李 華

(中鐵十七局第一工程有限公司，山西太原 030032)

談新奧法在隧道施工中的應(yīng)用

李 華

(中鐵十七局第一工程有限公司，山西太原 030032)

對(duì)新奧法的起源與含義進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并將新奧法與新標(biāo)準(zhǔn)的施工要領(lǐng)相結(jié)合，應(yīng)用于陶家夼隧道開(kāi)挖工程中，使現(xiàn)場(chǎng)管理、設(shè)置鎖腳錨管、光面爆破等施工環(huán)節(jié)順利進(jìn)行，提高了隧道施工的安全性。

新奧法，新標(biāo)準(zhǔn)，隧道開(kāi)挖

0 引言

新奧法由奧地利學(xué)者拉布西維茲(L．V．Rabcewicz)于20世紀(jì)50年代提出，60年代取得專(zhuān)利權(quán)并正式命名，70年代末傳入我國(guó)。新奧法已經(jīng)在我國(guó)應(yīng)用很多年，但是在過(guò)去的幾年里，隧道事故頻發(fā)，國(guó)家對(duì)隧道施工的質(zhì)量、安全愈發(fā)重視，如何更好的運(yùn)用新奧法，需要一些具體的措施。

針對(duì)這些問(wèn)題2010年高速鐵路工程施工新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)，新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)隧道施工增加了很多內(nèi)容，充分學(xué)習(xí)和研究新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范可以看出新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范中的很多新內(nèi)容都和新奧法有很大的聯(lián)系。2010年開(kāi)工的青榮城際鐵路陶家夼隧道正是按照新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范進(jìn)行施工的，通過(guò)陶家夼隧道的施工可以發(fā)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)范對(duì)新奧法的實(shí)際運(yùn)用起到很大的作用。

1 工程概況

陶家夼隧道全長(zhǎng)3 670 m，中心里程DK265+010．00，隧道施工區(qū)域地質(zhì)較差，施工工期較長(zhǎng)，為本線(xiàn)的控制性工程。隧道施工區(qū)域位于威海市境內(nèi)，進(jìn)口里程DK263+175，出口里程DK266+ 845，最大埋深275．33 m。隧道進(jìn)口至DK263+671．39段位于半徑為3 500 m曲線(xiàn)上，線(xiàn)間距4．6 m;隧道進(jìn)口至DK265+800段為9．5‰的上坡，DK265+800至出口為10．8‰的下坡。

陶家夼隧道圍巖類(lèi)型包括Ⅴ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖、Ⅲ級(jí)圍巖、Ⅱ級(jí)圍巖，設(shè)計(jì)開(kāi)挖方式有三臺(tái)階七步法、弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法、臺(tái)階法、全斷面開(kāi)挖。

2 新奧法原理及相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)實(shí)際施工

2．1 新奧法的定義

新奧法是新奧地利隧道施工方法(New Austrian Tunneling Method，簡(jiǎn)寫(xiě)NATM)的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是奧地利土木工程師L．V．Rabcewicz等在長(zhǎng)期從事隧道施工實(shí)踐中，于20世紀(jì)60年代從巖石力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)并在總結(jié)隧道建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)立的。早在1934年Rabcewicz就提出了在隧道中應(yīng)用“噴漿”的技術(shù)。

新奧法是要充分利用巖體自身的承載力，巖體在自然狀態(tài)下本身是平衡的，在開(kāi)挖隧道后，巖體應(yīng)力重新分配，而圓形孔洞可以更好的分散巖石的應(yīng)力，當(dāng)開(kāi)挖面作為一個(gè)整體，應(yīng)力重新平衡后，就可以很好的支撐起隧道結(jié)構(gòu)。如何使開(kāi)挖面成為一個(gè)整體，新奧法提出了在開(kāi)挖隧道后，在開(kāi)挖面通過(guò)拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土等柔性材料與巖石表面緊貼，從而使它成為一個(gè)整體，重新分配應(yīng)力，然后通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，圍巖地質(zhì)觀測(cè)對(duì)隧道施工進(jìn)行微調(diào)，在完成初期支護(hù)圍巖重新分配應(yīng)力達(dá)到平衡后施作二次襯砌，二次襯砌并不是作為隧道的直接承載物，而是起到美觀的作用。

