邱干

（湖南建工交通建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

0 引言

隧道建設(shè)面臨諸多復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題，如何保證開(kāi)挖效率與安全是一大重點(diǎn)，在此背景下提出“新奧法”，并快速得到了推廣應(yīng)用。目前新奧法已被寫(xiě)入我國(guó)相關(guān)隧道設(shè)計(jì)與施工規(guī)范中，改變了傳統(tǒng)圍巖是荷載來(lái)源的觀念，認(rèn)為圍巖是支護(hù)隧道的主要力量，隧道施工中必須嚴(yán)格把握新奧法技術(shù)特點(diǎn)，減少擾動(dòng)，全面實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)。

1 新奧法施工原理

新奧法的理論基礎(chǔ)為巖體力學(xué)理論，以圍巖為承載機(jī)構(gòu)，其核心在于設(shè)計(jì)施工中充分發(fā)揮、維護(hù)、加強(qiáng)圍巖自承能力[1]，具體可歸納為兩點(diǎn)：減少對(duì)圍巖過(guò)多的干擾，防止破壞圍巖整體性；密切關(guān)注圍巖性質(zhì)，不得長(zhǎng)期暴露導(dǎo)致劣化問(wèn)題的出現(xiàn)[2]。

基于新奧法理念，隧道施工具體措施包括：采取控制爆破減少對(duì)圍巖自承能力的削弱；隧道開(kāi)挖后及時(shí)施作噴錨柔性支護(hù)，控制隧道變形；全程量測(cè)與信息反饋，實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工。對(duì)于處于軟弱地層的隧道工程而言，新奧法施工中僅僅采取噴錨支護(hù)方法是不夠的，由此分部開(kāi)挖法被提出，并由此發(fā)展出臺(tái)階法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔墻法（CD 法和CRD 法）等分部開(kāi)挖法，并輔以超前管棚、超前小導(dǎo)管注漿等工法[3-4]。

2 隧道工程新奧法方案分析

2.1 工程概況

S232 布爾津至喀納斯機(jī)場(chǎng)段公路為雙向四車道一級(jí)公路，一般路段設(shè)計(jì)速度為100km/h、山區(qū)隧道為80km/h。本項(xiàng)目全線共設(shè)置中隧道1 座，具體設(shè)置見(jiàn)表1。隧道設(shè)計(jì)速度為80km/h，隧道主洞建筑限界：凈寬0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25m，凈高5.0m。

表1 隧道設(shè)置一覽表

2.2 場(chǎng)地穩(wěn)定性與圍巖工程地質(zhì)特征

隧址區(qū)經(jīng)歷了多期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主要表現(xiàn)在不同程度的隆升運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)。隧址區(qū)圍巖主要由石英砂巖、凝灰?guī)r、頁(yè)巖組成，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道進(jìn)口段堆積層厚度不大，局部基巖裸露，隧道出口段堆積層厚度較大，出露為粉質(zhì)黏土，場(chǎng)地總體穩(wěn)定，可修筑隧道。

隧址區(qū)洞身圍巖由變質(zhì)砂灰、凝灰?guī)r夾集塊熔巖構(gòu)成，在洞身段發(fā)育有瓊庫(kù)爾斷層，巖體受地質(zhì)構(gòu)造影響強(qiáng)烈，場(chǎng)地中節(jié)理以2～3組發(fā)育為主，巖石中的節(jié)理發(fā)育受次生應(yīng)力影響，致使隧道圍巖的巖體結(jié)構(gòu)、完整性變化較頻繁。巖體具散體～碎裂結(jié)構(gòu)、鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)、中厚層狀結(jié)構(gòu)等多種類型，巖體完整性在極破碎～較破碎之間變化，隧道圍巖級(jí)別為V～I(xiàn)V級(jí)。

隧址區(qū)根據(jù)各巖組的巖性及賦水特征，測(cè)區(qū)內(nèi)地下水按其賦存形式有松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水、構(gòu)造裂隙水三大類型，主要受溪溝水、河水、大氣降水補(bǔ)給。

