“新奥法”施工理论在观音阁输水工程隧洞三标工程中的应用

蔺新龙 薛天野

【摘要】 随着现代水利工程的不断发展，对其隧洞的施工质量要求越来越高。本文就观音阁输水工程中的隧洞工程施工进行探讨，在其施工过程中主要运用“新奥法”施工技术，以提高围岩的稳定性，将其自身的承载能力充分发挥。

【关键词】 新奥法；输水工程；隧洞；施工技术

1.“新奧法”的基本理论

新奥法的英文全称为：New Austria Tunneling Method，在工程中通常简称NATM。新奥法是由上世纪60年代奥地利的L.V.R abcewicz提出的一套隧道设计施工技术，改法在申请得到专利以后再世界范围内得到了迅速推广和发展，并成功的从最初只能运用到围岩较好的隧道，发展到能在地质较差的地层中运用。

“新奥法”所追求的目标主要是要维持围岩的稳定，充分发挥围岩的自身承载能力，而不是让衬砌或临时支撑去承担业已塌落的岩块的重量。对不稳定的围岩，在它行将破坏之前就必须进行支护，使它在变形过程中促成新的平衡体系。

“新奥法”的主导思想主要是尽最大可能来发挥围岩自身的作用，而减轻支护的压力。所以适时施作衬护以制止围岩发生有害的变形，已达到充分发挥支护结构材料的强度。与传统隧道设计施工最本质的区别在于新奥法将开挖周边的岩土视为一个连续介质，支护设计时主要根据周边岩土的粘、性、性物理力学性质，同时利用地下开挖后岩体重力的重分布而引起的变形和松动到破坏的时间效应，适时的采取柔性支护结构（常见为锚喷）；使喷射的混凝土与周围岩土紧密结合，以此很好的利用天然围岩的自身承载能力，最终达到围岩稳定的目的。

这两条基本理论的核心就是围岩稳定稳定问题。而“新奥法”施工就是使开挖后的围岩应保持自然稳定状态。

2.新奥法的适用范围

任何一种方法都不是万能，虽然新奥法普适性较广，能运在各种复杂地质中使用，但也不能例外。如前文所述，新奥法的使用需要通过对隧道现场围岩的变化进行实时的监控，针对得到的数据做相应的设计，使支护结构能够很好的利用围岩自身的自稳能力以达到良好的支护效果，也就是说围岩的的自稳能力是新奥法实施的前提条件。当遇到围岩的自稳能力极弱，或根本无法提供自稳能力时，新奥法的实施就存在一定的困难。根据实际工程主要可以终结为一下几点：（1）在隧道开挖后出现大量的漏水情况，且围岩以石灰岩溶为主，或在断层破碎带，围岩自稳能力极弱；（2）含卵石的粘土层，此时在隧道开挖后喷混凝土根本无效；（3）特殊岩层锚杆根本无法打入的；（4）围岩中存在大量的砂层或砂砾层，围岩无法自稳等。因此，这就要求隧道在开挖请做好及时有效的地质勘查，并做好应急准备。在最新开挖的掌子面及时的做好地质超前探测，针对实际的预测结果对隧道的施工方法做及时的调整，必要时可采取地层预注浆、管棚超前支护等辅助措施。

3.“新奥法”的实施

3.1 采用控制爆破技术

硐室开挖大多都采用钻爆法，或多或少的对围岩产生扰动，但可以通过爆破参数和起爆顺序来调整，使爆破对围岩的扰动破坏控制在最小的限度之内。

辽宁省观音阁水库输水工程隧洞施工三标采用钻爆光面爆破法。施工中控制装药量，增加临空面，利用药卷与钻孔不偶合关系，采用光面爆破。见表1.表2。其残孔率在85%以上，对围岩扰动深度控制在0.2m左右，壁面起伏差控制在15cm左右。

