新奥法在施工中应用

新奥法在施工中的应用现状景玉兰1（1.水利水电学院水利水电工程，四川成都，610065）摘要：本文结合具体的施工案例，阐述了新奥法在目前施工应用中的具体现状，并将其与传统支护方法进行对比，论述其特点。针对现如今的新奥法施工技术，提出见解。关键词：新奥法施工应用支护特点1引言20世纪60年代，与传统支护方法不同的新奥法作为隧道设计、施工的新技术被引入中国，以其快速、节省、高灵活性的特点得到快速发展[1]。基于普氏理论的传统支护方法认为支护和衬砌的作用就是要将洞室开挖后可能坍塌下来的岩石支承起来，属于“被动”地支护，而新奥法利用岩石具有的固有的物理性质及洞室开挖应力重分布产生的时间效应，适时地采用薄壁柔性支护结构，充分地利用围岩的自身承载能力将围岩稳定起来，属于“主动”地支护。实践证明，传统的支护方法不一定安全且不经济，而以控制爆破、锚喷支护与变形观测为核心技术的新奥法不论是在地铁、公路隧道、引水隧洞等不良地质环境中的支护作用都占据着非常好的经济技术效果。相比于传统的支护方法，新奥法的施工过程为开挖、一次支护、二次支护[1]，其主要具有以下施工技术特点：及时性和有效性、封闭性、粘结性、柔性[2]。工程师经常运用弹塑性理论对新奥法施工过程中的围岩压力进行分析，在弹塑性理论中，常用的芬纳山岩公式[3]为：100sin1NiRrpcctgcctgp式中：c--围岩的凝聚力，kPa；--围岩的内摩擦角，；r--隧洞的开挖半径，m；0p--围岩的原始应力，kPa；R--控制的塑性半径，此公式为喷锚支护的原理依据。2新奥法的工程应用2.1新奥法在地铁施工中的应用1994年，伦敦地铁Jubilee延长线在建时，采用新奥法修建了一条采用新奥法开挖的直径为11.3m、长40m的车站隧道，此隧道施工后发生了希思罗机场快速线塌方事故[4]，引发了震惊国际的新奥法“信任危机”。这是一个新奥法运用失败的案例。经过勘查发现，施工前对先进导坑的稳定性、对未完成的支护稳定、对补偿性注浆的理解存在不足，由此采用了错误的施工方法导致塌方事故的产生。研究表明，虽然新奥法以利用和发挥围岩自身的承载能力为优势，但是人为的管理检测系统和正确的工作实践才是减少事故发生的关键。于是该工程重新设计新奥法施工的开挖和支护。对于试验车站隧道采用的方法特点是，首先开挖直径6.5m的先进导坑，衬砌外层采用喷混凝土，内层采用球墨铸铁管片；然后在此基础上分拱部、若干个台阶和仰拱进行分步开挖，扩大成全断面隧道，初期支护采用喷混凝土加钢筋网，喷混凝土由原来的干喷改为湿喷，并对掺入喷混凝土的外加剂和喷射混凝土的方法作了改进，从而完成了用新奥法开挖车站隧道的试验任务。由此可见，新奥法在地铁中的施工应用，应注意塌方危险段，即先进导坑开挖段的稳定性问题，它与开挖环境中的地层条件、外部孔隙水压力是否渗透及衬砌的设计等因素均有密切的联系[5,6]。随着新奥法技术的普及，其在地铁施工中的特点可归结为：（1）将隧道围岩作为一种支护结构和喷锚支护共同构成对地铁隧道的支撑体系；（2）将围岩视为承载构件的一部分，尽量避免了对开挖巷道的扰动；（3）将锚杆固定技术和喷射混凝土加固技术进行有机的组合，形成结合严密、承载能力强的复合型加固结构；（4）地铁施工中新奥法有利于选择断面尺寸、防护层结构、保留支护余量，具有保护巷道围岩自身承载能力的优点；（5）围岩的形变被控制在允许的形变，可以缓和围岩和巷道的压力，起到支护和降低荷载的作用[7]。2.2新奥法在公路隧道施工中的应用胡舒[8]参与了连接荆竹山和临湘市的一条长达870m左右的穿山隧道公路修建，根据洞口的地形、地质条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口美观等因素，经分析宜采用新奥法技术开展施工。首先运用数值模拟对施工过程、开挖后围岩的变形及支护后形变的发展进行模拟，接着采用能减少对围岩扰动且易发挥围岩承载能力的光面爆破技术进行隧道开挖，随着开挖工程的进行，再逐渐及时且适时地对围岩进行一次衬砌、二次衬砌，利用围岩的自身承载能力阻止围岩向洞内径向变形[9,10]。最后，对整个施工过程进行新奥法施工的核心技术部分，即监控测量，以确保整个隧道施工的安全和隧道工程的质量。随着汽车的普及，人类对公路的需求量越来越大，因此作为新兴技术的新奥法逐渐成为主流隧道施工方法，其在公路施工中的主要特点[11]可归结为：（1）通监控量测及时反馈的信息来监控隧道和地下工程的设计与施工；（2）通过对开挖后隧道围岩与支护的现场进行动态监测，及时反馈围岩一支护复合体的力学动态及其变化状况，为二次支护提供合理的架设时机。（3）开挖过程中对周边围岩的扰动较小，地基松动、沉降较小，安全系数高；（4）适应性极强，围岩情况较好的可采用喷射混凝土作为主要支护方式，并利用锚杆支护；围岩情况较差的可采用锚杆支护方式，并与喷射混凝土、钢筋网喷混凝土配合使用。2.3新奥法在引水隧洞施工中的应用杉树坪水电站[12,13]地处四川省甘孜州泸定县磨西镇境内的雅家埂河上，为引水式电站，引水隧洞全长2468.416m，洞室围岩以变质砂岩和砂质板岩为主，综合考虑节理裂隙发育、整个洞段存在不同程度的渗水滴水涌水，工程地质条件复杂，施工难度大等情况，采用新奥法施工以限制围岩条件进一步恶化及充分发挥围岩的自身承载能力。