1认知新奥法
1.1新奥法与传统方法的区别
具体来讲,新奥法的基本理念主要体现在以下几个方面:①在隧道开挖阶段,尽量简化开挖工序,所采用的爆破施工技术和工艺流程均要考虑如何保持围岩整体的稳定性,避免扰动围岩;②隧道开挖方案须充分利用围岩的自承能力,提高围岩本身的支撑能力;③基于围岩特点选择合适的支护方式和支护参数,锚杆和喷射混凝土、钢拱架等紧贴岩体的柔性支护尽量提早完成,确保作业过程中岩体松弛或变形情况得到有效控制;④有的施工段岩体软弱破碎,为确保支护系统正常应用,提高岩体整体的稳定性,须尽早闭合断面;⑤从理论上讲,应该在围岩及初期账户变形基本稳定后施作二次衬砌,将支护体系与围岩揉合成一整体,以确保支护结构更加稳定;⑥为避免棱角突变部位引起应力集中,隧道断面周边轮廓应尽可能圆顺;⑦施工作业期间,动态观测支护系统及围岩结构,合理调整工艺流程,优化设计工程方案,同时进一步规范施工管理活动,确保施工活动顺利开展。
1.2新奥法的特点
新奥法在我国应用的最大特点就是应用了所谓的复合式衬砌,其基本的施工方法是:在开挖过程中,尽量减少对围岩的扰动,为此必须采用光面爆破或预裂爆破,以维护围岩的自承能力;根据围岩特征,采用不同的支护类型和支护参数,及时施作锚喷支护,抑制围岩的松弛和变形;开挖时尽量采用大断面、少分部的开挖方法,以利于降低围岩内部应力重分布的次数,最大限度地利用围岩的承载力;在施工过程中,以量测手段为参照不断修正设计和施工,做到既经济合理,又安全可靠;根据测量数据,在确认初期支护变形收敛后,进行二次模筑混凝土衬砌。
2工程概况
周家庄一号隧道总长2237m,洞身围岩为Ⅳ级、Ⅴ级围岩,围岩极差,含不良地址段及特殊岩土。地面高程一般为1625~1800m。区内地形起伏较大,沟壑纵横,自然坡度约20~50°之间,隧道顶沟谷发育,冲沟内为洪积砂质黄土,山顶平缓处场及缓坡处多为风积黄士段盖,山体多基岩出露,植被覆盖较差。
3施工方法
本隧道总体施工方案的选择将立足于确保施工安全、施工质量与施工工期,立足于有效避免涌泥、坍塌等事件发生。施工时及时进行工序转换,做到“管超前、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”。隧道开挖采用风枪钻眼,实施弱爆破,局部人工配合挖掘机进行施工。严格控制超挖和减少对围岩的扰动,保证开挖成形质量,以充分发挥围岩的自承能力。初期支护采用喷锚网为主的支护方式,围岩较差地段设型钢钢架,特殊地段如浅埋地带拱部设管棚或超前小导管预注水泥浆加固地层。二次衬砌按新奥法原理根据围岩收敛情况及时施工,二次衬砌施工时,灌注混凝土振捣密实,防止收缩开裂,振捣时不破坏防水层,二衬拆模时,混凝土强度达到规范要求。
3.1洞门施工
3.1.1洞口工程
首先复核图纸,组织复测并控测布网,准确定出洞口位置,明洞暗洞分界位置,按设计位置放出边、仰坡及洞脸开挖边线。在洞口边、仰坡开挖线外5m处设截水沟一道,防止雨水冲刷洞脸。做好截排水系统后,人工配合挖掘机按照设计坡度、尺寸采取从上向下分台阶开挖,分层3~5m,表层土采用挖掘机开挖,底层地层当机械开挖困难时采用钻爆法开挖,边仰坡的开挖坡度随原地面的坡度改变而改变,确保坡面平顺并与原地形成为一体。装载机配合自卸车运砟,人工配合刷坡。洞口边、仰坡段施工采用挖掘机纵向分段自上而下分层开挖,人工整修边仰坡,按设计要求一次到位,挖掘机配合自卸车装运弃渣。洞口临时边坡采用锚网喷防护,永久边仰坡采用C25混凝土拱形骨架护坡,中心绿化。
