新奥法隧道开挖在实际工程中的运用

2020-05-06夏乐

绿色环保建材 2020年4期

夏乐

上海隧道工程有限公司

1 工程简介

38 省道宁海桥头胡到深甽段改建工程第二合同段，起点及终点桩号分别是YK8+000/ZK8+000、YK16+200/ZK16+186.527全长8.2km。本合同段和桥头胡到梅林段终点相连，通过梅林隧道之后，于YK9+033下穿甬台温铁路。于YK9+550位置和新建方连接，上方经过主线道路。穿过外丁大桥、洪桥大桥与梅林隧道，并且经过下河大桥、山下刘一、上洋头大桥、二号桥，经过主线路基接第三合同段起点。设计荷载为公路－Ⅰ级。

2 新奥法的介绍

2.1 新奥法施工技术的含义

新奥法作业方法系指借助组合锚杆及喷射混凝土作业方式，使得隧道承载性能得到强化全面实时监测隧道岩石硬度，确保工程的施工情况和施工地实际情况相统一的一种现代化技术。换句话说，新奥法技术是在充分利用现有技术的基础上，通过经验丰富的施工人员展开数据测量，并给出参考方案的一种施工技术。由于新奥法技术本身具备多种优势，对不同的隧道施工有强适应力，能够及时消化各种不同的施工流程、施工技术以及施工装置，同时可以分散隧道开挖过程中承受的地面压力，在一定程度上预防了地面沉降形象，高效减小了对地基的损坏程度，除此之外，新奥法技术可以满足隧道工程建设的高稳定性目标，因此在公路事业中被普遍运用。如果使新奥法技术能够充分运用到隧道工程中，也为了保障隧道工程的高性能，就需要选派经验丰富的施工人员具体施工。新奥法技术和传统技术的对比如表1所示。

表1 新奥法及传统方式的优势对比

2.2 新奥法技术的运用原理

在隧道工程中运用新奥法技术时，要满足其施工原理要求，具体的施工要求主要包括两方面：一是在新奥法施工之前，需要施工企业和监管部门对施工地进行深层研究，分析隧道结构特征，依据隧道结构对应制定出最佳施工方案，同时还要对隧道岩石的强度和承载力进行测量记录；二是挖掘隧道前，应该有效加固隧道岩石，使得作业人员的安全性得到提升，而建设项目的整体质量也能因此得到有效保障。新奥法技术作为一种新型施工技术，能够全方位对隧道岩石进行测量，施工人员在数据参考下会对应减弱开挖力度，预防岩石的变形及塌落，如此一来，新奥法技术就起到了保障工程质量和提升隧道修建水平的作用。对比于传统的施工技术，新奥法技术对隧道的支护周期更久，保障隧道施工安全，所以运用新奥法方法最为合适。

3 掘进开挖方法

隧道建设期间选择“新奥法”方法，Ⅴ级围岩段及Ⅳ围岩小净距段作业始终做到“管超前、短挖掘、严注浆、勤测定、强支护、早封闭”这几点。因为梅林隧道出口段与甬台温高铁桥相连，考虑到不能因为振动而导致桥墩架构与高铁运行受到较大影响，所以选择静态机械的方式完成开挖作业，以装载机及自卸车进行无轨运输作业。喷锚挂网联用钢拱架，发挥临时支护的作用。梅林隧道S5围岩以机械挖掘的方式进行施工，并且联用单侧壁导坑作业技术。

3.1 开挖顺序和方法

梅林隧道S5围岩选择静态机械技术完成挖掘作业，并且联用单侧壁导坑作业技术。围岩段施工始终做到“管超前、短挖掘、严注浆、勤测定、强支护、早封闭”。

（1）单侧壁导坑法开挖顺序为：超前管棚→①部导坑上台阶挖掘作业→Ⅱ部导坑上台阶初期支护施工→③部导坑下台阶挖掘作业→Ⅳ部导坑下台阶初期支护施工→⑤部导坑上台阶挖掘施工→Ⅵ部导坑上台阶初期支护作业→⑦部导坑下台阶挖掘施工→Ⅷ部导坑下台阶初期支护作业→中隔钢支撑清理→回填Ⅸ部模筑二次钢筋混凝土仰拱与仰拱→衬砌Ⅹ部全断面模筑二次钢筋混凝土。

