新奥法在偏载、软弱围岩中的施工应用

刘　峰　查　鹏　周　聪

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2009）04-074-02

新奥法是一种把设计、施工、监测相结合的科学的隧道建造方法。它根据围岩性质允许围岩产生适量的变形，并在施工过程中通过喷射混凝土、锚杆、钢支撑对围岩起加固作用，根据围岩量测的结果适时的进行衬砌支护，充分地发挥围岩的自承作用。因此，新奥法在困难地层条件下修建隧洞以及控制围岩的高挤压变量方面，显示了极大的优越性。

近年来，新奥法在我国铁路、公路、水下隧道及软弱地质层中的城市地下工程中也获得了比较广泛的应用。本项目所施工的绕城高速公路环山坪隧道采用了新奥法，在隧道洞口坡残积块石粉质土的进洞施工中取得了较好的效果，顺利而安全的通过了洞口Ⅴ级围岩，本文就将进洞的施工方法做以下小结，以便在以后类似围岩施工中推广及改进。

一、工程概况

环山坪隧道位于绕城高速公路南段S7、S8合同段内，是该线最长的一座隧道。该隧道分分离式双洞隧道，设计为三心圆拱曲边墙结构，洞口段Ⅴ超浅级围岩埋深0.5cm～13m，开挖宽度17.72m，高度12.39m；主洞净宽14.5m，净高5.0m，本隧道按照新奥法施工原理进行洞身结构设计，及以系统锚杆、喷砼、钢筋网片、I18工字钢等组成的初期支护与二次模筑砼相结合的复合式衬砌型式。

环山坪隧道洞口位于观音峡背斜东翼、背斜山东侧顺层斜坡近坡脚接浅丘部位，地形坡度15°～25°。附近为农田及林区。

洞口地表为坡残积块石粉质粘土厚3.0m～8.0m,土体松散，下伏基岩为砂质泥岩、介壳灰岩夹粉砂岩，呈角碎状松散结构，强度低。

二、进洞方案初步选定

为了安全进洞，初期按照CD法开挖进洞，具体方案如下图：

隧道隧道施工工序：

I.超前支护；2.右半断面上台阶开挖；

III.右半断面上台阶初期(临时)支护； 4.右半断面下台阶开挖；

V.右半断面下台阶初期(临时)支护； VI.右侧仰拱初期支护；

VII.右侧仰拱砼施工； 8.左半断面上台阶开挖；

X.左半断面上台阶初期支护； 10.左半断面下台阶开挖；

XI.左半断面下台阶初期支护；XII.左侧仰拱初期支护；

XIII.左侧仰拱砼施工；14.中隔壁拆除；

XV.拱墙二次衬砌。

三、进洞方案的调整

上方案定出后，经过多方面的技术验证和经济比较，觉的该方案可行，但是耗费大，不经济，为此，重新拟定了预留核心土开挖法进洞，如下图所示：

但是在洞口拉沟完毕后进行进洞时，由于洞口埋深浅，围岩软弱和存在13.7m高的左右侧偏载的现象，在I部进尺50cm后拱部的80cm的覆盖层出现了垮塌的现象，进洞失败，为此，技术人员对核心土开挖的方案进行了研究和调整，具体为：

1.退后明暗洞交接里程2.4m，按照纵向间距60cm/榀安装I18工字钢支护；

2.重新施工超前小导管施工，由原来的单环增加至双环超前小导管支护；小导管的长度6.0m/根，插入岩层中3.6m，外露的2.4m在洞外的工字钢架上成了一个棚护结构，小导管间采用Φ22钢筋连接成一个整体，暂不进行注浆工作；

3.明、暗洞交接处采用双排并列的I18工字钢架，在原设计的基础上增加了5榀I18工字钢架，加上明暗洞交接处设计原有的1榀工字钢架共6榀工字钢架纵向采用Φ25钢筋连接成一个整体，环向间距1.0m；

4.仰坡加固的钢筋网片加长与双排小导管焊接牢固；

5.对拱架进行满喷C20砼，与仰坡加固的砼连通成一个整体；

6.对小导管进行注浆加固；

7.再按照上图的核心土方案进行开挖。

四、方案实施

1.洞口清理及临时加固

对垮塌的土体进行了清理，并对洞口范围内的岩体进行了素喷砼封闭。

2.超前小导管的安装

（1）布孔及小导管安装

为加固软弱围岩，将孔布在拱部开挖轮廓线外10厘米，孔深3.6米，环距30厘米，内外环间距30cm，小导管与隧道顶纵向夹角10—15°。小导管采用φ40热扎无缝钢管长4.0米。管壁上每隔15厘米交错钻直径为φ8毫米的眼，外露部分的2.4m不进行钻眼。