3.1.2进洞方法
隧道进出口采用套拱法进洞,具体作法:沿明暗洞交界里程,从上到下逐层开挖,开挖至起拱线后,架立钢拱架,最里面的一榀紧贴仰坡放置,施做套拱。洞口段设计为Φ108管棚超前支护,与钢架组合成预支护体系,浇注挂板套拱混凝土固结,形成洞室轮廓,在套拱混凝土强度达到设计强度后,施做准108mm超前管棚,在套拱保护下按设计法进行开挖隧道进口、出口均为Ⅴ级围岩,采用三台阶临时仰拱法开挖进洞;采用拱部准42超前小导管超前支护,及锚喷网初期支护。
3.2正洞施工
暗洞段按新奥法组织施工,弱爆破开挖,围岩较弱处采用机械配合人工开挖,喷锚支护。正洞施工方案见表1。
3.3弃碴与环保
3.3.1隧道弃碴
施工中产生的废碴、废液按环保有关规定进行处理,不随意排入冲沟、沟渠及农田中。在隧道口设置三级沉淀池用于处理施工污水,以及吸附油污;固体污物等,固体污物送往环保部门作无害处理。弃碴按设计要求弃于指定位置或作为路基填料,碴场设挡墙,以免水土流失。
3.3.2施工降尘
由于隧道施工采用无轨运输,洞内废气污染主要为大功率的内燃机械,且主要集中到装碴运输工序,为此在该隧道施工中,必须加强通风除尘的工作。方法如下:加强对进洞机械的维修保养。定期检查空气滤清器是否堵塞,进、排水是否畅通,喷油嘴及时更换,使喷油效果好。雾化程度高,使柴油充分地燃烧。为了节油和消烟掺加柴油添加剂。部份机械进行机外净化。主要给装载机装配上带有催化剂的附属箱,连接在尾气排放管上,把发动机排出的废气用催化剂和水洗的办法来降低其中有害气体。
3.3.3环境保护
隧道施工便道、工棚及作业场的布置尽量维护自然面貌,占用荒地应少开挖、少刷方,以保护自然植被。隧道竣工时,应尽量恢复原有植被。
4施工中的必要注意事项
4.1初期支护的施工质量要保证
有效的支护能够提高施工安全系数。施工应,须及时进行初期支护,提早封闭,加快成环速度,避免结构变形。开挖后及时封闭暴露的岩石。首先初喷厚度为4~5cm混凝土将岩面封闭,装设钢拱架、施作锚杆、挂钢筋网,最后按设计要求完成复喷。结合现场条件和施工要求的数量和方向选择合适的锚杆。若使用砂浆锚杆,必须注意注浆量和浆液稠度;有水地段适宜采用楔缝式、缝管式或早强药包锚杆,选择端头紧固且尾部有能够紧贴格栅和围岩的托板的端头锚固锚杆,确保锚固效果符合设计要求。
4.2重视隧道监控量测和超前地预报的作用
在公路隧道施工中,通常采用超前地质预探探报施工技术、监控量测施工技术来探测地址情况,同时对支护结构的受力变形进行监测,为设计变更以及施工方案的确定提供可靠依据。这种监测技术同样适用于地表沉降及塌方监测。隧道综合地质超前预报有助于优化隧道施工方案,并且能够提高隧道施工的安全系数。进行隧道开挖时,事先通过高效的地质监测掌握隧道前方地质状况,有助于优化设计工艺流程和施工技术措施,从而达到防控事故的目的。
5结语
新奥法目前得到了广泛的应用,但实际应用中还有不完善的地方。造成失败的原因也很多,除了施工管理、质量控制、相关施工技术掌握等方面的因素外,有时施工技术人员对新奥法的实质缺乏正确的理解也是不可忽视的原因,今后应不断总结施工经验,以便新奥法能更好地为我国的隧道工程项目服务。
作者:赵丽春 单位:黑龙江省绥棱县水务局