（2）施工注意事项：①导坑作业在隧道建设项目中尤为重要，在此过程中务必采取有效方式使得围岩得到保护，避免在较大程度影响围岩。②导坑每循环挖掘支护施工应该为0.5m/1榀钢架间距以下（S5）。③混凝土的喷射施工要在掌子面挖掘作业结束之后进行。钢拱架底脚或是拱脚禁止放置在废渣或是杂物之上。④侧导坑作业过程中务必根据设计方案进行，并且设置洞内观测点，进行监控测定作业，还要将监测的信息及时反馈，为作业及设计的完善及优化提供数据支撑。⑤仰拱挖掘施工结束之后，如果出现集水问题，一定要采取抽水泵抽干的方式，避免出现围岩被集水浸泡的现象。

（3）机械开挖方法.工艺流程：调节挖掘机破碎锤的位置→检测断面规格与挖掘区域→破碎挖掘施工→清理碎渣→调控轮廓线→退出保养→出渣→初支→开展后续施工流程。挖掘上台阶导坑掌子面，借助挖掘机及相应规格的破碎锤完成破碎施工，于导坑凿导硐，并且往周围散开，进行轮廓线挖掘施工，每循环的进尺大概为0.5m；下台阶采取分层挖掘的方式，分层厚度大概为1.5m，挖掘到仰拱底部，破碎后应该开展残渣清理工作，每循环进尺大概是0.5m。

作业期间如果掌子面围岩出现改变情况，借助机械挖掘的方式，作业难度就会提升，依照作业现场围岩具体情况，运用有效方式辅助机械进行挖掘施工。

3.2 断层破碎带段施工技术措施

梅林隧道隧址区深甽端洞口周围产生断层F1，和线路相连在ZK9+030、YK9+008的位置，断层是以非全新活动断裂的形式存在，并且具备较强的稳定性，和隧道之间的间距相对较大，并且不会在很大程度上影响隧道，隧址地质结构也具备较大的稳定性。上述断层在隧道洞外，可是在作业期间，应该时刻观察洞中新断层的产生情况，完善地质超前预报机制。如果作业期间产生断层，一定要根据相关规定进行适当的处理。

3.3 超前小导管施工

（1）工艺原理：于破碎松散岩体内采取超前钻孔的方式，采取水泥水玻璃浆液压注的方式施工，因为注浆压力的影响，能够让浆液在较短的时间内到达破碎松散岩体内，有效排除内部的水分及空气，而破碎体也能因此实现胶化、胶结的目的，产生具备较优抗渗阻水性能与强度的固结体，而围岩的完整性、稳定性以及抗渗性也能因此得到显著提升；让超前小导管和固结体产生具备较强完整性的壳体，促进挖掘支护作业的顺利进行。

（2）超前小导管：S5选择4m/根Φ42×4mm 无缝钢管，并且于拱部完成安设作业，外插角控制为15°，环向间距、纵向环距分别控制为40cm、2.0m；进行水泥浆压注施工时，将水灰比、注浆压力分别控制在0.5MPa～1.0MPa、0.5MPa～1.0MPa 的范围内，并且在孔口位置运用止浆塞。

（3）超前双层小导管：往往在围岩较优的项目中运用此种方式，小导管是2×4.5m/根的Φ42×4mm无缝钢管，并且于拱部位置进行安设施工，上排、下排外插角分别是30°、15°，采取环向交错的方式进行安设，环向及纵向间距分别控制为40cm、＞1.0m，上下排超前小导管纵向及环向错开的距离分别是0.75m、0.2m。

（4）于管棚及小导管中设置过渡区域，进而使得安全性得到保障，甚至长度是2m的搭接结构。

（5）施工要点：选择4m/根Φ42×4mm无缝钢管进行小导管加工，将一端设置为成尖锥形，和另一侧30cm 地方到尖锥端的位置，根据梅花型设置间距是15cm，规格是Φ8mm的注浆孔，促进小导管推进过程的顺利进行，并且便于浆液中破碎岩体的渗透。

3.4 锚喷初期支护

梅林隧道初期支护所用锚杆选择6.0m/根的Φ25 中空注浆锚杆，环向、纵向间距1.2×0.5m，梅花型布置；钢拱架选择I20b工字钢架，并且相邻两个钢拱架的距离控制为50cm；钢网上放置规格为Φ6.5的钢筋网，并且将尺寸控制为20cm×20cm，混凝土进行30cm 的喷射处理。钢拱架根据原本的设计方案控制架立的间距，使得钢拱架承载性能达到最佳，并且注意钢拱架一定要和线路处于垂直状态；此外，拱部钢拱架实际架立过程中，应该针对左、右拱脚标高进行严格把控，避免出现拱架偏斜的严重问题。边墙钢拱架底部应该放置在基岩上，以此降低下沉变形等问题出现的几率。