“新奥法”在隧道工程中的应用——以S232布尔津至喀纳斯机场段公路隧道工程为例

邱干

（湖南建工交通建设有限公司，湖南 长沙 410004）

0 引言

隧道建设面临诸多复杂的地质问题，如何保证开挖效率与安全是一大重点，在此背景下提出“新奥法”，并快速得到了推广应用。目前新奥法已被写入我国相关隧道设计与施工规范中，改变了传统围岩是荷载来源的观念，认为围岩是支护隧道的主要力量，隧道施工中必须严格把握新奥法技术特点，减少扰动，全面实现安全作业。

1 新奥法施工原理

新奥法的理论基础为岩体力学理论，以围岩为承载机构，其核心在于设计施工中充分发挥、维护、加强围岩自承能力[1]，具体可归纳为两点：减少对围岩过多的干扰，防止破坏围岩整体性；密切关注围岩性质，不得长期暴露导致劣化问题的出现[2]。

基于新奥法理念，隧道施工具体措施包括：采取控制爆破减少对围岩自承能力的削弱；隧道开挖后及时施作喷锚柔性支护，控制隧道变形；全程量测与信息反馈，实施动态设计与施工。对于处于软弱地层的隧道工程而言，新奥法施工中仅仅采取喷锚支护方法是不够的，由此分部开挖法被提出，并由此发展出台阶法、侧壁导坑法、中隔墙法（CD 法和CRD 法）等分部开挖法，并辅以超前管棚、超前小导管注浆等工法[3-4]。

2 隧道工程新奥法方案分析

2.1 工程概况

S232 布尔津至喀纳斯机场段公路为双向四车道一级公路，一般路段设计速度为100km/h、山区隧道为80km/h。本项目全线共设置中隧道1 座，具体设置见表1。隧道设计速度为80km/h，隧道主洞建筑限界：净宽0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25m，净高5.0m。

表1 隧道设置一览表

2.2 场地稳定性与围岩工程地质特征

隧址区经历了多期新构造运动，主要表现在不同程度的隆升运动和地震活动。隧址区围岩主要由石英砂岩、凝灰岩、页岩组成，工程地质条件复杂，隧道进口段堆积层厚度不大，局部基岩裸露，隧道出口段堆积层厚度较大，出露为粉质黏土，场地总体稳定，可修筑隧道。

隧址区洞身围岩由变质砂灰、凝灰岩夹集块熔岩构成，在洞身段发育有琼库尔断层，岩体受地质构造影响强烈，场地中节理以2～3组发育为主，岩石中的节理发育受次生应力影响，致使隧道围岩的岩体结构、完整性变化较频繁。岩体具散体～碎裂结构、镶嵌碎裂结构、中厚层状结构等多种类型，岩体完整性在极破碎～较破碎之间变化，隧道围岩级别为V～IV级。

隧址区根据各岩组的岩性及赋水特征，测区内地下水按其赋存形式有松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水、构造裂隙水三大类型，主要受溪沟水、河水、大气降水补给。

2.3 新奥法施工方案

按照新奥法原理施工，遵循“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤量测、衬砌紧跟”的原则，并结合反馈信息及时优化调整设计参数，信息化施工[5]。隧道整体施工组织从出口单端掘进，主要是由于隧道进口地形险峻、场地狭小，不具备布置施工便道及施工场地条件，本隧道为中隧道，长度不大，采用单端掘进可以满足工期要求。

隧道开挖采用光面爆破，特殊条件下应设减震孔，减小对围岩的扰动。结合本项目地质条件，隧道进出口加强段采用CD 法开挖（见图1），V 级围岩浅埋及断层破碎段采用环形开挖预留核心土法（见图2），Ⅳ级围岩地段采用台阶法分步开挖（见图3）。

图1 CD法施工工序

图2 环形开挖预留核心土法施工工序

图3 台阶法分步开挖施工工序

由于隧道进口端无作业面，开挖至进口端30m 时，停止大断面爆破开挖，借助进口端桥台施工平台，对山体表面危石及风化层进行清表处理，开挖明洞并施作超前大管棚支护，再由大桩号侧开挖出洞；或者以小导洞的形式开挖至进口，在隧道明暗交界处开辟大管棚的作业平台，施作进口端大管棚，在大管棚的支护下开挖进洞。

3 新奥法在该隧道工程中的实施要点

3.1 超前地质预报及监控量测

超前地质预报和监控量测是新奥法的重要部分，具体工作如下。

（1）超前地质预报

采用地震仪等设备探测出掌子面前方100～150m 范围内的不良地质体的准确属性、位置、空间分布规模；如有必要，利用地质雷达等设备进一步探测掌子面前方30m范围内的不良地质体的属性、位置、空间分布规模。在以上方法无法准确判断或综合判断出不良地质体可能有严重安全隐患的目标地段，为确保准确性，对掌子面前方30m实施超前水平钻孔探测。