2.3 新奧法施工方案

按照新奧法原理施工，遵循“弱爆破、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、早閉合、勤量測(cè)、襯砌緊跟”的原則，并結(jié)合反饋信息及時(shí)優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，信息化施工[5]。隧道整體施工組織從出口單端掘進(jìn)，主要是由于隧道進(jìn)口地形險(xiǎn)峻、場(chǎng)地狹小，不具備布置施工便道及施工場(chǎng)地條件，本隧道為中隧道，長(zhǎng)度不大，采用單端掘進(jìn)可以滿足工期要求。

隧道開(kāi)挖采用光面爆破，特殊條件下應(yīng)設(shè)減震孔，減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)。結(jié)合本項(xiàng)目地質(zhì)條件，隧道進(jìn)出口加強(qiáng)段采用CD 法開(kāi)挖（見(jiàn)圖1），V 級(jí)圍巖淺埋及斷層破碎段采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法（見(jiàn)圖2），Ⅳ級(jí)圍巖地段采用臺(tái)階法分步開(kāi)挖（見(jiàn)圖3）。

圖1 CD法施工工序

圖2 環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法施工工序

圖3 臺(tái)階法分步開(kāi)挖施工工序

由于隧道進(jìn)口端無(wú)作業(yè)面，開(kāi)挖至進(jìn)口端30m 時(shí)，停止大斷面爆破開(kāi)挖，借助進(jìn)口端橋臺(tái)施工平臺(tái)，對(duì)山體表面危石及風(fēng)化層進(jìn)行清表處理，開(kāi)挖明洞并施作超前大管棚支護(hù)，再由大樁號(hào)側(cè)開(kāi)挖出洞；或者以小導(dǎo)洞的形式開(kāi)挖至進(jìn)口，在隧道明暗交界處開(kāi)辟大管棚的作業(yè)平臺(tái)，施作進(jìn)口端大管棚，在大管棚的支護(hù)下開(kāi)挖進(jìn)洞。

3 新奧法在該隧道工程中的實(shí)施要點(diǎn)

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)是新奧法的重要部分，具體工作如下。

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

采用地震儀等設(shè)備探測(cè)出掌子面前方100～150m 范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的準(zhǔn)確屬性、位置、空間分布規(guī)模；如有必要，利用地質(zhì)雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)一步探測(cè)掌子面前方30m范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的屬性、位置、空間分布規(guī)模。在以上方法無(wú)法準(zhǔn)確判斷或綜合判斷出不良地質(zhì)體可能有嚴(yán)重安全隱患的目標(biāo)地段，為確保準(zhǔn)確性，對(duì)掌子面前方30m實(shí)施超前水平鉆孔探測(cè)。

（2）監(jiān)控量測(cè)方案

根據(jù)本路段隧道的地質(zhì)條件，采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行拱頂下沉觀測(cè)；采用周邊收斂計(jì)進(jìn)行圍巖周邊收斂量測(cè)；采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行洞口淺埋段地表沉降觀測(cè)；采用錨桿抗拔計(jì)進(jìn)行錨桿抗拔試驗(yàn)；對(duì)淺埋段隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行支護(hù)襯砌內(nèi)力監(jiān)測(cè)；其他選測(cè)項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)條件和支護(hù)狀況進(jìn)行選擇。

3.2 洞口段施工

由于山區(qū)地形狹窄，路線布設(shè)困難，使得海流灘隧道進(jìn)口端左右線凈距約為21m，依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGT D70—2010）4.4.2和4.4.3條規(guī)定，雖滿足分離式隧道凈距要求，但由于進(jìn)口端山體陡峻、圍巖破碎，需做好支護(hù)工作，具體施工順序如下：隧道洞口清?！鷶r截溝及防護(hù)網(wǎng)施作→隧道洞口邊仰坡開(kāi)挖支護(hù)→大管棚導(dǎo)拱施工→大管棚施作→進(jìn)入暗洞施工（約30m）→明洞（洞門(mén)墻）施作→明洞（洞頂）回填。具體施工要點(diǎn)如下：

（1）隧道進(jìn)出口加強(qiáng)段均選擇CD 法施工，加設(shè)臨時(shí)支護(hù)，嚴(yán)格控制圍巖變形。

（2）隧道爆破應(yīng)進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)，以減少開(kāi)挖對(duì)中間巖體的擾動(dòng)，若施工過(guò)程中間巖體破碎或變形嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固處理。

