铁路隧道新奥法施工新实践

铁路隧道新奥法施工新实践

余 涛

中交三公局第二工程有限公司，北京 100124

摘要：新奥法施工技术科学合理，得到了大力的推广，也引起了隧道设计理念的重大变革。尽管如此，新奥法在我国的推行情况并不好，在一些隧道工程的施工中也出现过安全、质量方面的事故，因此，要成功地运用新奥法，就必须深入理解新奥法的力学原理，深入了解和掌握围岩的地质情况及工程动态，并能将它们融成一体，指导设计和施工。这样，才能使新奥法在生产实践中得到成功的应用和继续加以完善。 关键词：铁路隧道；新奥法；施工实践 中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)21-0235-02

1 铁路隧道新奥法施工原则

根据隧道采用新奥法施工的经验，隧道施工采取的基本原则，以可概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”十二个字。

“少扰动”是指在隧道开挖时，必须严格控制，尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动持续时间和扰动范围，以使开挖出的坑道符合成型的要求，采用钻爆法开挖时，必须先作钻爆设计，严格控制爆破，尽量采用大断面开挖。选择合理的循环掘进进尺，自稳性差的围岩循环进尺宜用短进尺，支护应紧跟开挖面，以缩短围岩应力松弛时间及开挖面的裸露风化时间等。

“早喷锚”是指对开挖暴露面应及时地进行地质描述和及时施作初期锚喷支护，经初期支护加固，使围岩变形得到有效控制而不致变形过度而坍塌失稳，以达到围岩变形适度而充分发挥围岩的自承能力。必要时应采取超前预支护辅助措施。

“勤量测”是指在隧道施工全过程中，应在对围岩周边位移进行的现场监控量测，并及时反馈修正设汁参数，指导施工或改变施工方法。以规范的量测方法和量测数据及信息反馈，通过施工中量测数据，对开挖面的地质观察，进行预测和评价围岩与支护的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便根据建立的量测管理基准，及时调整隧道的施工方法(包括开挖方法、支护形式，特殊的辅助施工方法)、断面开挖的步骤及顺序、初期支护设计参数等进行合理的调整，以确保施工安全、坑道稳定，支护衬砌结构的质量和工程造价的合理性。

“紧封闭”是指对易风化的自稳性较差的软弱围岩地段，应使开挖断面及早施作封闭式支护（如喷射棍凝土、锚喷混凝土等)防护措施，可以避免围岩因暴露时间过长而产生风化降低强度及稳定性，并可以使支护与围岩进入良好的共同工作状态。

2 新奥法的基本要点

(1)洞室开挖后，应使围岩自身承担主要的支护作用，而衬砌只是对围岩进行加固，使成为一个整体而共同发生作用。因此，须最大限度地保持围岩的固有强度，以发挥围岩的自承能力。如及时喷混凝土封闭岩壁，就能有效地防止围岩松弛，而不使其强度大幅度降低，同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛。总之应使围岩经常处于三轴应力约束状态，最为理想。

(2)预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。其刚度不能太大或太小，又必须是能与围岩密贴，而要做成薄层柔性，允许有一定变形，以使围岩释放应力时起卸载作用，尽量不使其有弯矩破坏的可能。

(3)衬砌需要加强的区段，不是增大混凝土的厚度，而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。此外，因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑，空间宽敞，从而提高了安全性和作业效率。

(4)为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性，可在进行室内试验的同时，在现场进行量测。量测内容为衬砌内的

应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位，据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数，以便适应地质情况的变化，及时变更设计和施工。

(5)隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒。它是由围岩支承环和衬砌环组成的结构，且两者存在共同作用。圆筒只有在闭合后才能在力学上起圆筒作用，所以除在坚硬岩层之外，设置仰拱使衬砌闭合是特别重要的。

3 新奥法隧道施工方法

隧道新奥法施工常用方法大致分为监控测量法、台阶法和分部开挖法三大类及若干变化方案。

3.1 监控测量法

3.1.1 时间要求洞内、外观察和地表沉降观测根据本作业指导书要求进行。净空变化和拱顶下沉量测布点应在开挖后至初喷前进行，若围岩出现变化异常应尽早布设；初始读数在每次开挖后12小时内取得，最晚不得迟于24小时。

3.1.2 洞内、外观察洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分。其中，开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时绘制开挖工作面地质素描图、数码成像，填写开挖工作面地质状况记录表，并与勘察资料进行对比；已施工地段观察，应记录喷射混凝土、锚杆、钢架变形和二次衬砌等工作状态。洞外观察重点应在洞口段和洞身浅埋段，记录地表开裂、地表变形、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等，同时还应对地面建（构）筑物进行观察。

3.1.3 量测方法，检查预埋测点有无损坏、松动，并将测点灰尘擦净。把净空收敛仪的尺头及尺架挂钩分别固定在预埋测点孔内，选择合适的尺孔，将尺孔销插入，用尺卡将尺与联尺架固定。调整调节螺母，记下钢尺在联尺架端时的基线长度与数显读数。为提高量测精度，每条基线应重复测三次取平均值。当三次读数极差大于0.05mm时，应重新测试。每次开挖后12h内取得初读数。测试过程中，若数显读数已超过25mm，则应将钢尺收拢（换尺孔）重新测试，两组平均值相减，即为两尺孔的实际间距，以消除钢尺重孔距离不精确造成的测量误差。一条基线测完后，应及时逆时针转动调节螺母，摘下收敛仪，打开尺卡收拢钢尺，为下一次使用作好准备。

