公路隧道新奧法開挖與支護技術

董俊杰 周彪

摘要：目前隨著我國交通運輸高速化、重載化，開發基礎設施建設步伐的加快，修建長大公路隧道越來越受到重視。本文重點分析了公路隧道的新奧法開挖與支護技術。

關鍵詞：公路隧道??新奧法 開挖與支護

中圖分類號：X734文獻標識碼： A

引言

隧道是處于復雜地質條件下的建筑工程，它受天然形成的地質狀態如地應力、地質物理參數、地下水、地質斷層等因素和人工開挖操作如開挖方式、支護方式、支護時間等因素影響很大。由于隧道所處的地質環境不同，其圍巖穩定特性也不同，因此應采用的支護方式和開挖方式也就不一樣。目前隧道的開挖方式主要有全斷面開挖方法、臺階法、臺階分部開挖法、導坑法、單側壁導坑法、雙側壁導坑法等。本文重點分析了公路隧道的新奧法開挖與支護技術。20世紀60年代提出的新奧法施工方法，目前已成為地下工程的主要設計施工方法之一。從70年代以來，我國在地下工程的各個領域中，廣泛推廣淵源于新奧法隧道施工概念而發展起來的現代支護新技術—噴錨支護，至今無論在理論研究還是在工程實踐中都己經有了長足的進步。

1.1新奧法隧道施工的主要特點有：①隧道施工的概念與傳統的支護理論不同，新奧法的主要原理，可解釋為這樣一種概念，即將隧道斷面周圍巖石從荷載的發生者轉變為承載者。②既能有效地支護圍巖，同時又允許圍巖變形。新奧法認為，先施做薄的輔助混凝土襯砌，監測其變形過程，待變形達到穩定狀態后才可修筑永久性支護。③錨噴支護應用于破碎巖體，錨桿支護的傳統概念是錨桿只能用于錨固隧道上部有可能脫落的巖石，而不能用于節理發育的破碎巖體之中。④變形動態與監測施工，新奧法通過圍巖壓力釋放來實現二次平衡，因此通過測量圍巖和支護變形動態，控制隧道穩定是新奧法的核心內容。

1.2新奧法適用范圍 ① 具有較長自穩時間的中等巖體； ② 弱膠結的砂和石礫以及不穩定的礫巖； ③ 強風化的巖石； ④ 剛塑性的粘土泥質灰巖和泥質灰巖； ⑤ 堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土； ⑥ 微裂隙的，但很少粘土的巖體； ⑦ 在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石； 在下述條件下新奧法必須與一些輔助相配合 ① 有強烈地壓顯現的巖體； ② 膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）； ③ 在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合； ④ 在蠕動性巖體中，要與凍結法或預加固法等配合； 在下列場合中應用應慎重 ① 大量涌水的巖體； ② 由于涌水會產生流砂現象的圍巖； ③ 極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體； ④ 開挖面完全不能自穩的巖體等。

2?隧道開挖

2.1隧道開挖的基本原則是在保證圍巖穩定或減少對圍巖的擾動的前提條件下，選擇恰當的開挖方法和掘進方式，并應盡量提高掘進速度。即在選擇開挖方法和掘進方式時，一方面應考慮隧道圍巖地質條件及其變化情況，選擇能很好地適應地質條件及其變化，并能保持圍巖穩定的方法和方式另一方面應考慮隧道范圍內巖體的堅硬程度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖的擾動的方法和方式。

2.2隧道開挖方法實際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、留核心土臺階開挖法、分部開挖法等。臺階開挖法，一般是將設計斷面分上半斷面和下半斷面兩次開挖成型，也有采用臺階上部弧形導坑超前開挖的。臺階法適用于IV、ⅴ級圍巖且含軟弱夾層帶或節理發育地段。根據圍巖的破碎程度，臺階法又可分為長臺階法、短臺階法、超短臺階法。由臺階法變化而來，上臺階超前倍洞跨，主要應用在采用短臺階法開挖遇到土質、涌水、掌子面坍塌等段落。特點是施工調整不大，在遇到短距離圍巖變化時可優先采用，能較快提高施工的安全性，但工序增多，進尺較短(一般不超過1m)。分部開挖法是將隧道斷面分部開挖逐步成型，且一般將某部超前開挖，故可稱為導坑超前開挖法。常用的有上下導坑超前開挖法、上導坑超前開挖法、單（雙）側壁導坑超前開挖法等。

2.3光面爆破在隧道工程中的應用己經十分廣泛，它不僅能提高隧道的掘進速度，科學有效的控制爆破還能避免超欠挖，保證后期支護效果。光面爆破的實質就是在隧道掘進設計斷面的輪廓線上布置加密的周邊眼，減小藥包直徑，減少裝藥量，采用低密度和低爆速的炸藥，以控制炸藥爆破能量及其作用，降低爆炸沖擊波的峰值作用，削減它在巖石中引起的應力波強度，避免在炮孔周圍產生壓碎區，而使爆破作用集中到需要爆落的一側巖體上，減弱對原巖體的破壞作用。

