淺析隧道施工方案與襯砌設計

樊翠英

摘要：隧道的建設是一個長期的過程，根據城市的經濟情況和交通能力分期建設，隨著科技的發展，不同時代有不同的施工方法。目前在世界上主要有傳統礦山法、新奧法、盾構法等三大施工方法以及各種輔助工法。

關鍵詞：礦山法;新奧法;支護

一、傳統礦山法

1.傳統礦山法的概念

礦山法指的是用開挖地下坑道的作業方式修建隧道的施工方法。 礦山法是一種傳統的施工方法。它的基本原理是，隧道開挖后受爆破影響，造成巖體破裂形成松弛狀態，隨時都有可能坍落?；谶@種松弛荷載理論依據，其施工方法是按分部順序采取分割式一塊一塊的開挖，并要求邊挖邊撐以求安全，所以支撐復雜，木料耗用多。隨著噴錨支護的出現，使分部數目得以減少，并進而發展成新奧法。

用礦山法施工時，將整個斷面分部開挖至設計輪廓，并隨之修筑襯砌。當地層松軟時，則可采用簡便挖掘機具進行，并根據圍巖穩定程度，在需要時應邊開挖邊支護。分部開挖時，斷面上最先開挖導坑，再由導坑向斷面設計輪廓進行擴大開挖。分部開挖主要是為了減少對圍巖的擾動，分部的大小和多少視地質條件、隧道斷面尺寸、支護類型而定。在堅實、整體的巖層中，對中、小斷面的隧道，可不分部而將全斷面一次開挖。如遇松軟、破碎地層，須分部開挖，并配合開挖及時設置。傳統礦山法中有代表性的有上下導坑先拱后墻法和下導坑先拱后墻法。

2.傳統礦山法的優缺點

上下導坑法的優點是：在拱圈的保護下進行拱下各工序作業，施工比較安全;工作面多，便于拉開工序和安排較多的勞力，加快施工進度;當地質發生變化時，改變施工方法容易。其缺點是：開挖兩個導坑增加了工程造價;開挖馬口時施工干擾大;襯砌整體性差;工序多，不便于施工管理。下導坑法有出渣方便、施工安全的優點。其缺點是：消耗的木材鋼軌多;棚架易因爆破受損;挖馬口還影響施工進度;襯砌的整體性也差。

二、 新奧法

1.新奧法的概念

新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護的量測、監控，指導地下工程的設計施工。

新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱， 在我國常把新奧法稱為“錨噴構筑法”。 采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經積累了比較成熟的施工經驗，工程質量也可以得到較好的保證。使用此方法進行施工時，對于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護和錨噴支護復合襯砌，必要時可做二次襯砌;對于土質地層，一般需對地層進行加固后再開挖支護、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工。新奧法廣泛應用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程。

在我國利用新奧法原理修建地鐵已成為一種主要施工方法，尤其在施工場地受限制、地層條件復雜多變、地下工程結構形式復雜等情況下用新奧法施工尤為重要。

2.新奧法的特點

2.1 及時性。新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發展，阻止圍巖進入松動的狀態，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結性因而保證了支護的及時性和有效性。在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止巖層變形的發展，并控制應力降低區的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩定性。

2.2 封閉性。由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體強度。巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產生新的裂縫，加上原有地質構造上的裂縫，隨時都有可能產生變形或塌落。當噴射混凝土支護以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節理和凹穴，大大提高了圍巖的強度。（提高圍巖的粘聚力C和內摩擦角）。同時噴錨支護起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導致圍巖失去穩定。

2.3 粘結性。噴錨支護同圍巖能全面粘結，這種粘結作用可以產生三種作用。

2.3.1 聯鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結在一起若圍巖的某塊危巖活石發生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯鎖反應，相繼喪失穩定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結力和抗剪強度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別威巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩定性。

2.3.2 復和作用，即圍巖與支護構成一個復合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護可以提高圍巖的穩定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學系統，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極承擔的弱點。

2.3.3 增加作用。開巷后及時繼進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不評引起的應力集中現象，避免過大的應力集中所造成的圍巖破壞;另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態，提高了圍巖的粘結力C和內摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。

2.4 柔性。噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護具有一定柔性，可以和圍巖共同產生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區，并能有效控制允許圍巖塑性區有適度的發展，使圍巖的自承能力得以充分發揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產生越來越大的支護反力，能夠抑制圍巖產生過大變形，防止圍巖發生松動破壞。

三、結束語

通過兩種方案的對比并結合本工程的地質情況，選用技術更先進的新奧法進行施工。在不同的地質情況下，采用臺階法或是分布開挖法進行施工。具體施工方式見施工組織設計。

參考文獻：

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