公路隧道新奥法施工技术培训(附简图)

公路隧道新奥法施工技术培训（附简图）
2017.11.15
一、新奥法的基本概念
新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。

新奥法施工方法包括全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔墙法（简称CD法）和交叉中隔墙法（简称CRD法）、双侧壁导坑法。

二、新奥法施工的要点
（一）在隧道的整个支护体系中，围岩是承载结构的一部分，施工中要合理利用围岩的自承能力，保持围岩的稳定；
（二）隧道开挖时，应尽可能减轻对隧道围岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度。

（三）允许围岩有一定的变形，初期支护应尽量做成柔性的，以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载，充分围岩的自身承载作用。

（四）洞室开挖后及时施作初期支护，封闭围岩表面，抑制围岩体的早期变形，待围岩稳定后，再进行二次衬砌，但遇软弱围岩特别是洞口段衬砌要紧跟。

（五）隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件，因此,要尽可能使结构做得圆顺(如做成圆形或椭圆形的),不产生突出的拐角,避免产生应力集中现象。

同时,尽早使衬砌结构闭合(封底)，以形成承载环；
（六）对隧道周边进行位移收敛量测是施工过程中必不可少的一
个重要环节，从现场量测反馈信息及时修改设计和施工方案。

（七）对外层衬砌周围岩体的渗水，要通过足够的“排堵措施”予以解决，如在两层衬砌之间设置中间防水层等。

三、新奥法施工方法
全断面法
（一）全断面法的概念及适用条件
全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型的方法，如图1所示。

全断面法常适用于Ⅰ～Ⅲ级硬岩的石质隧道，可采用深孔爆破施工。

图1 全断面施工方法
1-全断面开挖；2-锚喷支护；3-模筑混凝土
（二）全断面法的优缺点
优点：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，工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，对围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。

缺点：由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，采用深孔爆破时，产生的爆破震动较大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。

（三）全断面施工工序
1.用钻孔台车钻眼，然后装药、联接导火线；
2.退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；
3.排除危石；
4.喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；
5.用装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外；
6.喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆；
7.根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；
8.开始下一轮循环；
9.通过量测判断围岩和初期支护的变形，待基本稳定后，施作二次模注混凝土衬砌。

（四）全断面施工注意问题
1.加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。

2.各工序机械设备要配套。

3.加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。

4.重视和加强对施工操作人员的技术培训。

5.在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护型式。

台阶法
（一）台阶法的概念及适用条件
是新奥法中适用性最广的施工方法，多适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩中。

它将断面分成上半断面和下半断面两部分分别进行开挖，如图2所示，随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层。

根据台阶的长度，它有长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种方式。

图2 台阶施工方法
1—上半部开挖 2—拱部喷锚支护 3—拱部衬砌
4—下半部中央部开挖 5—边墙部开挖 6—边墙部喷锚支护及衬砌
图3 台阶法
a)长台阶法 b)短台阶法 c)超短台阶法
（1）长台阶法如图3a，上、下开挖断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞宽。

施工时，上、下部可配备同类机械进行平行作业。

当机械不足时也可用一套机械设备交替作业，即在上半断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。

当隧道长度较短时，亦可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工，习惯上又称为“半断面法”。

（2）短台阶法如图3b，这种方法也是分成上下两个断面开挖，两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞宽，或5～50m，上下断面基本上可以采用平行作业，其作业顺序和长台阶法相同。

短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，以保证施工安全。

（3）超短台阶法如图3c，这是一种适于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在膨胀性围岩及土质地层中采用。

为了尽快形成初期闭合支护以稳定围岩，上下台阶之间的距离进一步缩短，上台阶仅超前3～5m，不能平行作业，只能采用交替作业，因而施工进度会受到很大的影响。

在软弱围岩中采用超短台阶法施工时应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对围岩采用预加固或预支护措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小导管等。

（二）台阶法的优缺点
优点：开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，有利于稳定，上部开挖支护后，下部作业较安全。

