新奥法在水工隧洞工程应用中应注意的问题

刘卡 王龙

摘要：新奥法已在我国隧道建设中广泛使用，成功的工程实例不胜枚举，隧道和地下工程界积累了丰富的经验，但是，在水工隧洞的修建中，不能直接照搬公路、铁路及地铁隧道的经验，应对支护时机和支护强度进行适当的调整。

关键词：新奥法 水工隧洞 支护时机 支护强度

新奥法适用范围广泛，在20世纪60年代新奥法被介绍到我国，20世纪70年代末到80年代初得到迅速发展。至今，在地下工程领域，可以说所有重点难点工程都离不开新奥法，用新奥法指导施工的工程实例不胜枚举。新奥法以其快速、节省、安全和具有很高的灵活性与优越性越来越受到学者和工程人员的青睐。

1.新奥法的基本原理

（1）充分利用围岩的自身承载能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分；施作的支护将同围岩共同工作，形成承载环或承载拱。为此，洞室开挖爆破和施作支护时，均应采取措施尽量减少对围岩的破坏程度，保持围岩强度。

（2）根据岩体具有的弹、塑性物理性质，研究洞室围岩的应力-应变状态，并将其变形发展控制在允许的变形压力范围内，及时施作支护，以保持围岩稳定。

（3）施作的支护结构应与围岩紧密结合，既要具有一定的刚度，以限制围岩变形自由发展，防止围岩松散破坏，又要具有一定的柔性，以适应围岩适当的变形，使作用在支护结构上的变形压力不致过大。当需要补强支护时，宣采用锚杆、钢筋网以至钢拱架等加固，而不宜大幅度加厚喷层。当围岩变形趋于稳定之后，必要时施作二次衬砌，以满足洞室工作要求和增加总的安全度。

（4）设置固定的观测系统，监测围岩的位移及其变形速率，并进行必要的反馈分析，正确估计围岩特性及其随时间的变化，以确定施作初期支护的有利时机和是否需要补强支护等措施。

2.新奥法在水工隧洞中的应用应注意的问题

新奥法在公路、铁路和地铁的设计与施工中的应用较为广泛，且积累了丰富的经验，但是能否将这些经验直接搬到水工隧洞的修建中去呢？

水工隧洞在运营过程中要承受其内部的水的压力，持续时间长，有的水压甚至会很大，将会使衬砌承受比较大的拉应力，这与公路、铁路和地铁隧道在运营过程中所承受的力是完全不同的，并且，水工隧洞对防水的要求也很高，尤其是当水工隧洞处于湿陷性黄土等其性质对水比较敏感的围岩中时，鉴于此，我们在对水工隧道进行设计施工时便不能完全照搬公路、铁路和地铁隧道关于新奥法的经验，须在对此理论的理解上作出一些修正，应更重视在隧洞在使用阶段对围岩承载力的利用，当然，需从设计及施工阶段做起。

在采用新奥法原理进行水工隧道的设计与施工时，虽同样要求用柔性支护，充分利用围岩的自承能力，但是在支护时机及支护强度的确定上，应根据围岩情况及隧洞使用后的水压力等因素，相对于以往修建公路、铁路或地铁隧道的经验，适当提前支护时机，提高支护强度，使围岩变形少一些，应力释放得少一点，让衬砌多分担一些荷载，这样有利于抵消在隧洞在使用过程水压力而产生的拉应力，有利于减少衬砌裂缝，而具体可采取如下方法：

（1）一般情况，即非大变形的情况下，适当地提前支护时机，并且也应减少初支的暴露时间，及时施做衬砌；

（2）应适量提高支护强度，如缩短钢拱架间距，加大钢拱架型号，采用强度高的喷射混凝度，或增加初支的厚度。

当然，这样做会使初期支护的成本增加，但是由于衬砌分担的荷载相对多了，在以后的使用阶段其相当于给衬砌施加了一定的环向预压力（如图1所示），可以部分抵消隧洞内水压引起的衬砌的环向拉应力，使衬砌所受的环向拉应力减小，减少衬砌裂缝发生的概率，并减小裂缝的宽度及长度，对隧洞防漏防渗有显著作用，并可提高隧洞结构的耐久性，另外，如果设计得当，还有望减少在防止衬砌裂缝方面的投入，降低综合成本。

（a）未改变支护时机及支护参数时 （b）改变支护时机及支护参数时

图1 两种情况的对比

但是，由于支护时机的提前及支护强度的增加，围岩对衬砌压力也将增大，衬砌所受围岩压力的不均匀性所产生的危害将会增强，因此，应更加重视对围岩压力不均匀性的防治，在开挖时应尽量减少对围岩的扰动，采用光面爆破，减少超欠挖现象，并应在进行锚喷支护工作时加强质量控制，使初期支护与围岩之间尽量密实，避免初支后面有空洞存在，尤其是拱顶位置，必要时应及时进行注浆作业。

3.结语

在使用新奥法修建水工隧洞时应适当提前支护时机，提高支护强度，以充分利用围岩荷载来协助衬砌抵抗隧洞内水的压力，但是，应注意到这会引起围岩荷载的增加，导致围岩压力的不均匀性所产生的危害增大，应采取适当措施减少此危害。

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