新奥法在四方山隧道施工中的应用

新奥法在四方山隧道施工中的应用

黄智锐

黄智锐

佛山市盛建公路工程监理有限公司广东佛山528000

摘要：新奥法作为隧道施工的一项新技术,不仅在山岭隧道中得到应用,而且在城市松软地层隧道建设中也得到广泛应用,取得了显著的成绩,体现了良好的社会效益及经济效益。文章通过新奥法，对四方山隧道工程大管棚施工、掘进施工进行了分析。

关键词：隧道工程；新奥法；施工技术

TheapplicationofthenewAustrianmethodinSiFangShantunnelconstruction

HuangZhiRui

FoshancityinguangdongprovincefoshanChengJianhighwayengineeringsupervisionco.LTD.528000

Pickto:asthetunnelconstructionwithnewAustriantunnelingmethod,anewtechnologyhasbeenappliednotonlyinmountaintunnel,andloosestratainthecityisalsowidelyusedintheconstructionofthetunnel,hasobtainedtheremarkableresult,embodiesthegoodsocialbenefitsandeconomicbenefits.ThroughthenewAustrianmethodtoSiFangShanforbassoonandtentconstructionandexcavationoftunnelengineeringconstructionwereanalyzed.

Keywords:thetunnelengineering;NewAustrianmethod;Theconstructiontechnology

1工程概况

四方山隧道为分离式隧道，左右线相距大约40m，隧道左线长度2168m（ZK76+615～ZK78+783.4），右线长度均2155m（K76+645～K78+800），隧道位于直线段上，隧道左线K76+615～K77+000纵坡(进口至出口方向)为0.70%，；右线纵坡K76+645～K77+000为0.5%，K77+000～K78+800为-2.00%。隧道埋深10～352m；隧道全段地质条件（见隧道地质状况一览表1），主要为V、IV、Ⅲ级围岩，围岩主要为粘性土、泥岩、灰岩和砂岩以及粉质土砂岩。

本隧道按“新奥法”原理组织施工，在施工中严格坚持“光面爆破、支护紧跟、监控量测、反馈修正”的原则，积极采用新技术，实行机械化一条龙作业。在V、IV级围岩地段，坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早成环”的施工原则，结合地层情况采取超前预加固措施，加固地层，以确保结构稳定和施工安全，施工中加强监控量测，据监控量测信息提供的信息反馈修正施工方案，避免沉降、开裂等不良状况发生。

2施工准备

左右洞均采用压入式通风，每个进口一台，最大风量1920m3/min，可满足施工通风要求。风管选用φ1000mmPVC软管，风机尾端5～10m左右采用硬管过渡。为方便隧道排水，在出口两侧墙脚部位设临时排水沟，在逆坡段施工中采用抽水机排水。

在隧道进口附近高差约70米高的山上设置容积为100m3高压水池一座，高压水池内的水压力需满足洞内喷射混凝土和钻眼需要，架设Ф100mm钢管至洞内外，满足施工生产和生活用水。在隧道进口处安装两台变压器，容量分别为800KVA和500KVA，供洞内外所有机械设备和生活照明用电。采用掘进台车时在洞内各配一台可移动变压器，供掘进台车用电，洞内线架设为三相五线。

洞内排水为顺坡排水时，采用在隧道两侧开挖临时排水沟的方法将隧道积水排出洞外。洞内排水为反坡排水时，采用集水坑分段收集，逐级机械抽排的方式排出。掌子面排水采用潜水泵抽到集水坑，集水坑设置污水泵。在洞口设污水处理站一座，洞内排水排至洞外污水站经沉淀后排入沟渠。洞内管线布置见图1。

图1洞内管线布置

3大管棚施工

根据大管棚超前支护设计图施工，由于套拱未落底，则必须先完成隧道明洞施工方能进洞，二衬台车设计制造及现场拼装需要2个月时间，明洞施工完成需要20天时间，这样隧道进洞时间最短需要推迟2.5～3个月，本项目工期很紧，为了尽快进洞及加快隧道施工进度，建议对设计方案进行变更（套拱落底）如图1所示，达到先进洞后施工明洞的目的。

图2隧道洞口管棚正面示意图

这里施工方案按先进洞后施工明洞考虑，大管棚采用φ108×6mm无缝钢管制作，管棚长度20米，在拱部按单层环向布设，间距为40cm,数量为37根；采用C25砼套拱作为大管棚导向墙（导拱长度2.0m），套拱厚度为76㎝，套拱内安装2品I18型钢拱架，I18a型钢拱架须落底固定；大管棚导向孔由Φ127mm钢管制作，工字钢与大管棚导向钢管焊接成整体。钻孔方向及位置均应采用测量仪器定位，在钻孔的过程中采用测斜仪测定钢管偏斜度，发现有可能超过限制误差时，应及时纠正，以免影响开挖和初期支护。

