新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用

崔正国

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050001）

1 工程概况

某隧道工程位于高速公路第四标段，隧道左幅长455m，右幅长470m，隧道所处围岩为Ⅲ类、Ⅳ类围岩，围岩自承能力较差。隧道施工根据围岩结构特点，采用新奥法施工技术，初期支护方案为超前锚杆加固、喷射混凝土、安装格栅钢构架。开挖施工采用短台阶光面爆破法，先期进行洞门施工，加固洞门围岩结构，后与洞内二次衬砌同时施工。本工程新奥法施工要点为短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤测量。

2 新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用

2.1 开挖与爆破

本工程在充分考虑支护结构受力条件的前提下，采用正台阶开挖法，上下断面平行作业，在开挖上台阶时留取核心土，以达到控制隧道收敛速度的目的。具体施工技术如下。

2.1.1 洞顶加固

本工程在进洞前清理坡面上的危岩，拆除位于洞顶处的水渠，采用喷锚挂网联合防护技术对洞顶20m×40m 区域进行加固；在加固中，采用长为3～5m的黏结型早强砂浆锚杆，锚杆间距控制在1.2m，在表面挂网，网格间距控制在20cm×20cm，喷射混凝土，混凝土厚度为10cm[1]。

2.1.2 进洞口开挖

（1）在进洞口采用明挖法开挖土石方，开挖顺序为从上到下分层开挖，每层开挖高度为2m；纵向开挖采用挖掘机，保证一次开挖成型；在开挖过程中遇到挖不动的岩石地段，则要用弱爆破方法完成开挖，减轻对围岩的扰动[2]；在隧道出口开挖中采用光面爆破短台阶施工技术，上台阶开挖长度为洞跨的2 倍；土石方施工后，根据设计坡度要求进行刷坡，喷射混凝土稳固边坡，混凝土厚度为10cm，避免洞口坍塌。

（2）在进口5m 处采用铺设格栅钢架，拱部纵向连接筋间距控制在0.5m，在拱部表面挂网并喷混凝土，厚度为10cm；在拱部加固中采用超前小导管注浆加固技术，小导管外径42mm，长为3.6m，壁厚为3.5mm，环向与纵向间距分别为0.4m、2.4m，搭接长度不得小于1.0m；加工小导管前端部位，形成尖锥形，在小导管尾部焊接加固钢筋；小导管管壁钻压浆孔，孔直径为10mm，在距离导管尾端1m 处停止钻孔；根据设计图纸放线，确定拱部开挖的轮廓线，采用风枪钻眼，安装小导管，小导管外露0.5m；安装一排小导管后注浆，浆液以水泥浆液为主，浆液中掺入5%的水玻璃，注浆压力为0.5～1.0MPa，采用分浆器同步向4 根小导管注浆，注浆后检查围岩固结效果；小导管注浆固结后开挖，边开挖边喷混凝土封闭岩面，厚度为5cm，设置钢支架、锚杆加固、表面挂网，以稳定岩面受力结构。

（3）本工程为保证施工安全，减少超欠挖量，采用光面爆破技术替代钻孔爆破技术；在光面爆破中适当加密周边眼，爆破层厚度为50～90cm[3]；爆破采用的炸药为猛度低、炮速低、破岩能力强的炸药，使用即发雷管与导爆索同时起爆爆破眼。

2.1.3 出口仰破加固

本工程的隧道出口仰破较陡，左侧堆积大面积采石，右侧为山体，分布1.0～3.0m厚的黄土层，该区域用于种植农作物。在长期经受流水冲刷的情况下，隧道仰破结构不稳定，需使用喷锚加固法对仰破加固处理。采用Φ28mm 砂浆锚杆，长度为2～12m，利用砂浆锚杆加固14m×28m区域，砂浆锚杆间距为1.5m，表面挂钢筋网，网格间距为25cm，喷厚度为10cm 的混凝土。

2.2 喷锚支护

本工程采用喷锚支护，对Ⅲ类围岩加装钢格栅1榀/m，湿喷混凝土，使混凝土与围岩形成承载环，起到围岩加固作用；在开挖面施工时紧跟首喷混凝土，厚度为3～5cm，为锚杆和挂网施工提供作业面；待安装好钢格栅后，二次喷射混凝土，喷射后4h内不允许爆破[4]。具体的施工技术如下：

