浅谈新奥法推行中存在的问题

2019-03-28

福建质量管理 2019年10期

(西昌学院土木与水利工程学院四川西昌 615013)

二十世纪五十年代，奥地利学者拉布西维兹教授提出了新奥地利隧道施工方法，简称新奥法(NATM)。它以弹性力学、岩石力学理论为基础，结合隧道工程实际施工经验，将喷锚支护作为主要支护手段的一种施工方法。新奥法经过多年理论研究和工程实践于60年代取得专利权并正式命名。之后新奥法在西欧、北欧、美国和日本等国家的许多地下工程中迅速发展，现已成为现代隧道工程标志性新技术之一。新奥法于六十年代被引入我国，七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今在世界范围内所有重难点地下工程修建中都离不开新奥法，其适用范围非常广泛，不同地质条件，不同埋深均且不同形状、大小的洞室均可以采用，几乎成为在围岩中特别是软弱破碎围岩中修筑隧道工程的一种基本方法[1]。实践证明，在岩层中特别是在软弱、破碎和低强度的存在不良地质情况的岩层中修建地下洞室，新奥法可比传统方法取得更好的技术经济效果。

一、新奥法的理论基础

早期隧道支护理论是松弛荷载理论。其核心是地下工程岩体开挖后，坚固围岩具有自稳能力，不需支护；软弱岩体则可能因过量变形而坍塌，需要支护；作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。岩承理论是现代隧道支护理论。其核心是围岩能保持稳定是因为有自承能力；围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这期间给予限制或控制，则围岩仍能保持稳定状态[1]。

岩体开挖后围岩应力会重新分布，同时硐室周边一定区域内会发生变形。在这个过程中如果充分利用围岩自承能力，同时施加适当的支护，使围岩和支护结构共同承担变形荷载，就能使围岩保持稳定状态。

新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。

二、新奥法的核心精髓

新奥法的核心就是运用各种手段最大限度保护围岩完整性，充分发挥围岩自承能力，与支护结构共同承担地压[2]。新奥法的主要特点是在岩体力学特性和变形特性以及莫尔理论的基础上，通过多种量测手段对开挖后的隧道围岩进行动态监测来指导隧道支护结构的设计与施工，并考虑了隧道掘进过程中的空间和时间效应对围岩应力与变形的影响，以及支护结构种类、支护结构的构筑时机、围岩压力和围岩变形四者的关系。“光面爆破、喷锚支护、现场监测”是新奥法施工的三大支柱[1,3]。

三、新奥法推行中的问题

对“新奥法”内涵理解是有一个发展过程的。新奥法最初是作为一种隧道修建方法被提出来的。但后期发现，将新奥法拘泥于某一种特定的施工方法或具体的支护技术将会使其推行受到很大的局限。目前提到的新奥法本质是一种“概念”、“原则”或“途径”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术[5]。

在新奥法中经常强调采用柔性支护，尽可能的释放围岩压力，让支护刚度小些，为支护减载。但围岩变形的释放是有限度的，围岩变形到一定程度就会松散、坍塌，不再具有自承能力。在工程实践中不能一味遵循“让压、柔性支护”，应根据具体工程地质条件选择合适的支护方法。例如，对于深埋隧道,围岩塑性特征明显等情况要强调支护的柔性和变形的释放。而对于某些浅埋隧道或脆性岩体则要强调变形的控制[4,5]。

锚杆支护是新奥法的主要支护手段。锚杆施工质量的好坏很大程度上决定了新奥法的可靠性。我国的隧道工程特别是铁路隧道中，几乎清一色地采用不带锚头和垫板的螺纹钢杆体的砂浆锚杆[5]。国外隧道工程中大多使用带有垫板和机械式或快凝胶结材料药包制成的锚头的全长粘结式锚杆。带有垫板和锚头的锚杆可在一定程度上对围岩施加预应力，从而提高围岩的粘聚力和内摩擦角，增强围岩的稳定性。即使在不施加预应力的情况下，其对围岩的支护亦比不加垫板和锚头的有效。锚杆施工中要注意增设锚头和垫板，同时注意施工质量，充分发挥锚杆的锚固作用。同时，随着预应力锚杆的发展和应用，工程中应尽量采用预应力锚杆，特别是预应力中空注浆锚杆，既能通过高压注浆将破碎松散的围岩胶结成整体又能给围岩施加预紧力，改善围岩力学性能，从而整体上增强围岩稳定性。

喷射混凝土是新奥法施工的一大特点，采用喷射混凝土可以快速方便的在开挖后的隧道洞壁上形成薄壁支护，但是喷射混凝土在施工过程中会产生大量的粉尘，并且不当的喷射方法极易产生回弹和喷射不均匀的情况，对于大长隧道的通风提出了非常严苛的要求[6]。

全程动态监测是新奥法的另一个重要手段。如何保证施工过程中的数据被准确、全面的记录下来并及时反馈处理是一个关键问题。目前工程技术人员正在研究方便、有效、经济的数据处理系统，如隧道中设置无线传输装置可将监测数据及时准确传输到数据处理中心，通过分析数据，判断工程状况，对下一阶段设计和施工做指导。

施工机械配套问题是新奥法在我国推行中的一个大问题。新奥法快速高效的优点很大程度上取决于机械化施工。我国隧道施工机械化低在很大程度上制约了新奥法的推行，必须配备满足施工要求的先进的钻爆设备、喷射设备、注浆设备等关键设备。另外要加强施工组织和管理，配备高水平的技术人员、测量人员和施工队伍，严格把控各道施工工序，切实提高施工质量。