２３８管理施工 城市道桥与防洪 ２０１４年６月第６期 隧道新奥法施工要点分析 赵利利 （北京鑫畅路桥建设有限公司，北京市１０１１０１） 摘要：该文简要叙述了隧道新奥法特点、理论及施工要点，支护手段与施工顺序，以及新奥法的适用范围。其内容可供同行参考。 关键词：隧道支护；新奥法；施工 中图分类号￣Ｕ４５５．４８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１４）０６—０２３８—０３ ０前言 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，该 概念是奥地利学者拉布西维兹ｆＬ．Ｖ．ＲＡＢＣＥＷ ＩＣＺ）教授于上世纪５０年代提出的。它是以隧道工 程施工经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和 喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种 施工方法。经过一些国家的许多实践和理论研究， 于上世纪６０年代取得专利权并正式命名。之后这 个方法在西欧、北欧，美国和日本等许多地下工程 中获得极为迅速发展，已成为现代隧道工程新技 术标志之一。上世纪６０年代新奥法被介绍到我 国，７０年代末８０年代初得到迅速发展。至今，可以 说在所有重点、难点的地下工程中都离不开新奥 。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧 道的一种基本方法。新奥法施工可以简单地概括 为：短进尺、弱爆破、早支护、勤量 。 下面仅对新奥法施工作一简要叙述。 １ 施工特点 １．１及时性 新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以 最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用 开挖施工面的时空效应，限制支护前的变形发展， 阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以 进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘 结性，因而保证了支护的及时性和有效性。 在巷道爆破后立即喷射混凝土支护，能有效 地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸 展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。 １．２封闭性 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘 的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用 收稿日期ｉ２０１４一Ｏ１—２Ｏ 作者简介：赵利利（１９８０一），男，北京人，工程师，从事公路桥梁 工程施工管理工作。 造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和 膨胀，保护原有岩体强度。 巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂 缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产 生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度 射向岩面，就能很好地充填围岩的裂隙和凹穴，大 大提高了围岩的强度（提高围岩的黏聚力和内摩 擦角）。同时，喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔 绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致 软化、解体，从而增强围岩的稳定。 １．３粘结性 喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用 可以产生３种作用： （１）联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在 一起。若围岩的某块危岩、活石发生滑移坠落，则 引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造 成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行 喷锚支护，其粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩 的局部破坏，防止个别危岩、活石滑移和坠落，从 而保持围岩的稳定性。 （２）复和作用，即围岩与支护构成一个复合体 （受力体系）共同支护围岩。喷锚支护可以提高围 岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成 了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转 化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架 消极承担的弱点。 （３）增加作用，即开巷后及时进行喷锚支护， 一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩 面不平引起的应力集中现象，避免过大的应力集 中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩 达到双方向受力状态，提高了围岩的黏结力和内 摩擦角，也就是提高了围岩的强度。 １．４柔性 喷锚支护属于柔性薄层支护，能够和围岩紧 粘在一起共同作用。由于喷锚支护具有一定柔性， ２０１４年６月第６期 城市道桥与防洪 管理施工２３９ 可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范 围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性 区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发 挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到 压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制 围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。 ２理论及施工要点 ２．１新奥法与传统施工方法的区别 传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚 壁混凝土支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一 种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护 结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩 与支护结构共同形成支撑环来承受压力，并最大 限度地保持围岩稳定性，而不致松动破坏。 新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分， 因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周 边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等 措施，减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时 注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。 新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形 成比较薄的衬砌层。即用锚杆和喷射混凝土来支 护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩一支 护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度 地利用围岩本身的承载力。 ２．２保护巷道围岩自身的承载能力 新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合 性措施：构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的 断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做 好支护、封闭围岩等。这些都是为保护巷道围岩的 自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范 围内，并加固围岩，提高围岩强度，使其与人工支 护结构共同承受巷道压力。 ２．