3?支護方法

3.1 噴射混凝土。向洞室內表面圍巖噴射混凝土，能使被裂隙分割的巖塊體粘接起來，保持巖塊體的咬合和鑲嵌作用，通過提高巖塊體的粘接力和摩擦力來有效的防止圍巖松動，并避免或緩和了應力集中現象的發生，而且給圍巖表面以抗力和剪力，使圍巖處于有利于穩定的三軸應力狀態，并通過噴混凝土層自身的結構剛度，來阻止不穩定體的坍塌。噴射混凝土自身有一定的剛度，能夠抵抗巖土體的坍塌，并且往往和其它支護方法共同作用，承受支護結構的受壓變形，因此噴射混凝土支護方法是現代隧道施工最常用的方法之一。

3.2 錨桿支護。在巖土體中打入錨桿，能約束巖土體的變形，并通過向圍巖施加壓力，使原來處于二軸應力狀態的洞室內表面的圍巖保持三軸應力狀態，從而阻止了圍巖體剛度的惡化，尤其是松動區內圍巖的剛度。通過在巖土體中的系統錨桿的作用，在巖土體中形成了被約束變形的巖土體加固圈，形成了能夠承受外部荷載的巖土體承載拱，與巖土體共同承受外部荷載，增強了巖土體的穩定性。

3.3 掛鋼筋網。鋼筋網通常是與錨桿連接在一起使用的，由于錨桿布設有一定的間距，而錨桿約束作用之間的巖土體就非常薄弱，易發生坍落，為此在錨桿之間用鋼筋網連接，可以使松散的巖土塊體處于三軸應力狀態中，保持穩定作用。同時錨桿之間相互連接，減小了由于單個錨桿失效，造成局部坍落的可能性。

3.4 鋼支撐。鋼支撐是利用支撐結構自身的剛度來穩定巖土體，控制巖土體的變形，一般在工作面開挖完成后，按設計間距立刻安裝，這樣能夠充分發揮鋼支撐的作用，穩定巖土體。鋼支撐主要用于巖土體自身穩定性極差的地層，通常有兩種形式，一種是用鋼筋制作的格柵鋼架結構，另一種是用型鋼制作的工字鋼支撐。并且鋼支撐經常與噴射混凝土、錨桿、鋼筋網同時使用，以確保巖土體的穩定。

3.5 注漿導管超前支護。超前注漿導管在超前支護方法上其作用類似于超前錨桿，縱向支撐松散的巖體，在隧道開挖的開挖輪廓線施做，由后部的鋼支撐和前方未開挖部分巖土體支撐起中間部分的巖土體，起縱向梁作用。同時由于通過對導管內注漿和砂漿錨桿注漿，漿液將進入巖土體的裂隙中，形成剛度較大的土層加固圈，提高了巖土體的穩定性。這種方法對于裂隙發育的塊狀巖體效果為佳，超前注漿導管的對巖土體的注漿加固作用較超前錨桿效果要突出。由于向巖土體內注入了漿液，填補了巖土體中裂隙，不但提高了巖上體的力學性能指標，同時起到了防水的作用，地下水往往會降低圍巖等級，易使巖體失穩，發生坍塌，因此，這種方法對于含水地層的支護加固效果尤其顯著。

3.6 管棚超前支護。管棚施工方法主要用于巖土體的成拱效果極差的巖土體地層，這種地層由于地層自重，產生較大的巖土體側向壓力，隧道內會發生縱向的坍塌，引起前于地層自重，產生較大的巖土體側向壓力，隧道內會發生縱向的坍塌，引起前方地層的陷落。為確保進洞的安全，首先在洞口部位施工管棚，采用直徑較大的鋼管超前布置在開挖的外輪廓線，超前的距離較大，形成縱向鋼梁的作用，可以有效的減小由于巖土體自重產生的側向壓力，穩定前方地層。

4 結語

新奧法施工目前己成為地下工程的主要設計施工方法之一，以其為指導的開挖、支護方式在不同的圍巖級別中有著較大的區別。新澳法施工在我國推廣以來，經過幾十年的發展，通過科研、設計、施工三結合，在修建下坑、西坪、大瑤山、軍都山等鐵路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，應用新奧法遠離及其相應的技術，取得了較大的成就。本文主要分析公路隧道的開挖與支護，以期能夠促進公路隧道動態信息化施工發展。

參考文獻

[1]耿巒峰.單拱四車道公路隧道全斷面開挖力學特性分析[J].山西建筑 2009.04.