浅析新奥法在隧道开挖中的应用

安静

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

1 隧道新奥法施工技术概述

1.1 隧道新奥法施工技术简介

新奥法在隧道工程施工中的应用尤为广泛和普遍，尤其是在公路隧道施工项目中，使用新奥法进行施工的隧道项目占比已经超过项目总量的80%。新奥法全称为“新奥地利隧道施工法”，最早于上世纪五十年代被奥地利著名土木工程师西维兹提出。新奥法隧道施工技术基于传统的岩土力学基本理论，并结合隧道开挖施工技术及经验总结提出，属于典型的半经验半理论施工工法之一。新奥法的核心技术内容是将隧道开挖支撑锚杆和高压衬砌喷射混凝土相互组合，衬砌支撑锚杆可以解决传统混凝土砂浆衬砌强度不足的缺陷，高压喷射衬砌混凝土可以更好地保护支撑锚杆，防止支撑锚杆老化，二者相互补充，共同发挥隧道围岩支护功能。其组合工作原理类似于钢筋混凝土结构。新奥法在从开始提出到正式形成一种系统性施工技术的过程中，通过世界范围内不同国家的应用改进，使其施工技术质量和可靠性不断提升，目前，新奥法的成套施工技术体系已经形成，其在隧道开挖施工过程中的优势得到充分彰显。

随着新奥法施工技术的成熟和完善，在各类重大隧道工程开挖施工过程中，已经成为首选推荐施工工法，尤其对于隧道围岩强度等级较弱，隧道围岩破碎工况严重的隧道开挖项目效果尤为显著。

1.2 隧道新奥法施工特点分析

第一，采用新奥法施工的公路隧道项目选用锚杆衬砌混凝土喷射组合施工技术，由于锚杆支护和隧道衬砌混凝土喷射施工可以同隧道开挖同步开展，施工时效性较高，完全可以实现“边开挖、边支护”的施工要求；此外，能够充分发挥出隧道开挖作业面的空间效应，在隧道开挖断面出现大变形和大位移前，可以通过组合支护措施限定其变形发展，尤其是破碎性围岩结构，采用该技术能够防止隧道围岩结构应外荷载扰动作用下产生的应力松弛效应，部分工况较差的隧道可以提前支护，保证支护效果，可以借助喷射衬砌混凝土的快干性和混凝土与锚杆结构之间的摩阻力，确保隧道围岩的支护可靠性和时效性。

第二，由于开挖作业面与衬砌支护作业面同步进行，开挖断面的碎石层可以快被快速密封，避免了由于开挖施工作业扰动引起的隧道围岩失稳脱落，能够实现全断面、无死角密封防护，极大地避免了因隧道围岩膨胀或潮湿引发的体积膨胀，有效提升了隧道衬砌及围岩结构的强度等级。此外，对于使用钻孔爆破法开挖的隧道断面，在瞬间爆破荷载的冲击作用影响下，隧道围岩结构容易诱导出现多向开裂，裂缝交叉位置易引发衬砌剥离，借助高压喷射混凝土施工技术，可以将混凝土砂浆喷射到开裂内部，起到裂缝封闭和密实的功能，封闭在隧道围岩表面的衬砌结构能够阻隔外界空气和水分，解决了不良环境因素对围岩结构耐久性造成的影响。

第三，锚杆与高压喷射混凝土共同组成支护结构，二者协同工作原理类似于钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土材料，借助混凝土中骨料与锚杆的相互嵌锁作用，能够显著提高隧道破碎围岩的承载能力、刚度及整体性，防止出现因施工扰动诱发的严重坍塌和冒顶事故；此外，借助喷射混凝土可以填充原有隧道围岩表面的凹凸不平情况，防止围岩尖点位置出现应力集中效应影响隧道围岩局部结构的整体性。

2 隧道新奥法施工技术要点

2.1 隧道开挖及碎渣外运

对于确定使用新奥法施工的隧道工程项目，应先调配专业的工程勘察队伍，对拟开挖隧道岩石断面的地质条件、围岩等级及围岩节理发育情况进行勘察，制定相应的新奥法施工技术方案，尤其应做好施工现场组织设计、施工机械配置及地质超前预报等关键技术环节，隧道断面开挖方式尽量使用定点钻孔爆破技术，合理控制炸药数量，在保证施工爆破量和施工效率的前提下，尽可能降低施工荷载对隧道围岩的扰动，为锚杆支护和高压衬砌混凝土喷射施工提供先决条件。对于软质岩层结构，建议使用机械开挖或者人工与机械联合开挖法，避免因爆破开挖时产生的瞬间冲击荷载对隧道围岩结构的不良影响。除了隧道开挖外，为了保证洞内开挖工作的接续进行，必须制定相应的开挖碎渣出渣方案，保证隧道开挖工程项目的正常推进。开挖碎渣的外运方式可细分为人工外运和机械外运两种，人工外运调度灵活，但调运效率低下，需要耗费大量的人力物力，工程经济性较差，人工调运一般应用在隧道开挖洞口直径较小或者短距离隧道开挖工况中；机械调运的调运效率明显提高，但需要一次性投入大量的装载机械和运输车辆，施工前期投入较大，机械外运适用于洞口开挖断面直径较大且内部交通运输便捷的施工工况，尤其适用于单向掘进的特长隧道。

2.2 隧道衬砌支护

隧道衬砌支护必须坚持“边开挖，边支护”的相关原则，开挖后的断面，岩层尚处于不稳定状态，建议先将锚杆按照设计位置打入隧道围岩结构中，并同时采用高压喷射混凝土喷射衬砌结构，衬砌混凝土属快干型，能够迅速形成强度，与锚杆形成统一的支护结构。对于破碎性围岩结构，在施工荷载扰动下，隧道围岩容易出现大变形，因此，破碎围岩结构必须尽快采取支护措施，合理控制围岩刚度指标，衬砌结构设计应为柔性结构，以提升隧道衬砌结构与围岩之间的有效贴合性，此外，借助柔性结构可以缓释围岩变形，防止出现严重的刚性瞬间破坏。对于部分存在严重软弱围岩的位置，应强化衬砌支护，衬砌支护不能单纯增厚衬砌混凝土，应适当加密锚杆间距或者在锚杆和衬砌混凝土内增设钢筋网架，以提高衬砌结构的刚度。

3 总结

根据本文分析内容可知，在公路工程隧道开挖施工实践中，尤其针对于软弱围岩隧道开挖，使用新奥法施工的可靠性更高。在后续工程实践中，应细化不同围岩分级对应的支护措施，做好隧道开挖与隧道衬砌支护两个施工环节的协调配合，提高新奥法的施工精度和质量。