摘要:软弱围堰地质条件极差,给隧道施工带来了很大的困难。新奥法在很大程度上解决了软弱围岩施工中的问题,新奥法的开挖,支护,量测的理念使我国隧道工程建设取得了很大的进步。但在新奥法的灵活运用及其施工管理中还存在这一定的问题,制约着软弱围岩中隧道施工的顺利进展。
关键词:新奥法;要点;软弱围岩;应用;问题;方法
一、新奥法的施工特点及要点
新奥法是以岩石力学及现代支护理论为基础,以锚喷支护为主要支护手段,以控制爆破技术和现场监测为为改施工方法的配套技术,以便最大限度地利用围岩的自承能力和充分发挥支架的承载能力,实现支护设计,隧道施工和量测有机结合,达到快速、高效、经济、安全地完成隧道施工。
二、新奥法在软弱围岩施工中的应用
(一)软弱围岩的主要工程地质特点
软弱围岩一般指岩质软弱、承载力低、节理裂隙发育、结构破碎的围岩。岩体破碎、粘结力差,浅埋地段容易发生坍塌冒顶;围岩强度低、遇水易软化,若变形过大甚至可以造成衬砌开裂;开挖后的变形周边岩体极易沿结构面产生松弛,滑移和坠落等变形破坏现象。
(二)软弱围岩的变形与破坏特征
软弱围岩的工程地质性质决定了它在隧道工程中的变形特征,即开挖后自稳能力差,表现出“自稳时间短,易坍塌”的特征。隧道的开挖,使先前支撑隧道洞身围岩被移走,洞壁临空;造成围岩应力进行重新调整,围岩与洞壁均向隧道净空方向变形。这种变形主要表现为掌子面的水平鼓出;浅埋隧道表现为地表下沉,形成沉降槽;拱顶下沉和边墙收敛。若这种变形不及时控制,则可能发生隧道塌方。常见的有两类:
(三)施工方法及采取相应的措施
隧道施工方法的选择,主要依据工程地质及水文地质条件,施工条件,围岩类别,隧道埋深,断面尺寸,以施工安全为前提和工程质量为核心,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的综合考虑研究选择。
施工方法基本采用台阶法,分部开挖法,单侧壁导坑法,双侧壁导坑法。开挖进尺应根据实际情况控制在一定的范围内。开挖掌子面时应预留核心土环形开挖,以保证掌子面的稳定。爆破多采用光面爆破,爆破应采用弱爆破的原则,尽量减少对围岩的扰动,开挖后及时打系统锚、喷射混凝土必要时采用钢格栅、钢拱架、挂钢筋网片对围岩进行联合支护。由于围岩自稳时间很短,为了施工安全,选择超前支护作为施工辅助手段。如果围岩破碎、难以自稳,应进行超前小导管注浆加固后再进行开挖,或者采用中空锚杆注浆等辅助措施对围岩进行注浆加固,然后在进行开挖。
三、存在问题及解决方法
由于对新奥法理解不够深刻,使用不够灵活。在施工中发生塌方、衬砌开裂等事故。使业内一些人士对新奥法的理论产生怀疑。从而在隧道工程的建设中产生过一些争论,有如下两种:
1.对新奥法的理解不够,管理不够完善,使用不够灵活;
2.新奥法是指导工程的科学原理,还是经不起实践检验的错误理论;
从以往有些塌方的实例中可以看出导致塌方的原因,既有地质环境因素,也有开挖方法,支护方式的因素,还有技术人员的经验和应变能力因素。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如:韩国汉城地铁隧道的一次塌方,是因为遇到了在地质勘查中没有确定节理走向的岩层和杂乱的岩石破碎区,开挖方法和支护方式没有根据这一情况作灵活变更,再加上技术人员缺乏应变能力和处理突变事件的经验。在希思罗机场隧道塌方后, 对新奥法施工中的有关控制情况进行了检查, 发现对新奥法设计和施工理念特别是对先进导坑开挖面的稳定性,对未完成的支护的稳定性, 对补偿性注浆的作用等, 理解得很不够。从诸多塌方实例中还可以看出,隧道新奥法施工的安全, 取决于人们通过管理系统和正确的工作实践, 包括监控测量的干预, 来控制施工活动, 以减少失败的风险。当塌方威胁出现时, 早期发现是关键。可以拿出时间来做补救工作。
新奥法强调保护和利用围岩的自承能力,采用薄壁喷混凝土柔性支护旨在充分利用“拱效应”。什么时候施做初期支护,这一时机的掌握并非易事,但这一概念在硬岩中是成立的。允许变形后控制变形,量测大大有益于开挖和支护过程的设计。但是在软弱围岩隧道中,隧道地质环境条件有极大的变化。若果仍然沿用硬岩隧道中的方法,采用柔性支护,就不可避免的产生错误,增加风险。事实上,对于软弱为岩隧道来说,新奥法本身可以提供许多稳定掌子面的方法,比如:留核心土环形开挖,台阶法,分布开挖法。还有管棚注浆,超前小导管注浆等辅助工法,以加固地层。
解决新奥法应用问题的核心有一下几点:(1)尽可能保护围岩的固有强度,减少对围岩的扰动。(2)为了安全的发挥围岩全部强度,必须在允许变形的同时控制变形,以免过度变形强度丧失。(3)用锚杆、薄柔性支护的喷射混凝土支护来抑制变形。(4)及时支护并封闭初次支护混凝土环,对控制变形有重要意义。(5)初次支护可以部分地或全部地代表支护总需求。二次衬砌的厚度取决于对初次支护,隧道围岩变形的评估。(6)施工期间隧道不支护的时间尽可能缩短。如条件允许,隧道应在最短时间内开挖成全断面,使地层扰动次数最少。(7)设计,监理和施工工程师,技术人员必须理解和灵活运用新奥法,共同决策施工中发生的问题。
四、结束语
在我国,新奥法应用广泛,声誉极好。发展的主流健康,但也存在一定的问题。无论是在硬岩隧道中, 还是软土隧道中, 应用新奥法都有骄人的成功的工程实例, 积累了不少经验, 制定了多种“规程”或“标准”。对新奥法原理认识逐步深化, 施工技术和管理水平都有提高。新奥法在隧道中的应用, 一改过去木支撑满堂、施工方法陈旧的落后局面, 促进了锚喷技术的发展。在软土隧道中采用新奥法, 一开始就抓住了问题的关键, 提出了既科学、又全面的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字诀,避免了有些国家照搬硬岩隧道新奥法经验的弯路。他山之石,可以攻玉。只有对新奥法理解透彻,灵活运用,在施工易出事故的薄弱环节中加强管理,才能起到无往不利的效果。隧道工程的发展将会更进一步!
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论文作者:高伟超
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/17
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