2．2新奧法要領(lǐng)對(duì)應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

1)新奧法首先要做的是地質(zhì)調(diào)查工作，這分為兩個(gè)階段。對(duì)隧道地層地質(zhì)情況的了解和掌握是隧道工程建設(shè)的關(guān)鍵。由于地質(zhì)情況復(fù)雜多變，并且在隧道施工過(guò)程中對(duì)巖體造成了破壞，巖石的節(jié)理、裂隙很多因素決定巖石的應(yīng)力變化，這就要求地質(zhì)調(diào)查要嚴(yán)格仔細(xì)，并且要貫徹工程整個(gè)過(guò)程。

a．施工前地質(zhì)調(diào)查階段是從隧道工程設(shè)計(jì)階段開(kāi)始的，一直到施工方在施工組織設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。在陶家夼隧道包括Ⅴ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖、Ⅲ級(jí)圍巖、Ⅱ級(jí)圍巖。在整個(gè)隧道的施工中，圖紙?zhí)峁┑膰鷰r級(jí)別較為準(zhǔn)確，未發(fā)生圍巖與設(shè)計(jì)不符的情況，很好的避免了地質(zhì)災(zāi)害，未產(chǎn)生設(shè)計(jì)變更，影響施工計(jì)劃和施工工期。在陶家夼隧道施工中還采用了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前鉆探等方法，很好的指導(dǎo)了隧道施工。

b．施工中的地質(zhì)調(diào)查緊跟隧道開(kāi)挖面進(jìn)行。陶家夼隧道施工中地質(zhì)調(diào)查是通過(guò)超前小導(dǎo)洞進(jìn)行的，目的是能提前發(fā)現(xiàn)巖石地質(zhì)情況，為設(shè)計(jì)變更、工法微調(diào)服務(wù)。施工中的地質(zhì)調(diào)查是對(duì)施工前地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的檢驗(yàn)和補(bǔ)充，這是新奧法的重要一環(huán)。

這兩條在TB 10753-2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中有所體現(xiàn)，在洞身開(kāi)挖部分：6．1．1隧道開(kāi)挖方式和開(kāi)挖方法應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、覆蓋層厚度、襯砌斷面、隧道長(zhǎng)度及工期要求等，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較后確定。洞身開(kāi)挖進(jìn)度應(yīng)與支護(hù)、襯砌等后續(xù)工序協(xié)調(diào)。6．1．2隧道施工應(yīng)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并作為一道工序納入施工組織設(shè)計(jì)和施工管理中，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員實(shí)施。6．2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和新奧法要求，陶家夼隧道開(kāi)挖施工中，Ⅴ級(jí)圍巖采用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法、Ⅳ級(jí)圍巖采用二臺(tái)階弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖法、Ⅲ級(jí)圍巖采用二臺(tái)階開(kāi)挖法、Ⅱ級(jí)圍巖采用全斷面開(kāi)挖法。并在施工中納入了超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，由有資質(zhì)的公司進(jìn)行，進(jìn)洞前采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行預(yù)測(cè)，在開(kāi)挖20 m時(shí)采用TSP地震波反射法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，以后每開(kāi)挖140 m進(jìn)行一次，預(yù)報(bào)結(jié)果由總工和全體技術(shù)人員進(jìn)行研究后確定隧道地質(zhì)，在Ⅴ級(jí)圍巖處采用了超前小導(dǎo)管提前支護(hù)，施工時(shí)及時(shí)觀察，確保巖石穩(wěn)定。

2)施工及監(jiān)測(cè)。使用監(jiān)控量測(cè)信息來(lái)指導(dǎo)施工是新奧法的另一重要特點(diǎn)。

新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)監(jiān)控量測(cè)有了更詳細(xì)的規(guī)定，在新標(biāo)準(zhǔn)7．2監(jiān)控量測(cè)中，對(duì)監(jiān)控量測(cè)從設(shè)計(jì)到施工到監(jiān)理單位都有了具體的要求，對(duì)監(jiān)控量測(cè)的人員、測(cè)點(diǎn)布置、監(jiān)控時(shí)間、頻率、監(jiān)控點(diǎn)的埋設(shè)、所使用儀器都做了具體要求。根據(jù)這些要求，可以更好的做到新奧法中要求的使用監(jiān)控量測(cè)信息指導(dǎo)施工。