（2）监控量测方案

根据本路段隧道的地质条件，采用精密水准仪进行拱顶下沉观测；采用周边收敛计进行围岩周边收敛量测；采用精密水准仪进行洞口浅埋段地表沉降观测；采用锚杆抗拔计进行锚杆抗拔试验；对浅埋段隧道结构应进行支护衬砌内力监测；其他选测项目根据地质条件和支护状况进行选择。

3.2 洞口段施工

由于山区地形狭窄，路线布设困难，使得海流滩隧道进口端左右线净距约为21m，依据《公路隧道设计细则》（JTGT D70—2010）4.4.2和4.4.3条规定，虽满足分离式隧道净距要求，但由于进口端山体陡峻、围岩破碎，需做好支护工作，具体施工顺序如下：隧道洞口清危→拦截沟及防护网施作→隧道洞口边仰坡开挖支护→大管棚导拱施工→大管棚施作→进入暗洞施工（约30m）→明洞（洞门墙）施作→明洞（洞顶）回填。具体施工要点如下：

（1）隧道进出口加强段均选择CD 法施工，加设临时支护，严格控制围岩变形。

（2）隧道爆破应进行专门设计，严格控制爆破振动，以减少开挖对中间岩体的扰动，若施工过程中间岩体破碎或变形严重，应对其进行加固处理。

（3）先行洞和后行洞掌子面错开距离＞2 倍隧道开挖跨度，且先行洞宜先开挖靠近中间岩体一侧。

（4）隧道开挖前应做好超前地质预报及超前支护，选择S5a 型衬砌支护形式，开挖后及时闭合初期支护，在初期支护变形稳定后立即进行二次衬砌浇筑，确保支护强度。

（5）施工过程中应加强围岩监测，将地表沉降、爆破振动影响及中间岩体变形作为重点监测内容，并依据监测结果，对施工方法和工序进行调整，确保工程安全、经济、合理。

3.3 洞身段施工

遵循“超探测、预堵水、管超前、即支护、弱爆破、短进尺、早封闭、勤监测、备预案”的原则作业，减少对围岩的扰动，严格按设计文件中的施工工序组织各断面结构施工，具体施工要点如下：

（1）洞身开挖前施作超前支护，主要材料指标如表2所示。超前支护前端应加工成锥形，施工时在工字钢腹板上开挖，钢管穿过孔口以尽可能小的外插角打入围岩；超前支护预注浆在水量较大的地段采用水泥-水玻璃双液浆，在水量较小的地段采用水泥浆，其参数如表3所示。

（2）隧道光面爆破施工，严格控制爆破用药量，确保开挖幅面规整。

（3）初期支护（包括临时支护）紧跟开挖面，爆破后立即对围岩进行初喷，初喷厚度≥40mm，打设锚杆、挂钢筋网、施作钢架。采用湿喷工艺，分2～4次复喷达到设计要求，覆盖全部钢筋和锚杆露头，养护时间≥7d。Ⅴ级围岩段锚杆的抗拔力≥40kN，Ⅵ级围岩锚杆的抗拔力≥60kN。钢筋网单根现场绑扎，并随岩面凹凸起伏，紧贴岩面。

（4）隧道二次衬砌仰拱应先于拱墙衬砌施作，以尽早形成闭合受力环。仰拱施工前应搭设临时便桥，必要时采用内模以保证仰拱浇筑质量。二次衬砌采用全断面模板台车一次浇筑完成，混凝土采用机械泵送，衬砌下部矮边墙不得高于检修道顶。二次衬砌采用C45防水混凝土，抗渗标号≥P10。隧道结构顶板混凝土强度达到设计强度的85%时才能拆模。隧道防水层采用EVA 复合式防水板，防水板连接采用机械热风焊接，双焊缝，焊缝宽度≥10mm，防水板搭接宽度≥100mm。焊接时要求焊缝末端预留气孔，焊接完成后应对焊缝进行充气检查，充气压力≥0.25MPa，15min 内气压降≤0.025MPa。

（5）按规定进行监控量测和超前地质预报。穿越断层、破碎带等不良地质，需用水平钻孔进行超前预报复核，其中，水平钻孔数量要求全断面开挖至少5个、分步开挖至少3 个，钻孔深度≥30m，前后两次钻孔搭接长度≥5m。

表2 超前支护主要材料

表3 水泥浆液参数

4 结语

综上所述，新奥法在我国隧道工程建设中已广泛应用，其可有效限制围岩变形发展，提高施工安全性。隧道施工中必须根据工程项目实际情况，科学应用新奥法，规范落实开挖施工、洞身开挖、超前及初期支护以及二次衬砌施工等，充分保证施工安全性，确保隧道工程有序推进、圆满完工。