表1主洞开挖爆破参数

起爆

顺序 孔名 孔径mm 孔深m 孔距cm 药卷直径mm 弹孔药量Kg 线集中度Kg/m 孔数

（个） 总药量Kg

1 掏槽 42 2.5 27 32 0.6 240 6 3.6

2 扩槽 42 2.5 27 32 1.2 480 6 7.2

3 崩落 42 2.3 52-73 32 1.2 480 14 16.8

4 底周边 42 2.3 58 25 1.2 480 4 4.8

5 周边 42 2.3 46 25 0.4 174 16 6.4

6 边角 42 2.3 58 25 0.4 174 2 0.8

合计 48

39.6

指标 单位耗药量2.0Kg/m3；不偶合系数1.3，炮孔密集系数1.0。

表2施工技术参数

项目 单位 数量 项目 单位 数量

设计断面 m2 8.69 平局每排炮进尺 m 2.2

平均钻孔数 个 48 爆破效率 % 88

钻孔密度 个/m2 5.3 单位耗药量 Kg/m3 2.0

钻孔直径 mm 42 实测平均开挖面积 m2 8.9

钻孔速度 m/分 0.12 平均径向超挖值 cm 5.7

钻孔深度 m 2.5 超挖率 % 2.9

3.2 及时进行支护

及时支护的目的是更有力的控制围岩变形的有害发展。所为及时就是更好地掌握适当的时机，充分抓住围岩在爆破后产生应力徐变的有利时机。而“新奥法”理论认为，不允许围岩变形是不可能的。但又要控制它自由破坏发展，这就要给他约束。所以采用合理的方法就是增加柔性支护，使之尽快形成一个闭合环。本工程就是采用喷砼支护，其原理是喷锚支护相当于一个闭合圆环，这种方法形成快，能充分利用有利时机。

喷砼采用湿喷法。这种方法砂子含水率保持在5～7%。配合比为：C：S：G=1：1.69：1.76；用普通42.5级水泥，水灰比为0.37；粘稠剂和速凝剂掺量为5.3%和7%；风压一般为0.15～0.22MPa；这种喷砼工效快，回弹率低，控制在10%范围内，效果好。

本工程采用喷砼作为柔性支护，具有灵活性，它可随不同部位沿不同方向进行锚固，见效快、作用大。与围岩紧密结合，形成一个承载圈，与围岩共同起作用。

喷砼的同时，根据围岩发展情况还可配合锚杆，严重破碎部位挂钢筋网。目的是更加约束围岩自由扩展，以达到稳定平衡。

最终形成的支护结构应使支护墙体和围岩紧密相连，两种现场的支护体既要有足够的刚度用以限制围岩的变形防止岩体松散破坏；但支护体又必须具备相应的柔度，用以防止围岩在支护之后发生的适量变形，而造成支护体承受较大的变形压力而破坏。当支护体需要加强时，宜选用钢筋网或锚杆、钢筋网等加固，不宜大幅度加厚混凝土喷层。当围岩的变形趋于稳定之后，应及时的进行二次衬砌，以增加隧道的安全度同时满足设计要求。

3.3 施工量测

采用“新奥法”施工时，施工期围岩稳定状况、衬砌时机和效果，要靠现场量测结果来判断。施工量测是判断围岩发展变形的依据，也是提供施工期安全可靠地判断结果。

量测的主要内容有应变观测、应力量测、变形量测。主要解决了以下问题。

（1）掌握围岩发展变形的发展过程，预测预报围岩的稳定状况，以此来选择支护的时机和方案。（2）取得现场实际资料的数据，作为下一段的施工方案的依据。（3）认识支护与围岩相互作用的机理，以进一步完善和发展推广“新奥法”施工理论创造条件。

通过量测观察，采用光面爆破，一次周边光爆效果好。喷锚支护要尽可能提前施工，一般不宜超过6～8小时，使之及早形成闭合圈，使围岩达到稳定平衡状态。

结束语

总之，新奥法对隧道和城市地下工程的开挖有着毋庸置疑的贡献，若能良好的运用和推广能为整个地下工程带来安全、高效、经济的开展。但目前在实际工程中受利用的诱惑加之监管力度的欠缺，往往无法良好的运用新奥法的理论正确的指导施工。