3.安装洞外的钢拱架

（1）测量人员放出拱架的位置，拱架的临时拱架的位置埋入地面下50cm，同时对拱架的基底进行砼硬化处理；

（2）安装拱架，拱架间距60cm/榀，明暗洞交接处采用并排的双榀工字钢架，并将小导管焊接在拱架的外侧，同时进行拱架的纵向连接钢筋的焊接，

4.锚杆施工

从拱架间的空隙处与隧道轴线呈45°向两侧施打Φ25中空注浆锚杆锚杆，杆体长度4.0m，根据实际情况，锚杆与某榀拱架焊接牢固后进行杆体注浆。

5.喷射砼

接下来就进行喷射C20砼施工，拱架的外围覆盖一层竹胶板，保证砼的外轮廓圆顺，完毕后拆除竹胶板。

6.小导管注浆

（1）浆液采用水泥净浆，水泥选用425#普通硅酸盐水泥，水灰比W/C＝0.8～1.0，注浆压力0.5～1.0Mpa。

（2）注浆设备

主要设备有：BW-250/49注浆泵2台，HJ25型砂浆搅拌机2台。

（3）注浆操作要点

a.根据现场情况及时调整水灰比，一般在注浆量较大，注浆压力较低时，浆液的浓度应调高，胶凝时间应缩短，以控制浆液扩散范围和注浆量；在注浆量较小，注浆压力高的场合，浆液的浓度应适当降低，胶凝时间也应适当延长，这样才能使浆液得到充分地扩散，保证注浆质量。发生漏浆时，通过调整浆液配合比使其浓度加大，胶凝时间缩短，并采取间隔注入的方法，便可有效地将其控制住。

b.小导管在注浆前管口套入一个φ50的胶管，绑扎牢靠，外露30cm～40cm，注浆完毕后先不脱出注浆管，将胶管反绑在小导管上再脱去注浆管，保证注浆压力流失小。

7.掘进开挖

（1）注浆后4小时可进行短台阶法施工，开挖采用风镐掏出土体，每循环进尺60cm。并根据围岩地质情况的变化和人工操作的方便适时开挖高度。减少对围岩稳定的影响。施工时密切注视围岩动向，及时反馈信息指导施工。

（2）开挖出来的岩体及时进行素喷砼施工，再进行其他的初期支护施工；

（3）洞口段的第一个循环小导管插入3.6m，在进尺2.6m后，再按照设计要求的超前支护施工；

（4）进尺8～10m后，根据围岩的软弱情况，轮廓线周边可以辅助实施一些弱松动爆破的掘进措施，进行跳眼装药爆破，每眼的装药数量严格控制，根据岩质的情况考虑1/3～1/2管节的药量。

（5）围岩状况允许的条件下施打掏槽眼进行爆破，但也是严格控制每孔的药量。

a.严格控制开挖进尺，掏槽眼深度不超过0.8米，每循环进尺0.6米左右；以减少对围岩的影响。

b.周边眼间距取30厘米，用小直径药卷，便于控制周边眼的装药量，药卷反绑在破开成一半的竹板上，向孔眼内送药时，保证竹片靠在上方，这种操作能控制一定的光爆效果。

c.炮眼偏差不大于3厘米，钻孔要长度整齐，方向准确，外插角合理且周边斜率相同。

8.初期支护

开挖完毕后，及时按照设计要求进行初期支护的施工，并加强围岩的周边收敛、地表下沉和拱顶下沉观测，根据回归分析后的数据随时调整开挖的进尺和初期支护的施工参数。

环山坪隧道实践证明了采用双排超前支护短台阶法配合留核心土环状开挖法和“以退为进”的洞外加固法施工，是安全进洞的一种行之有效的科学的施工方案，可以广泛的应用在隧道埋深浅、围岩软弱等地质情况下的进洞施工中。这种方案既有利于进洞的安全，又有效地节约了成本。

参考文献：

[1].刘树立.浅谈公路隧道新奥法基本施工方法.中华建筑报，2003

[2].王石春.隧道工程岩体分级.西南交大，2007