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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。
施工准备
施工准备
确定施工方法 (修改施工方案)
确定施工方法
开挖(改变开挖步骤、顺序)
开挖
现场监理量测初期支护 (修正支护类型、参数支护时机)
现场监理量测
初期支护
是否符合 (否)
管理基准
锚喷衬砌二次衬砌
锚喷衬砌
二次衬砌
防水隔离层防水设施
防水隔离层
防水设施
结束 是
结束
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
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