缺点：上下部作业互相干扰，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数等。

（三）台阶法注意问题
1.台阶数不宜过多，台阶长度要适当，一般以一个台阶垂直开挖到底，保持平台长
2.5m～3m为好。

2.个别破碎地段可配合喷锚支护和挂网施工。

3.上部开挖时，因临空面较大，易使爆破面渣块较大，不利于装渣，应适当密布中小炮孔。

4.采用台阶法开挖关键问题是台阶的划分形式。

台阶划分要求做到爆破后渣量较大，钻孔作业面与出渣运输干扰少。

分部开挖法
（一）分部开挖法的概念及适用条件
又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。

上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，施工安全性较好。

一般环形开挖进尺为0.5m～1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序如图4所示。

图4 台阶分部开挖法
1—上弧形导坑开挖 2—拱部喷锚支护 3—拱部衬砌 4—中核开挖 5—下部开挖 6—边墙部喷锚支护及衬砌 7—灌筑仰拱
（二）分部开挖法的优缺点
优点：与超短台阶法相比，台阶的长度可以加长，相当于短台阶法的台阶长度，减少了上下台阶的施工干扰，施工速度可加快。

而且较侧臂导坑法的机械化程度高。

缺点：开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构
形成全断面封闭的时间长，将可能使围岩变形增大，需要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。

单侧壁导坑法
（一）单侧壁导坑法的适用条件
适用于围岩稳定性较差（如软弱松散围岩），隧道跨度较大，地表沉陷难于控制地段。

该法确定侧壁导坑的尺寸很重要，一般侧壁导坑的宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便，开挖和支护顺序如图5所示。

图5 单侧壁导坑法
1—侧壁导坑开挖 2—侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑3—后行部分上台阶开挖 4—后行部分下台阶开挖 5—后行部分喷锚支护 6—拆除中壁墙 7—灌筑仰拱 8—灌筑洞周衬砌
（二）单侧壁导坑法的优缺点
优点：是通过形成闭合支护的侧导坑将隧道断面的跨度一分为二，有效地避免了大跨度开挖造成的不利影响，明显地提高了围岩的稳定性。

缺点：是因为要施作侧壁导坑的侧支护，随后又要拆除，增加了工程造价。

双侧壁导坑法
（一）双侧壁导坑法的概念及适用条件
又称眼镜工法，适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大（如三车道公路隧道等）或因环境要求，且要求严格控制地表沉陷地段。

开挖和支护顺序如图6所示。

导坑尺寸拟定的原则同单侧壁导坑法，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。

左、右侧导坑应错开开挖，以避免在同一断面上同时开挖而不利于围岩稳定。

图6 双侧壁导坑法
1—侧壁导坑开挖 2—侧壁导坑锚喷支护及设置中壁墙临时支撑3—后行部分上台阶开挖 4—后行部分下台阶开挖 5—后行部分喷锚支护 6—拆除中壁墙 7—灌筑仰拱 8—灌筑洞周衬砌
（二）双侧壁导坑法的优缺点
双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多一点，对围岩的扰动次数增加，且初期支护全断面闭合的时间延长，但每个分块都是在开挖后立
即各自闭合的，所以在施工期间变形几乎不发展。

该法施工安全，但进度慢，成本高。

其他施工方法
中隔墙法（简称“CD”法）和交叉中隔墙法（简称“CRD”法）是两种适用于软弱地层的施工方法，特别是对于控制地表沉陷有很好的效果，一般主要用于城市地下铁道施工中，因其造价高，故在山岭隧道中很少采用，但在特殊情形中，也可采用，如膨胀土地层。

新奥法施工中可能发生的问题及处理措施
根据实践经验，将新奥法中经常出观的一些异常现象及应采取的措施列于表1-1中。

表1-1 施工中的现象及处理措施
注：A进行比较简单的改变就可解决问题的措施；
B包括需要改变支护方法等比较大的变动才能解决问题的措施。