首先根据隧洞的结构特点、围岩稳定要求、施工机械性能，结构轮廓边线采用光面爆破采用光面爆破技术进行隧洞开挖，伴随开挖过程对不同地质条件等级的围岩采用复合支护措施及时进行支护加固，并对变形敏感区进行锚杆支护处理，最后采用量测监控系统对开挖过程中引起的地层变形、地表沉降、支护结构的力学状态及后期的围岩洞室变形及时地进行预测监控。伴随水电等清洁能源的普及利用，引水工程或水电站对引水隧洞的规模、安全性、耐久性提出了更高的要求。而新奥法作为一项新的施工技术，其能在充分发挥围岩的自身承载力在引水隧洞的施工中一般能做到“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”，严格地控制施工质量，有效地减少对洞室围岩的扰动和周围水工建筑物的影响。3结论新奥法作为一种新兴的施工技术，其以充分利用和发挥围岩自身承载力为优势，不仅适用于整体性好、强度高、节理裂隙不发育的岩体，也适用于整体性较差、强度低、结构面特别发育的岩体[3]，但其也存在诸多的缺陷，如不适用于漏水、开挖面不能自稳得岩体，且须在技术成熟的专业人员的指导下进行操作。对于不同的岩体，新奥法的施工技术也会有差异[14～17]，必须抓住问题的关键，即调动与提高围岩的自承能力，而不能一味地生搬套用，并结合工程实际，科学地运用新奥法进行隧道、隧洞围岩的支护工作。参考文献(References)：[1]芮艳杰,贺少辉.新奥法施工技术及其在地铁工程中的应用[J].西部探矿工程,2005,02:105-107.[2]张利民.新奥法施工在工程中的应用[J].甘肃农业,2011,05:79-80.[3]徐志英.岩石力学[M].北京：中国水利水电出版社.[4]路石.伦敦地铁Jubilee延长线上的新奥法施工[J].铁道建筑,2000,04:7.[5]赵运臣.浅谈新奥法在我国城市地铁设计与施工中的应用[J].隧道建设,2004,01:9-10+14.[6]Shin,J.H.Potts,DavidM.Zdravkovic,Lidija.Theeffectofpore-waterpressureonNATMtunnelliningsindecomposedgranitesoil.CanadianGeotechnicalJournal,v42,n6,P1585-1599,December2005.[7]李迎春.地铁施工新奥法应用[J].建材发展导向（下）,2012,10（6）[8]胡舒.关于新奥法施工方法在公路隧道建设中的应用探讨[J].科技信息(学术研究),2008,21:586-587.[9]孙琦.公路隧道新奥法施工技术探讨[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2007,04:56-59.[10]冯忠华.高速公路隧道新奥法施工应用[J].交通世界（建养.机械）,2012,06:282-283.[11]鞠天祥.新奥法施工技术在公路隧道工程中的应用[J].交通建设与管理,2014,08:60-61.[12]李祖彪,刘天津,何继平,黄伟.新奥法施工在引水隧洞中的应用[J].长江工程职业技术学院学报,2010,01:29-31.[13]潘多助,王学明,闫凤云.“新奥法”施工在大型水工隧洞中的成功应用[J].黑龙江水利科技,2007,04:63-64.[14]Gooderham,MauriceA.W.,Hindle,David.TheuseofNATMintheUKfrom1970todate.GeomechanikundTunnelbau,v5,n5,p420-430,October2012.[15]KazuhikoHaruyama,SatoshiTeramoto,KazuoTaira.Constructionoflargecross-sectiondouble-tierMetropolitanInter-cityHighway(Ken-O-Do)OmeTunnelbyNATM.TunnellingandUndergroundSpaceTechnology20(2005)111-119.[16]Chih-tsangLin,Wen-taHsiao,Tao-mingCheng,Hsien-tangWu.SimulationofNATMTunnelingConstructioninGravelFormation–LessonsLearnedfromPakuashanHighwayTunnelProjectinTaiwan.GeotechnicalSpecialPublicationNO.190.[17]S.D.Mohammadi•F.Naseri•S.Alipoor.DevelopmentofartificialneuralnetworksandmultipleregressionmodelsfortheNATMtunnelling-inducedsettlementinNiayeshsubwaytunnel,Tehran.BullEngGeolEnviron(2015)74:827–843..