名为新奥地利隧道施工法(New Austrian Tunnelling Method)。

新奥法在随后的工程应用中，得到了不断的拓展和完善，最后形成一套完整的施工理论，包含以光面爆破等能够最大限度减少周边围岩扰动的开挖方法和配合以喷混凝土，挂钢筋网，施作锚杆，支立钢拱架和型钢支撑等初期支护形式等施工方法。

2 新奥法基本原理和主要施工原则

新奥法充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工［1］。

新奥法施工中，主要有以下施工原则:

1)充分保护围岩，减少对围岩的扰动。

2)充分发挥围岩的自承能力。

3)尽快使支护结构闭合。

4)加强监测，根据监测数据指导施工［2］。

可以简要概括为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”。

3 新奥法各支护形式简介

主要有5个方面内容:

3.1 喷混凝土(spray concrete)

用压力喷枪喷涂灌筑细石混凝土的施工法。目前喷射混凝土有干喷法和湿喷法两种，干喷法是将水泥、砂、石在干燥状态下拌合均匀，用压缩空气送至喷嘴并与压力水混合后进行喷灌的方法。此法因喷射速度大，粉尘污染及回弹情况较严重，使用上受一定限制［3］。

湿喷法是将拌好的混凝土通过压浆泵送至喷嘴，再用压缩空气进行喷灌的方法。施工时宜用随拌随喷的办法，以减少稠度变化。此法的喷射速度较低，由于水灰比增大，混凝土的初期强度亦较低，但回弹情况有所改善，材料配合易于控制，工作效率较干拌法为高。

3.2 锚杆(bolting)

水工隧洞中所用的锚杆，一般是由金属材质的杆头，杆身，垫板组成，见图1，在隧洞初期支护中，起到悬吊，组合梁，组合拱等应力作用。锚杆技术现在发展很快，产生了许多衍生品种，诸如预应力锚杆，自钻式锚杆等等。我们工程中常用的锚杆，是砂浆锚杆。在隧洞施工中，不但可以施作径向锚杆，还可以根据具体地质情况，施作超前锚杆，用于预加固［4］。

图1 锚杆构成图

3.3 钢筋网片

由钢筋按照一定的间距横纵焊接而成，用于部分富水段或者节理裂隙较为发育的地段，这些地段往往是喷混凝土难以附着或者是需要加强支护的部位，采用挂网喷混凝土，钢筋网与锚杆或者拱架相结合，可以保证喷混凝土的施作和局部支护的加强［5］。

3.4 格栅拱架

一般是由作为骨架的主杆和作为连接支撑的斜杆构成，主杆一般使用Φ14-Φ22螺纹钢，斜杆一般使用Φ14-Φ20螺纹钢;格栅拱架相对于型钢拱架具有制作简单，重量轻便，易于安装，施工快速，费用节省等优点，在隧洞支护中应用较为广泛。

3.5 型钢拱架

是由工字钢分段弯制成符合隧洞断面形状的拱架，一般使用116，120等型号。型钢拱架相对于格栅拱架，具有能够快速发挥强度作用，便于与其他支护形式形成整体作用等优点，但在工程使用中，也存在着一些制约，比如制作较为复杂;运输和支立比较依赖机械;需要使用各种附件和连接件，施工速度较慢，不适用于一些需要快速封闭成拱的地段;另外型钢支架虽然强度较格栅拱架略高，但同尺寸每延米造价却为格栅拱架的4倍［6］。

4 其他一些预支护形式简介

新奥法施工原理不断发展和完善的过程中，一些对于不良地质段尤其是拱顶段的预支护形式得到了良好的尝试和应用，逐渐的发展出以下几种为主的预支护形式:

4.1 超前锚杆

前文已经提到的超前锚杆，可以按照一定的间距，在符合规范要求的外插角范围内施作，对掌子面前方围岩起到预加固作用。

4.2 超前小导管

小导管注浆是浅埋暗挖隧道支护的一种措施，常采用直径38～50 mm的无缝钢管制作，在小导管的前端做成约10 cm长的圆锥状，在尾端焊接Φ6～8 mm钢筋箍。距后端100 cm内不开孔，剩余部分按20～30 cm梅花形布设直径6 mm的溢浆孔。在软弱、破碎地层中凿空后极易塌孔，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前小导管支护。超前小导管支护必须配合钢拱架使用。在条件允许时，也可在地面进行超前注浆加固;在有导洞时，也可在导洞内对隧道周边进行径向注浆加固［7］。

4.3 超前管棚

超前管棚结构的施作类似于超前小导管，区别在于，超前管棚，使用的钢管长度更长，超前小导管一般≤6 m，而超前管棚多为20～30 m或者更长;钢管直径和壁厚更大;小导管直径在40 mm左右，而管棚直径多在100 mm左右;小导管的壁厚多为3.5 mm，而管棚的壁厚要在5 mm以上;另外施作机械也有区别，管棚的施作需要地质钻机。