套拱施工顺序为先复测设隧道中线、拱顶及拱脚水准基点，沿坡面画出管棚轮廓线，管棚施工前先进行安装套拱内钢拱架和导向钢管，然后立模、浇筑套拱砼，套拱施工示意图见图2。

图3隧道洞口套拱施工图

套拱砼达到设计强度后钻孔并套打Φ108钢花管，大管棚施工采用XY-28-300电动钻机进行钻孔，钻杆沿隧道周边以1°外插角打入围岩，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向准确，每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进过程中经常检测钢管钻进的偏斜度，超限时及时纠正。钢花管施工完成后立即注浆，注浆半径控制在40cm内（估计），不能超范围注浆以防止洞身开挖超欠挖。

4掘进施工

进洞口隧道土层段划分为Ⅵ级，岩体围岩划分为为IV～V级围岩，进口段约100米左右，地质主要为灰白色砂岩，强风化为主，局部为粘性土。有地下水呈点滴状，围岩不稳定，易坍塌。在进洞之前，需对洞口段的基底承载力进行调查，当其小于0.35Mpa时，为保证洞身结构、施工安全，边仰坡稳定，需对隧道洞顶、隧底进行加固处理。洞顶地表处理：采用70花管注浆加固桩，梅花形布置，纵横向间距2.5m；加固范围：隧道纵向洞口至埋深12m，横向20m。基底处理：一是换填：适用于明洞段，采用M7.5浆砌片石换填处理，换填厚度为1m；二是注浆：适用于暗洞洞口至基岩分界线地段，采用Φ42小导管，范围为仰拱部位围岩，注浆加固厚度为3.0m，梅花形布置，间距1.0m。

4.1地质超前预报

地质超前预报是做好隧道动态设计、动态施工的重要条件，根据新奥法施工的要求，隧道施工需进行地质超前预报，地质超前预报单位由有资质的单位承担，施工过程中认真配合，做好地质超前预报工作。

4.2超前支护

洞身段超前支护分别设计为双层注浆超前小导管、单层注浆超前小导管和超前锚杆三种型式。

（1）双层Φ42注浆超前小导管

超前小导管的设置是为开挖和初期支护施工提供了足够的时间和安全保证。双层注浆超前小导管钢管采用外径42mm、壁厚4mm、长4.5m热轧无缝钢管，在钢管距尾端0.3米范围外钻Φ8mm压浆孔。双层注浆小导管作为超前支护，角度分别为缓倾角10°～14°和陡倾角30°～40°，拱部120°范围内上下两层交错布置；内层小导管环向间距30cm，外层环向间距80cm，纵向距离2a。小导管端部尽量焊接在钢拱架上，对不能焊在钢拱架上的小导管须采取措施固定在钢拱架上。

导管施工采用风枪钻孔，然后插入导管。小导管打入地层后应对地段进行注浆，通常为纯水泥浆，地下水大、可灌性较差时，可采用水泥—水玻璃双液注浆。双液注浆参数：水泥与水玻璃体积比1：0.8；水泥浆水灰比1：1；水玻璃浓度35～40波美度；水玻璃模度2.6；注浆压力初压0.5-1.0MPa，终压2.0MPa。如围岩裂隙较不发育，整体性较好，估计注浆加固奏效时，可改注水泥砂浆，水灰比为0.5～0，8，以填充导管孔。

采用水泥—水玻璃双液注浆前必须进行现场试验，其参数可通过现场试验调整确定。注浆采用2台BW-250/50型注浆泵。

（2）单层注注浆小导管超前支护

单层注浆超前小导管钢管采用外径42mm、壁厚4mm、长4.5m热轧无缝钢管，小导管管壁应钻注浆孔，孔径为8mm，孔间距10cm，呈梅花形布置，尾部30cm不钻注浆孔作为止浆段。注浆小导管作为超前支护，角度为缓倾角10°～14°，拱部120°范围布置；小导管环向间距根据衬砌类型的不同分30cm和40cm两种。小导管端部就焊接在钢架上。

导管施工采用风枪钻孔，然后插入导管。小导管打入地层后应对地段进行注浆，通常为纯水泥浆，地下水大、可灌性较差时，可采用水泥—水玻璃双液注浆。双液注浆参数：水泥与水玻璃体积比1：0.8；水泥浆水灰比1：1；水玻璃浓度35～40波美度；水玻璃模度2.6；注浆压力初压0.5-1.0MPa，终压2.0MPa。如围岩裂隙较不发育，整体性较好，估计注浆加固奏效时，可改注水泥砂浆，水灰比为0.5～0，8，以填充导管孔。