（3）先行洞和后行洞掌子面錯(cuò)開(kāi)距離＞2 倍隧道開(kāi)挖跨度，且先行洞宜先開(kāi)挖靠近中間巖體一側(cè)。

（4）隧道開(kāi)挖前應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及超前支護(hù)，選擇S5a 型襯砌支護(hù)形式，開(kāi)挖后及時(shí)閉合初期支護(hù)，在初期支護(hù)變形穩(wěn)定后立即進(jìn)行二次襯砌澆筑，確保支護(hù)強(qiáng)度。

（5）施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)圍巖監(jiān)測(cè)，將地表沉降、爆破振動(dòng)影響及中間巖體變形作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，并依據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)施工方法和工序進(jìn)行調(diào)整，確保工程安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

3.3 洞身段施工

遵循“超探測(cè)、預(yù)堵水、管超前、即支護(hù)、弱爆破、短進(jìn)尺、早封閉、勤監(jiān)測(cè)、備預(yù)案”的原則作業(yè)，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)文件中的施工工序組織各斷面結(jié)構(gòu)施工，具體施工要點(diǎn)如下：

（1）洞身開(kāi)挖前施作超前支護(hù)，主要材料指標(biāo)如表2所示。超前支護(hù)前端應(yīng)加工成錐形，施工時(shí)在工字鋼腹板上開(kāi)挖，鋼管穿過(guò)孔口以盡可能小的外插角打入圍巖；超前支護(hù)預(yù)注漿在水量較大的地段采用水泥-水玻璃雙液漿，在水量較小的地段采用水泥漿，其參數(shù)如表3所示。

（2）隧道光面爆破施工，嚴(yán)格控制爆破用藥量，確保開(kāi)挖幅面規(guī)整。

（3）初期支護(hù)（包括臨時(shí)支護(hù)）緊跟開(kāi)挖面，爆破后立即對(duì)圍巖進(jìn)行初噴，初噴厚度≥40mm，打設(shè)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、施作鋼架。采用濕噴工藝，分2～4次復(fù)噴達(dá)到設(shè)計(jì)要求，覆蓋全部鋼筋和錨桿露頭，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7d。Ⅴ級(jí)圍巖段錨桿的抗拔力≥40kN，Ⅵ級(jí)圍巖錨桿的抗拔力≥60kN。鋼筋網(wǎng)單根現(xiàn)場(chǎng)綁扎，并隨巖面凹凸起伏，緊貼巖面。

（4）隧道二次襯砌仰拱應(yīng)先于拱墻襯砌施作，以盡早形成閉合受力環(huán)。仰拱施工前應(yīng)搭設(shè)臨時(shí)便橋，必要時(shí)采用內(nèi)模以保證仰拱澆筑質(zhì)量。二次襯砌采用全斷面模板臺(tái)車一次澆筑完成，混凝土采用機(jī)械泵送，襯砌下部矮邊墻不得高于檢修道頂。二次襯砌采用C45防水混凝土，抗?jié)B標(biāo)號(hào)≥P10。隧道結(jié)構(gòu)頂板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%時(shí)才能拆模。隧道防水層采用EVA 復(fù)合式防水板，防水板連接采用機(jī)械熱風(fēng)焊接，雙焊縫，焊縫寬度≥10mm，防水板搭接寬度≥100mm。焊接時(shí)要求焊縫末端預(yù)留氣孔，焊接完成后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行充氣檢查，充氣壓力≥0.25MPa，15min 內(nèi)氣壓降≤0.025MPa。

（5）按規(guī)定進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。穿越斷層、破碎帶等不良地質(zhì)，需用水平鉆孔進(jìn)行超前預(yù)報(bào)復(fù)核，其中，水平鉆孔數(shù)量要求全斷面開(kāi)挖至少5個(gè)、分步開(kāi)挖至少3 個(gè)，鉆孔深度≥30m，前后兩次鉆孔搭接長(zhǎng)度≥5m。

表2 超前支護(hù)主要材料

表3 水泥漿液參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新奧法在我國(guó)隧道工程建設(shè)中已廣泛應(yīng)用，其可有效限制圍巖變形發(fā)展，提高施工安全性。隧道施工中必須根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況，科學(xué)應(yīng)用新奧法，規(guī)范落實(shí)開(kāi)挖施工、洞身開(kāi)挖、超前及初期支護(hù)以及二次襯砌施工等，充分保證施工安全性，確保隧道工程有序推進(jìn)、圓滿完工。