基于新奥法的隧道施工技术初探

彭晟 赵君 姜涛

摘要：主要研究了新奥法理论产生和发展的背景和历史沿革，分析其具体方法和应用中的注意事项，以供实际工作参考。

关键词：新奥法;隧道;施工

引言

随着交通网络的不断完善，隧道工程在山区、丘陵地区、城市交通、跨江跨海交通中所占的比重越来越大，其施工方法日益得到技术人员的重视。新奥法施工运用岩土力学理论，对隧道围岩与支护系统的变形进行量测、监控，利用隧道支护系统变形对隧道结构的设计进行修改，是一种充分利用围岩自承能力的设计方法，能够节约隧道建设的成本。

1 新奥法原理

1.1 隧道设计施工的两大理论及其发展过程

20 世纪以来，人类对地下空间的需求越来越大，地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展。人们通过大量的地下工程实践，先后建立了两种不同的理论体系。即“松弛荷载理论”和“岩承理论”。前者类似地面工程考虑问题，即：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载;不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。后者认为不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。

1.2 新奥法

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究，于20 世纪60 年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近40 年来，铁路等部门通过科研、设计、施工三结合，在许多隧道修建中，根据自己的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据，现已全面进入推广应用阶段。

2 新奥法施工方法

新奥法隧道施工中常用方法大致分为全断面法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变化方案。

2.1 全断面法

即全断面开挖法，是指按设计开挖面一次开挖成型。其开挖顺序是全断面开挖，锚喷支护，灌筑混凝土衬砌。常选用于Ⅳ～Ⅵ类硬岩的石质隧道。该法可以采用深孔爆破。全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少、干扰少，便于施工组织和管理。缺点是由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此就要求施工单位应具有较强的开挖、出碴与运输及支护能力。全断面开挖法的主要工序是：使用移动式台车或者台架，首先全断面一次钻孔，并进行装荷连线，然后将钻孔台车后退到50m 以外的安全地点，再起爆，使一次爆破成型，出碴后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环，同时进行锚喷支护或先墙后拱衬砌。

2.2 台阶法

台阶法一般是将设计断面分成上半断面和下半断面两次开挖成型。其开挖顺序是上半部开挖拱部锚杆喷射混凝土支护，拱部衬砌，下半部中央部分开挖，边墙部分开挖，边墙锚杆喷射混凝土支護及衬砌。该方法多适用于Ⅱ、Ⅲ类较软而节理发育的围岩中，可分别采用添加变化方案。如根据上下台阶距离长短，可分别采用长台阶法、短台阶法、超短台阶法等。台阶开挖的特点在于：一是台阶开挖宜采用轻型凿岩机打眼，而不宜采用大型凿岩台车;二是台阶法开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度。台阶有利于开挖面的稳定性。尤其是上部开挖支护后，下部作业较为安全;三是台阶法开挖的缺点是上下部作业互相干扰。应注意下部作业时对上部稳定性的影响台阶开挖会增加对围岩的扰动次数。

2.3 分部开挖法

分部开挖法是将开挖断面进行分部开挖逐部成型，主要包括五种变化方案：台阶分部开挖法、上下导坑法、上导坑超前开挖法、单（双）侧壁导坑法。台阶分部开挖法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段，与超台阶法相比，台阶可以加长，一般双车道隧道为1倍洞跨，单车道隧道为2倍洞跨，而较单（双）侧臂导坑法机械化程度高，可加快工程进度。上下导坑超前开挖法适用于Ⅱ、Ⅲ类围岩，在松软地层开挖隧道，一般宜采用上下导坑超前开挖先拱后墙法。能够通过提前探明地质情况，改变施工方法。工作面多，便于拉开工序，适用于安排劳动力与使用小型机械施工。单侧臂导坑法适于围岩稳定性较差，隧道跨度较大，地面沉陷难以控制时采用，兼有正台阶法和双臂导坑法的优点。双侧臂导坑法适于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩特别差时采用，比较安全可靠。

3 实际施工中应用要点

3.1 施工前的准备工作

首先是施工技术准备。在隧道施工中应用新奥法施工技术前，需要完成对隧道施工设计图纸的复审，对施工人员在隧道支护、开挖施工及衬砌施工技术进行交底。同时在施工作业现场导线点、导线复测等测量上进行控制，并且做好相关的准备。其次是施工现场准备。主要是完成对现场的通水、通电及平整现场等一系列工作。然后要结合隧道工程施工情况，完成搅拌站的安装，同时建立施工现场安全管理体系。最后是材料与设备准备。根据施工情况安排所需的机械设备与匹配的数量进入施工现场，同时准备好公路隧道施工过程中所使用的沙子、水泥、防水板等施工材料。

3.2 围岩支护工作

在实施隧道开挖工程之后，围岩应力会随之再次分布，这时需要加强围岩的稳固性，保证围岩卸载后强度。为了满足隧道结构承载能力，围岩会发生一定的变形与位移情况。需要使用新奥法施工技术，对隧道进行围岩支护。使用锚喷进行初期支护，并在二次支护过程中，使用模筑混凝土复合衬砌。若施工现场属于软岩层，则需要抑制施工发生形变，避免柔性支护模式。这是由于岩层地层隧道下部地层与表面不能承受一定的应力，而其深部土层会受到较大的压力，不能有效对施工产生的形变进行抑制。因此，在支护时最好选择一些薄壳型支护结构，从而减少弯曲断裂情况的发生。

3.3 全时监测工作

做好全时监测工作是隧道施工过程中的一个重点，这样可以掌握围岩物理性质，了解隧道稳定性。另外在采用支护结构时，可以选择正确的支护结构，使施工技术满足设计需求，以此保证隧道工程项目建设的稳定性及工程项目建设的安全性。首先在监测实施后，若发现围岩稳定性较差，需要及时进行支护。对稳定性较好的围岩要保证支护的即时性，在此过程中喷射混凝土不仅要及时还要快速，并且厚度要达到施工要求。根据工程的情况，添加钢筋网与锚杆。其次在初次支护完成后，基本的变形处于稳定后，要尽快加设模板，便于进行二次衬砌。在采用新奥法施工工艺时，可以利用其基本原理，在了解地质情况与综合考虑各方面的因素后，总结经验或计算数字，确定喷锚支护的基本参数，在监测后、开挖之前提前了解围岩的物理状态及性质，将了解的信息反馈到工程中，并关注日常检测系统建设情况，从而保证开挖方案的科学性与准确性。

结语

本文首先对隧道施工中的新奥法施工技术追根溯源，了解其内涵，而后对新奥法进行了应用的分析研究，将新奥法施工技术与具体的实践工程相融合，保证新奥法施工技术的有效利用，对提高隧道施工质量具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 刘鹏，张立东. 新奥法隧道施工过程中的质量控制措施[J].建筑工程技术与设计，2017（20）：1388.

[2] 李晓红. 隧道新奥法及量测技术[M].北京科学出版社，2002.

（作者单位：中国人民解放军66469部队）