３允许围岩有一定量的变形 允许围岩有一定变形的施工方法，有利于发 挥围岩的固有强度。同时巷道的支护结构，也应具 有预定的可缩量，以缓和巷道压力。 围岩的变形是控制在一定范围内的，因而必 须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱 以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形 量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷 道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。 ２．４施工过程中量测工作的特殊性 由于岩体生成条件与地质作用的复杂性、施 工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要 求，需要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩 动态和支护结构工作状态进行监测，并用监测结 果修改初步设计，指导施工。 量测的结果可以作为施工现场分析参数和修 改设计的依据，因而能够预见事故和险情，以便及 时采取措施，防患于未然提高施工的安全性。 综上所述，新奥法的支护原则是：围岩不仅是 载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组 成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和 支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力 服务的。 ３主要支护手段与施工顺序 新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支 护手段。因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄 层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩 有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的 压力。 施工顺序可以概括为：开挖一一次支护一二 次支护，见图１所示。 ｆ ／ ／ ＩＩＩ ＼～ ＼ Ⅳ 图１开挖顺序示恿图 ３．１开挖 开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、 通风、出渣等Ｉ ３ｌ。开挖作业与一次支护作业同时交 叉进行。为保护围岩的自身支撑能力，一次支护工 作应尽快进行。为了充分利用围岩的自身支撑能 力，开挖应采用光面爆破（控制爆破）或机械开挖， 并尽量采用全断面开挖。地质条件较差时可以采 用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件 和开挖方式确定，即：当岩质条件好时长度可大一 些，条件差时长度可小一些；在同等岩质条件下， 分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度要 小一些；一般在中硬岩中长度约２～２．５ ｍ，在膨胀 性地层中为０．８～１．ｍｌ２＿。 ３．２支护作业 作业内容包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联 网、立钢拱架、复喷混凝土。 在巷道开挖后，应尽快喷１层混凝土（３～ ２４０管理施工 城市道桥与防洪 ２０１４年６月第６期 ５ ｍｍ）。为争取时间，在较松散的围岩掘进中第１ 次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣 堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。 按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩 内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外 拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。 复喷后应达到设计厚度（一般为ｌ０～１５ ｍｍ），并要 求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。 完成第１次支护的时间非常重要，一般情况应 在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目 前的施工经验是松散围岩应在爆破后３ ｈ内完成， 主要由施工条件决定 。 在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如 风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时 间，给一次支护争取时间和安全的作业面，需要在 开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然 后再开挖。 在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器 或测点，进行围岩位移和应力的现场测量。依据测 量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与 围岩的相适应程度。 一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第 二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混 凝土、浇注混凝土内拱），以起到提高安全度和整个 支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监 测结果确定。 底板不稳、底鼓变形严重，必然牵动侧墙或使 顶部支护不稳，所以应尽快封底，以形成封闭式的 支护，谋求围岩的稳定。当整个支护系统完全封闭 并与巷道围岩紧密地结合在一起时，来自围岩的压 力则均匀地分布在整圈支护系统上。 ４适用范围及注意事项 ４．１适用范围 （１）具有较长自稳时间的中等岩体； （２）弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； （３）强风化的岩石； （４）刚塑性的黏土泥质灰岩和泥质灰岩； （５）坚硬黏土，也有带坚硬夹层的黏土； （６）微裂隙的，但含很少黏土的岩体； （７）在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变 坚硬的岩石。 ４．２注意事项 （１）上述条件下应用新奥法必须与一些辅助方 法相配合： ａ．有强烈地压显现的岩体； ｂ．膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配 合）； ｃ．在一些松散岩体中，要与钢背板配合； ｄ．在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法 等配合。 （２）在下列场合中应用应慎重： ａ．大量涌水的岩体； ｂ．由于涌水会产生流砂现象的围岩； Ｃ．极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩 体； ｄ．开挖面完全不能自稳的岩体等。 ５体会 （１）实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也 要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点 就易于发生错误。作业质量与每一个人的仔细操作 有关。 （２）开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因 此要求地质人员要亲临现场，以便发现问题。 （３）对干喷射带来的灰尘，以及化学药品的损 害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然 可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样 能有效地支护岩体。 另外，若围岩过于破碎，分层情况严重时，钢 拱架从下到上的支撑过程就有一定的局限性，特别 是当不能采用全断面开挖时缺点就更为明显，所以 应根据现场实际情况酌情适当改变。例如：采用钢 格栅支撑结构，分段连接，最后在仰拱处闭合，就可 以较好地解决问题；同时，利用锁脚锚杆将钢格栅 在起拱点处与围岩锁紧，与整个围岩紧密地连接在 一起，达到整体受力、有序传力的施工效果。该措施 能够更好地降低安全风险，确保安全施工。 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。 参考文献 ［１］周爱国．隧道工程现场施工技术【Ｍ］．北京：人民交通出版社 ２ｏ０４：３Ｏ一７Ｏ． ［２］范智杰．隧道施工与检测技术【Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６ １—２０． ［３】公路隧道施工技术规范【ｓ］．