2.2.1 喷射混凝土

（1）混凝土喷射采用P2-5（B）型喷机，压风机的供风量为21.5m³/min，在隧道入口管道上安装增压水泵；混凝土材料为普通硅酸盐425 水泥，中粗砂含水率为5%～7%，选用级配10～15mm 的石子，在拌和混凝土时掺入适量速凝剂。

（2）混凝土喷射顺序为从下到上、先墙后拱，若隧道岩面出现严重的凹凸不平，则要先喷射凹处；混凝土喷射采用分段分片施工方法，每片喷射要从下部横扫移动，往返一次，再向上移动横扫喷射，最大喷射长度不得超过6m。

（3）在喷射时，洞内喷射厚度为3～5cm，洞口段喷射厚度必须超过10cm，控制喷射设备与面层之间的距离，一般在1.0m 左右；喷射完毕后及时养护，养护周期为7d。

2.2.2 水泥砂浆锚杆施工

（1）锚杆选用20MnSi 钢筋；砂浆材料为普通硅酸盐425 水泥、砂、速凝剂，速凝剂掺入量为水泥用量的3%，砂粒径在3mm 内，水灰比为0.45，砂浆初凝时间和终凝时间分别不得超过5min、10min。

（2）对锚杆除锈，首喷混凝土后安装锚杆，根据设计图纸放线，定位锚杆钻入位置；钻孔时保持直线钻进，与岩层结构面垂直，控制深度和孔距误差，分别不允许超过±5cm、±15cm；钻孔直径要略大于锚杆直径1.5cm。

（3）灌浆前清理干净孔眼，均匀拌和水泥砂浆，从孔底均匀灌浆，保证灌浆饱满、连续不断，灌浆后缓慢拔管[5]。

2.2.3 格栅钢架

对称焊接格栅钢架，焊接长度不得小于4cm；清理安装部位处的杂物，回填超挖部分，人工组装钢架，用螺栓连接钢架，两榀格栅之间用拉杆连接；安装钢架时，钢架与围岩之间相距5cm，保证混凝土厚度大于4cm。

2.2.4 复喷混凝土

在安装完毕锚杆、格栅后复喷混凝土，复喷时间必须在首喷混凝土终凝1h后；复喷前冲洗受喷面，实测锚杆、格栅空隙距离，保证复喷密实，厚度符合设计要求，使混凝土全部覆盖钢筋网。

2.3 衬砌施工

本工程采用衬砌台车施工，在二次衬砌前时施作防水层，避免衬砌渗水；混凝土浇筑按照自下而上的顺序施工，从边墙浇筑到拱顶，整体式完成衬砌混凝土工程，不能留有工作缝；在混凝土浇筑到拱脚处时，可以中断浇筑，待墙上混凝土下沉稳定后，即停留1～2h 后继续浇筑混凝土；控制初期支护与二次衬砌的空隙，在空隙间压入水泥砂浆。

2.4 施工量测

在施工过程中，采用超前地质预报方法测量围岩变化和支护结构，及时调整支护方案，有效预防突发事故。本工程采用的超前地质预报方法为：工程地质调查法，在隧道施工前调查分析地质情况，掌握隧道工程区域的地质结构特征，判断施工方案的可行性；地质雷达法，采用地质雷达设备探测围岩结构，掌握围岩裂隙分布情况，及时发现掌子面前方的围岩类型变化，准确识别断裂带[6]；全站仪监测，在施工过程中，采用全站仪测量隧道边墙、拱顶和隧底的位移情况。

3 结语

公路隧道工程施工中，结合围岩结构特点合理采用新奥法进行支护施工，应严格控制预支护、开挖、初期支护、量控监测和二次衬砌关键施工环节，通过锚杆施工和喷射混凝土强化原有岩体强度，最大限度发挥出围岩自身承载力作用，加固围岩结构，控制围岩变形，从而保证公路隧道施工质量和施工安全性。