隧道施工工法

双连拱隧道工程新奥法施工工法

一、前言

公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的灵活性和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。我国地域辽阔，多山岭重丘，特别是当前面临西部大开发，山区公路建设任务十分繁重。在山岭重丘区修建高等级公路，为缩短公路里程，改善线形及环境保护，昔日那种“逢山尽量绕着走”的做法，将被公路隧道代替。隧道即能保证最佳道路线形便利行车，又可有效防止山地陡坡的滚石、泥石流等自然灾害，提高了行车的安全性和可靠性，同时又能和当地环境相协调及保全自然景观。山岭公路隧道施工方法，一般有矿山法（又称钻爆法）和掘进法；矿山法又分为传统矿山法和新奥法。新奥法即新奥地利施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简写NATM。于20世纪60年代取得专利权，之后新奥法在许多隧道于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。

二、工法特点

新奥法与有些国家所称动态观测设计施工法和我国铁道部门的“喷锚构筑法”的基本原则一致。新奥法与过去的隧道修建方法相比，其基本要点可归纳如下：

（一）开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽量采用大断面

或者较大断面开挖，以减少对围岩的扰动。

（二）隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支撑作用。

（三）根据围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松弛。

（四）在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定。

（五）二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度并不增加衬砌厚度。

（六）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中。

（七）通过施工中对围岩和支护的动态观察、测量，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。

三、适用范围

新奥法在我国通过科研、设计、施工相结合，在大量公（铁）路隧道工程修建中，根据中国的特点成功的应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据，现已进入普遍推广使用阶段。目前，新奥法几乎成为在软弱的破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益显著。

四、工艺原理

新奥法是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将喷射混凝土和锚杆组合在一起作为主要支护手段，通过监控量测控制围岩的变形，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。喷射混凝土、锚杆和监控量测是新奥法的三大支柱，而核心是现场围岩变形监控量测。同时新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念，科学性较过去的隧道修建方法高，因而不能单纯地将它看成一个施工方法和支护方法，也不应该片面理解锚喷支护就是新奥法。事实上锚喷支护并不能完全表达新奥法的含义，新奥法的内容及范围是相当广泛、深入的。

采用新奥法施工的隧道，应充分利用现场监控量测信息指导施工，施工应少扰动围岩，尽快施作初期支护，及时量测和反馈，并使断面及早封闭。根据我国的经验，可扼要的概括为：“短进尺、弱爆破、及时支护、早封闭、勤量测”。具体的说无论用钻爆还是单臂掘进机开挖，必须严格控制，达到成型好、对地层扰动最小的要求，对开挖暴露面及时进行地质描述和喷锚加固，施工全过程应在对周边位移的监控下进行，并及时反馈、修正设计和施工方法。在软弱围岩地段应使断面及时闭合。其主要施工程序见附图1。

附图1 新奥法施工工序

五、施工工艺

隧道施工顺序（参见施工工艺流程图）：

明洞开挖、仰坡支护洞口加固中导洞开挖与支护开展监控量测中隔墙浇筑主洞开挖与支护仰拱开挖支护与回填防水层施工二衬砼施工洞内路面及排水沟洞门及机电设施

（一）水、电、风和材料供应

一般隧道地处偏远，水、电供应困难，有条件的地点可就近打深井供水，每日供水量150吨左右（包括生活用水）。电力依靠当地电网，将380V电力引到隧道所在地，设置500KW.A变压器一台。风采用高压供风。准备一个中形料场堆放砂、碎石，一般需要3000m2；水泥库一至两个，起码保证能存放500吨水泥；钢筋加工场地1~2个，面积在4000 m2左右（包括型钢加工场地）。

（二）开挖方法

按新奥法组织施工，隧道工程施工开挖的出渣、进料采用无轨运输方式，实施掘进（钻、爆、装、运）、喷锚砼（拌、运、锚、喷）、衬砌（拌、运、灌、捣）等三条机械化作业线。隧道洞身开挖施工中遵循先护后挖的原则，坚持“短进尺、弱爆破、少扰动、及时支护、早封闭、勤测量”。

隧道开挖是确保工期的最主要关键工序，也是带动后序各工序向前赶的一个重要步骤。隧道工程采用新奥法施工常用的开挖施工方法，大致分为全断面开挖法、台阶开挖法和分部开挖法三大类（如下图所示）。

1．全断面开挖法

常适用于IV~VI类硬岩的石质隧道，有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工进度，隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于1km，否则采用大型机械化施工，其经济价值较低。此方法工序少，干扰小，便于施工组织和管理。缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量较大，故此要求施工单位应具有较强的开挖、出渣与运输及支护能力。

全断面开挖施工顺序是：

（1）测量放线，用红漆在掌子面上标出隧道设计轮廓线；

（2）按照爆破设计钻眼，装药连线；

（3）引爆炸药，开挖出整个隧道的断面轮廓；

（4）排除危石，安装锚杆和喷射混凝土；

（5）用装渣机械将石渣装入出渣车运出洞外；

（6）在围岩和初期支护基本稳定后，灌注混凝土衬砌。

2．台阶开挖法

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。也有采用台阶式上部弧形导坑超前开挖的。

台阶法根据台阶长度的不同，可划分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。

长台阶法上下台阶之间的距离较远，一般上台阶超前50m以上，或大于5倍洞跨。施工中上下部可配属同类机械进行平行作业，当机械不足时也可用同一套机械设备进行交替作业。当遇短隧道时，可将上部断面全部挖通后，在开挖下半断面，此时称为半断面法。相对于全断面法来说，长台阶法有利于维持开挖面的稳定，施工干扰少，可进行单工序作业。

短台阶法上台阶长度5~50m，适用于II、III类围岩，可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰大，不能全部平行作业。另外，在施工中应注意：若量测结果表明初期支护变形显著时，应缩短台阶长度，提前闭合全断面初期支护。