在青榮城際鐵路陶家夼隧道的施工中，由項(xiàng)目部及下屬的隧道架子隊(duì)的測(cè)量人員組成監(jiān)控量測(cè)小組，采用圍巖收斂?jī)x和全站儀進(jìn)行量測(cè)，根據(jù)不同的圍巖等級(jí)按不同的斷面間距進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，每日量測(cè)后數(shù)據(jù)匯總整理，由量測(cè)小組、技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)管理人員根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)接下來(lái)的施工進(jìn)行微調(diào)，保證監(jiān)控量測(cè)的信息可以及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3)新奧法施工的原則盡量減少對(duì)巖石的擾動(dòng)，盡早讓巖石和初期支護(hù)形成一個(gè)整體，避免應(yīng)力集中、巖石風(fēng)化，保持巖石完整性。為了達(dá)到這些目的，施工時(shí)要進(jìn)行預(yù)裂爆破，減少擾動(dòng)，光面爆破，防止應(yīng)力集中，盡快施作初期支護(hù)，將開(kāi)挖面及早封閉，并及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)和信息反饋。

新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了隧道開(kāi)挖后初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)施作并封閉成環(huán)，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ級(jí)圍巖封閉位置距離掌子面不得大于35 m，強(qiáng)調(diào)雙線(xiàn)Ⅳ，Ⅴ級(jí)圍巖隧道臺(tái)階法施工時(shí)應(yīng)設(shè)置鎖腳錨桿(管)、橫向臨時(shí)支撐或臨時(shí)仰拱等控制拱(墻)腳位移的措施，并在7．3噴射混凝土中對(duì)噴射混凝土的材料、工藝有了明確要求。7．3．6隧道開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)初噴混凝土，混凝土終凝到下一循環(huán)爆破作業(yè)間隔不得小于3 h;7．3．14噴射混凝土的早期強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，C25噴射混凝土24 h強(qiáng)度應(yīng)不小于10 MPa，對(duì)噴射混凝土的平整度也有要求。這些內(nèi)容都是為了提高巖石的自穩(wěn)能力，減少對(duì)巖石的擾動(dòng)，這是新奧法中的一個(gè)重要內(nèi)容。新標(biāo)準(zhǔn)為新奧法的實(shí)施提供了切實(shí)可行的標(biāo)準(zhǔn)。

在陶家夼隧道的施工中，加強(qiáng)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)管理，加強(qiáng)噴射混凝土的材料管控，嚴(yán)格按照新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行施工，在軟弱圍巖的開(kāi)挖中設(shè)置鎖腳錨管、臨時(shí)仰拱，并及時(shí)封閉成環(huán)，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行光面爆破，盡量減少對(duì)巖石的擾動(dòng)等等措施，提高了隧道施工的安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

新奧法隧道施工在我國(guó)已經(jīng)運(yùn)用了很多年也有了很多成功的先例，隨著我國(guó)隧道建設(shè)的發(fā)展，我們?cè)賮?lái)看新奧法就應(yīng)該有新的理解。新奧法是一個(gè)系統(tǒng)的具體應(yīng)用巖體性質(zhì)、應(yīng)力分布的比較完整的力學(xué)概念，它包含的內(nèi)容很寬泛也極為深入。目前我國(guó)很多施工人員還沒(méi)有深刻的理解新奧法，比如說(shuō)如何讓新奧法在平常的施工中更好的實(shí)施，如何讓普通的施工人員、技術(shù)人員更好的貫徹實(shí)施。

TB 10753-2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，是推行新奧法的一個(gè)新嘗試，它把新奧法所要求的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，幫助我們更好的理解新奧法，推廣新奧法，實(shí)施新奧法。這樣細(xì)致量化的規(guī)定，更利于現(xiàn)場(chǎng)操作，保證隧道安全、科學(xué)、有序的施工。陶家夼隧道在充分學(xué)習(xí)新標(biāo)準(zhǔn)，理解新奧法的前提下，按照新標(biāo)準(zhǔn)施工，終于在2012年12月15日順利貫通，這是一次新奧法與新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合指導(dǎo)隧道安全無(wú)傷亡施工的典范。

［1］TB 10753-2010，J1149-2011，高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］周愛(ài)國(guó)．隧道工程現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)［M］．北京：人民交通出版社，2009．

［3］馮衛(wèi)星．鐵路隧道新奧法施工新實(shí)踐［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001(5)：25-27．

Discussion on the application of new Austrian method in tunnel construction

LI Hua

(First Engineering Limited Company，China Railway Seventeen Bureau，Taiyuan 030032，China)

This paper briefly introduced the origin and meaning of new Austrian method，and combining with the construction essentials of new Austrian method and new standards，applied to Taojiakuang tunnel excavation engineering，carried out smoothly the site management，setting locking anchor pipe，shiny side blasting construction and other procedures，improved the safety of tunnel construction．

new Austrian method，new standard，tunnel excavation

U455．48

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.064

1009-6825(2013)10-0177-02

2013-01-27

李 華(1983-)，男，助理工程師