（3）超前锚杆

超前锚杆主要用于IV级围岩地质段（包括车、人行横洞）的超前支护，主洞采用φ22药卷锚杆，长为4.8m，环向间距40cm（其中加宽段为30cm），纵向间距300cm，外倾角10˚~20。，在拱部120。范围内布置；车、人行横洞采用φ25自钻式超前锚杆，长为4.2m，环向间距50cm，外倾角10˚；锚杆尾端应焊接在钢拱架上或系统锚杆的尾端。

4.3开挖

按“新奥法”的施工原则，采用尽量少扰动围岩的开挖方法。根据四方山隧道的地质及水文状况，采用人工配合机械混合开挖法、钻爆开挖法等两种方法，钻爆开挖法采用光面爆破或预裂爆破技术，保证开挖轮廓线符合设计要求、减少超欠量和对围岩的扰动破坏等，为隧道的后续施工创造有利条件。各类围岩开挖预留变形量表1。

表1各级围岩开挖时预留变形

（1）中隔壁导坑法

隧道开挖设计“台阶分部法”，采用人工配合机械混合开挖，隧道中线左右两侧导坑应以5~10米长为一段交替开挖前进，严禁同时开挖。

（2）台阶分部开挖法

隧道洞身IV级围岩设计为台阶分部法施工，隧道开挖主要采用人工配合机械进行，对于部分路段在隧道下部的强风化围岩采用小型控制爆破开挖；隧道开挖严格控制进尺速度，台阶长度控制在10～15米范围内；初期支护须及时跟上，二次衬砌到掌子面的距离为15～20m；根据监测结果确定边墙、拱部二衬的施工时间。台阶分部法施工顺序及方案见图4。

图4中隔壁法施工示意图

（3）全断面法

隧道洞身III级围岩采用全断面开挖法施工；由于隧道岩体破碎，全断面施工须加强初期支护施工和管理。

全断面开挖采用液压钻孔台车或4层多功能台架人工钻眼，可移动变压器引高压线进洞。光面爆破采用塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。出渣采用无轨运输，挖掘机扒渣，侧卸式装载机装渣，自卸车运渣。初期支护采用风动凿岩机钻孔施作锚杆，三联机械手配湿喷机喷射砼施工。通风采用大功率可调轴流风机和大直径软管压入式通风。

在全断面爆破作业中，采用水幕降尘，确保作业面粉尘含量达到标准。施工中采用“W”型水幕降尘器喷雾降尘。每个爆破作业面设两道水幕降尘，距离掌子面分别为20m和40m；每道设4个水幕降尘器，左右边墙各一个，基底2个；在爆破工点炮后离开时逐组启动喷水系统，开始水幕降尘作业。

每循环进尺3.0m，每天两个循环，每天掘进6m，可确保每月掘进180m。

5安全管理措施

安全管理是施工企业管理的一项重要内容，确保安全生产，防止事故发生是企业各级领导和全体职工的重要职责。针对本工程的特点，将层层落实安全生产责任制，做到规范管理，责任到人。

(1)建立完整的安全监督及各级安全责任制。成立以施工队长为组长，专职安全员为副组长的安全领导小组。设置专职安全员负责督促检查全过程安全工作，各作业班组织设置兼职安全员，负责各工序的安全工作，实行纵向到底位横向到边的全方位管理。进场员工均应接受入场安全教育，树立安全与生产统一的思想，自觉遵守安全生产规章制度。在实施过程按期执行安全活动制度，及时研讨安全工作经验教训。

(2)贯彻“安全第一、预防为主”的方针，执行国家和企业关于安全生产的政策法规，努力改善施工条件，防止伤亡事故。

(3)结合工程特点，建立安全技术措施制度，各分项工程在编制施工方案过程中必须编制安全生产技术措施。建立安全技术交底制度，把施工技术和安全生产同时交底，各班组在宣布生产任务时，对施工安全提出明确要求。

(4)工程开工前，详细核对设计文件，根据施工地段的地形、地质、水文、气象等资料，在编制施工组织设计时，制定相应的安全技术措施。

(5)严格遵守操作规程，严禁各种违章指挥和违章作业的行为发生。参加施工的人员，必须接受安全技术教育，熟知和遵守本工程的各项安全技术操作规程。对于从事电气、起重、登高作业、焊接、车辆驾驶、爆破等特殊工种的人员，应经过专业培训，获得合格证书后，方准持证上岗。凡进入现场的人员、均要服从值班人员指挥，遵守各项安全生产管理制度。正确使用个人防护用品，禁止穿拖鞋、高跟鞋或赤脚进入施工现场。

6结束语

综上所述，新奥法作为一种目前国内隧道及地下工程普遍推广应用的工程方法，其原理与内容的合理性得到工程广泛认同。能节省大量材料，加快施工进度，可使工程造价降低40—50％，有利用施工机械化，并改善劳动条件。

参考文献

[1]王红伟;新奥法理论分析及工程应用研究[D];天津大学;2004年

[2]林勇;王成;新奥法施工中关于支护与围岩自承的探讨[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年