3.2 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砼支护，拱部衬砌，下半部中央部分开挖，边墙部分开挖，边墙锚杆喷射砼支护及衬砌。该方法多适用于Ⅱ、Ⅲ类较软而节理发育的围岩中，可分别采用添中变化方案。长台阶法：上下台阶距离较远，一般上台阶超前50m以上，施工中上下部可配属同较大型机械进行平行作业，当机械不足时可以交替使用，当遇短隧道时，可将上部断面全部挖通后，再挖下断面，该法施工时干扰较少，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，但施工干扰较大，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助开挖措施稳定开挖面，以保证施工安全。

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B.供方提供相同规格相同强度级别的同类产品的松弛性能。

C.弹性模量取为（195±10）Gpa。 2）表面质量

A．成品钢绞线的表面质量不得带有润滑剂、油渍等降低钢绞线与混凝土粘结力的物质。钢绞线表面允许有轻微的浮锈，但不得有锈蚀成目视可见的麻坑。

B．II级松弛钢绞线的伸直性：取弦长为1m的II级松弛钢绞线，其弦与弧的最大自然矢高不大于25㎜。

(3)试验方法 1）拉伸试验

A．最大负荷：单根钢绞线的最大负荷试验按GB/T5224的规定执行，用公称截面积计算强度级别。

B．伸长率

a.测定钢绞线伸长率时，1×7结构钢绞线的标距不小于500㎜。

b.在测定总伸长为1%时的负荷，卸下引伸计，标明试验机上、下工作台之间的距离L¹，然后继续加荷直到钢绞线的一根或几根钢丝破坏，此时标明上、下工作台的最终距离L2，L2-L1的值与L1比值的百分数，加上引伸计侧得的1.0%即钢绞线伸长率。

2）尺寸测量

用精度为0.02㎜卡尺测量钢绞线的尺寸和捻距。1×7钢绞线的直径测量应以横穿直径方向的相对两根外层钢丝为准，并在同一截面不同方向上测量两次。

(4)检验规则

1)组批规则：每批钢绞线用同一规格、同一交货状态的钢绞线组成，并不大于30t。

2)检查和验收

从每批钢绞线中任选3盘，进行表面质量、直径偏差、捻距和力学性能试验。每批少于3盘，则应逐盘进行上述检验。

4.2.2预应力筋张拉 (1)张拉方式

梁体钢绞线采用两端同步、左右对称张拉，最大不平衡束不超过1束。按后附示意图张拉顺序进行。

(2)张拉程序

梁体预施应力按预张拉、初张拉和终张拉二个阶段进行，预张拉在梁体混凝土强度达到设计值的60％后进行，初张拉在梁体混凝土强度达到设计值的80%后进行，终张拉在梁体混凝土强度及弹性模量达到设计值后，龄期不少于10时进

（上接第 235 页） 3.3 分部开挖法

台阶分部法：适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段，其优点与超台阶法相比，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（即上下导坑先拱后墙法）：此法适用于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。其优点是：导坑超前开挖，利用提前探明地质情况，便于改变施工方法。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。该方法缺点：上下导坑断面小，则施工速度慢，施工工序较多，使施工组织和管理难度大。单侧臂导坑法：围岩稳定性较差，隧道跨度较大，地面沉陷难以控制时采用此方法。其特点是：有正台阶法和双臂导坑法的优点。双侧臂导坑法：适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩特别差时采用。此法，优点是：施工安全可靠，但施工速度较慢，造价高。

行。张拉采用引伸量和张拉吨位双控后张法预应力钢材张拉程序：

00.2σ(初应力)σcon（控制应力）持

荷5分钟锚固

4.3 管道压浆

（1）压浆采用活塞式灰浆泵，压浆前应先将灰浆泵试开一次，运转正常并能达到所需压力时，才能正式开始压浆，压浆时灰浆的压力一般应取0.5～0.7Mpa，孔道或输浆管道较长时，压力稍加大，反之可小些。

（2）压浆前应用压力水冲洗孔道，压力水从一端压入，从另一端排出。

（3）由于梁体预应力束长度较短，可采用取一次压浆的方法。对曲线孔道，应由最低的压浆孔压浆，由最高点的排气孔排气和泌水。

（4）压浆应缓慢、均匀地进行。比较集中和邻近的孔道，宜尽先连续压浆时，后压浆堵塞孔道应在压浆前用压力水冲洗通畅。

（5）当梁体两端的排气孔排出空气-水-稀浆及浓浆时，用木塞塞住，并稍加大压力。稍停一些时间，再从压浆孔拔出喷嘴，立即用木塞塞住。

（6）压浆后应立即检查压浆的密实情况，如有不实，应及时处理。

（7）压浆过程中及压浆后48h内，结构混凝土温度不得低于5℃，否则应采取保温措施，当气温高于35℃时，压浆宜在夜间进行。

（8）压浆中发生故障不能连续一次压满时，立即用压力水冲洗干净，故障处理后再压浆。

5 结论

移动模架造桥具有连续、稳定、可靠、工期短、工序衔接便捷合理等特点，施工易于掌握，整体性好，机械化程度高，适应性强。采用了移动模架施工后，整体工期效果非常好，模架拼装及拆除费用一次性分摊后，费用相对较低，而且在跨线施工时，具有不可替代的优越性，可实现一次性跨越，安全可靠。实践证明，移动模架法施工是一种切实可行的施工方法。

参考文献

[1]黄成造.移动模架设计、施工与养护技术指南[M].北京：人民交通出版社，2009.

[2]客运专线桥涵工程施工质量验收标准（铁建设〔2005〕160号）[S].

4 结论

随着隧道施工技术的提高，对隧道施工地质超前预报提出了更高的要求。受地质勘察精度等条件限制，设计与实际不符合的情况屡有发生，通过地质超前预报及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状、类型及其围岩结构的完善性与含水的可能性，为预防隧道突水、突泥等可能形成的灾害性事故提供信息，为正确选择开挖断面、支护设计参数和施工方法提供依据。

参考文献

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