廖胜君

(湖南通和工程有限公司)

随着我国改革开放的不断深化,国民经济的蓬勃发展,公路运输量大幅增长,公路特别是主干线越来越不能满足日益增长的公路通行能力的要求。在修建高等级公路,为缩短公路里程,改善线路和保护环境,提高线路的质量,以前那种“逢山尽量绕着走”的做法,将被公路隧道所代替。隧道既能保证最佳路线以便利于行车,又可有效防止山地陡峭的滚石、泥石流等自然灾害,提高了行车的安全性和可靠性。隧道公路的施工方法经历了从传统矿山法到新奥法,新奥法在隧道施工中的应用越来越广泛。从分析新奥法施工原理入手,探讨了新奥法在陈家岭隧道IV、V级围岩中的应用,分析了IV、V级围岩开挖支护方法及工艺,研究了其施工监测和施工排水中要主要的问题。

1 新奥法施工原理

新奥法又称NATM,是“NewAustrianTunnelingMethod”的简称,常见到的译名为“新奥地利隧道施工方法”。新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念(或者说是一种隧道工程概念),是按科学制定的并已为实践所证明的原则和思想去修筑隧道。新奥法施工选择合理的断面形状、施工程序和开挖方法。

隧道施工方法的选择,主要是根据工程地质及水文地质条件、施工条件、围岩类别、隧道埋置深度、隧道断面尺寸大小和长度、衬砌类型等进行选择,且应以施工安全为前提,以工程质量为核心,并结合隧道的使用功能、施工技术水平、施工机械装备、工期要求和经济可行性等因素综合考虑研究选用。隧道工程采用新奥法施工常用的施工方法大致可分为全断面法、台阶法、分布开挖法、中隔墙法(CD法)、交叉中隔墙法(CRD法)。

2 工程概况

陈家岭隧道处于汝郴高速十标段。陈家岭隧道为双洞单向双车道隧道,左右洞侧设线间距 22～35m,左洞里程桩号起于汝城端ZK52+173,止于郴州端ZK53+988,隧道总长为1815m;右洞里程桩号起于汝城端 YK52+160,止于郴州端YK53+960,隧道总长为 1800m。隧道左右线汝城端洞口位于圆曲线上,郴州端洞口均位于直线上。陈家岭隧道设计为分离式隧道,左线隧道长1836.54m,右线长1818.9m,双洞合计总长为3655m。该隧道通过地段地形复杂,山高谷深,岩层覆盖层厚,岩石破碎、裂隙发育。

3 新奥法在陈家岭隧道中的施工工艺

陈家岭隧道按新奥法原理组织施工,首先根据有关地层情况,将有关岩石分类,不同的围岩采用不同的支护方式。根据有关地质资料和隧道的结构可分为:(1)VI级围岩衬砌及V级围岩加强衬砌段;(2)V级围岩衬砌段;(3)IV级围岩衬砌段。而在陈家岭隧道中主要是IV级和V级围岩。

3.1 IV级围岩开挖支护方法及工艺

IV级围岩初期支护采用注浆小导管或砂浆锚杆超前支护,网喷混凝土、径向ZW型系统锚杆及格栅拱架联合支护。初喷混凝土厚度为20cm;开挖后拱墙锚杆尺寸为Φ18m,长度为3m,间距(纵环)1.2m×1.0m,钢筋网片间距为200mm×200mm,直径纵向为6mm,环向为8mm;格栅钢架间距为1.2m。IV级围岩二次模筑衬砌拱墙厚35cm,仰拱为50cm。IV级围岩开挖采用短台阶法开挖。

上半断段面开挖支护采用凿岩台架风钻钻孔。装药爆破,严格控制药量,开挖长度不得大于 2m。施工临时支护,先喷 3～5cm混凝土后,施作钢筋网,再立格栅拱,复喷至设计厚度。格栅拱架洞外加工,人工洞内架设。

下半断面开挖支护采取爆破开挖,与上半断面同时起爆,进尺与上半断面同。由反铲或装载机装碴,自卸汽车运输。开挖后及时施作初期支护。

3.2 V级围岩普通段开挖支护方法及工艺

V级围岩普通初期支护采用注浆小导管或砂浆锚杆超前支护,网喷混凝土、径向 ZW型系统锚杆及格栅拱架联合支护。初喷混凝土厚度为 25cm,开挖后拱墙锚杆尺寸为20mm,长度为3m,间距(纵环)1.0m×1.0m,钢筋网片间距为200mm×200mm,直径纵向为6mm,环向为8mm;格栅钢架间距为 0.75m。V级围岩普通段二次模筑衬砌拱墙厚40cm,仰拱为60cm。V级围岩普通段采用超短台阶、下半断面分部法开挖。

4 陈家岭隧道施工围岩变形监控与分析

(1)监测的反馈程序及工程措施

整理量测资料,绘制位移量随时间变化的曲线。绘制位移速度随时间变化的曲线。绘制位移量与开挖面距离关系曲线。找出位移时间回归线求出最终净空位移量。根据各类围岩量测数据库求出围岩的E,r,c,Φ等物理参数。制定管理标准。

(2)拱顶下沉变形规律分析

在陈家岭隧道的监控量测中可以发现,在施工过程中,拱顶下沉值数据的变化曲线如下。

以某段为例,在开挖之后,拱顶下沉速率就开始缓慢下降,拱顶下沉值时程曲线呈完美的对数函数曲线,47d左右时候,拱顶下沉速率稳定在 0.08mm/d左右。拱顶下沉值稳定在55.45mm左右,收敛比为0.55%。各个方面数据显示围岩己基本稳定。整个变形过程如图 1所示。

图1 断面变形曲线

(3)洞身收敛变形规律分析

在对陈家岭隧道的洞身收敛变形规律进行分析发现,洞身收敛监测数据较拱顶下沉数据分布更加散,很难将之与具体因素结合起来分析。但是总趋势一般都会收敛。现取某个断面进行简要分析。在这个断面中,整个变形过程收敛增长速率比较缓慢,最大曾经达到1.8mm/d,但是普遍较小。根据回归分析,收敛速率达到0.2mm/d,需要45d。最后可以回归得最后的收敛值不超过 22mm,这时洞身收敛比为0. 16%,才可以认为洞身己基本稳定。断面变形过程曲线如图2所示。

图2 断面洞身收敛变形过程曲线

5 陈家岭隧道施工排水

陈家岭隧道进口为反坡施工,在距工作面 60～120m设临时集水坑,将工作面积水采用 1台 45kW抽水机和100mm排水管将洞内水排出洞外。隧道出口为上坡施工,施工中紧跟开挖面修筑水沟,采用自然排水至洞外。

为防止施工排水携带的泥砂、油污等污染环境,拟在隧道进、出口洞口外分别设置废水沉淀池(共 2座),废水经沉淀并达到排放标准后,再排至沟河。

6 结束语

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,其原理与内容的科学合理性得到工程广泛认同。不可否认,新奥法也存在不少缺点,不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善,在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。

[1] 雷双龙.新奥法原理在东风隧道施工中的规范化应用[J].山西水利,2000,(3).

[2] 交通部 .公路隧道设计规范[M].北京:人民交通出版社, 1990.

[3] 韩瑞根.地下工程新奥法[M].北京:中国建筑工业出版社, 1987.