按新奥法施工的指导思想，论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施
摘要：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 量在幅增长 ，公路特别是主干线越来越来不能满足日益增长 的公路通行能力的要求。为了更快实现我国交通运输高速化、重载化，从而大力开发和基础设施建设步伐的加快，修建大量大公路隧道越来越受到重视。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。本文重点分析按新奥法施工的指导思想，论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施。
关键词：新奥法、施工工艺、围岩等级
概述：隧道受天然形成的地质状态如地应力、地质物理参数、地下水、地质断层等因素和人工开挖操作如开挖方式、支护方式、支护时间等因素影响很大。由于隧道所处的地质环境不同，其围岩稳定特性也不同，因此应采用的支护方式和开挖方式也就不一样。目前隧道的开挖方式主要有全断面开挖方法、台阶法、台阶分部开挖法、导坑法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等。 1 新奥法基本思想
新奥法隧道施工的主要特点有：1、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，而不致松动破坏。②既能有效地支护围岩，同时又允许围岩变形。新奥法认为，先施做薄的辅助混凝土衬砌，监测其变形过程，待变形达到稳定状态后才可修筑永久性支护。3、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-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。 ③锚喷支护应用于破碎岩体，锚杆支护的传统概念是锚杆只能用于锚固隧道上部有可能脱落的岩石，而不能用于节理发育的破碎岩体之中。④变形动态与监测施工，新奥法通过围岩压力释放来实现二次平衡，因此通过测量围岩和支护变形动态，控制隧道稳定是新奥法的核心内容。 1.1Ⅱ～Ⅲ类围岩：台阶开挖法 1、技术特点
1） 施工空间大，可以引入大型施工机械，多作业面平行施工，工效高；部分软岩地段岩地段可以采用反铲挖掘机直接开挖下半断面。减小了对围岩的扰动。2）在地质结构复杂多变，软硬围岩相间的隧道施工中，便于调整施工方法，进度稳定，工期有保障。3）能适应不同跨度和多种 断面形式，没有需拆除的临时施工支护、节省投资。4）爆破施工可以分成多个作业进行，交集中爆破化为分散爆破，既减少了对围岩扰动，又充分利用了时间、空间，还增加了爆破临空面，降低了炸药消耗。
全断面法就是将全部设计断面一次开挖成型，再修筑衬砌。一般适用于Ⅳ～V类围岩，并配有钻孔台车和高效率运装机械的石质隧道。开挖工作面较大，钻爆效率较高。
台阶开挖法是全断面法的变化方案，是将设计断面分上半部断面和下半部断面二
次开挖成型；或采用上弧形导洞超前开挖和中核开挖及下部开挖。开挖的关键是台阶的划分形式，一般将设计断面划分为1～2个台阶分部开挖。台阶法适用于Ⅱ～Ⅳ类围岩。台阶开挖法有利于开挖面的稳定，但增加了对围岩的扰动次数。 上下导洞先拱后墙法，适用于Ⅱ～Ⅲ类围岩或一般土质围岩等松软地层修建隧道。一次开挖的范围宜小，及时支撑与衬砌，保持围岩稳定。其工作面较多，相互—干扰大。传统喷锚暗挖法的施工顺序，可按衬砌的施作顺序分为：先墙后拱法和先拱后墙法。
1 全断面法适用于Ⅵ～Ⅳ类围岩。该法可采用深孔爆破，其深度可取3 ～3.5M。 2 台阶法适用于Ⅳ～Ⅱ类较软或节理发育的围岩，其施工要求如下： (1)上下台阶之间的距离，应能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量。
(2)当顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰。 (3)台阶不宜多分层，装渣机械应紧跟开挖面，以减少扒渣距离。 3 台阶分部开挖法适用于Ⅲ～Ⅱ类围岩或一般土质围岩地段。一般环形开挖进尺不应过长，以0.5～1.0M为宜。 4 导坑法适用于Ⅲ～Ⅱ类围岩。下导坑适用于探查开挖面前方地下水情况；导坑适用于处理膨胀压力地层；上导坑适用于洞口段辅助开挖。各工序安排应紧凑，支护及时，保证施工安全。 5.1开挖上半断面
开挖高度为5.5m左右，宽度按设计轮廓线，采用光面爆破技术开挖，爆破后的松渣用装载机载入自卸车运至洞外。 5.2上半断面初期支护
5.2.1爆破后用高压风吹尽灰尘，清除松动岩块后，立即初喷C20砼3～4cm。 5.2.2按设计施工D25中空注浆锚杆及20MnSi直径22的药卷锚杆，D25中空注浆锚杆L=4m,，纵环间距50×120cm，梅花形布置；药卷锚杆L=2.5m，纵环间距120×120cm，锚杆方向尽量与岩面垂直。
5.2.3挂双层钢筋网，钢筋网紧贴初喷砼面，超前锚杆尾部与钢筋网焊接起来。
5.2.4复喷C20砼至设计厚度。 5.3开挖下半断面
上半断面超前15～20m后，进行下半断面开挖，开挖方法同上半断面。 5.4下半断面初期支护
下半断面锚杆、钢筋网、喷砼等初期支护与上半断面相同 5.5防水层
防水层在初期支护基本稳定时施工，铺设1.2mm厚EVA防水卷材及300g/m2无纺布作为防水层。 5.6二次衬砌
二次衬砌工作面与下半断面开挖面间隔35～50m进行施工，采用模筑混凝土作为二次衬砌，二次衬砌采用全液压衬砌台车，砼在洞外搅拌站搅拌，砼运输车运至洞内，砼输送泵泵送入模。
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，允许围岩又一定的协调变形，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→一次支护→二次支护。
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。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，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（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。岩质条件好时，长度可大一些，岩质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，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为2-2.5米，在膨胀性地层中大约为0.8-1.0米。 3.2第一次支护作业包括：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，应尽快地喷一层薄层混凝土（3-5mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一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10-15mm），并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。
完成第一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三小时内完成，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，为了给一次支护争取时间，安全的作业，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，或是浇注混凝土内拱），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得到。
对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。 。新奥法的基本要点可归纳如下：
1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。
2．为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须它，使岩体不致过度松弛而丧失或
大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。
3．为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。
4．通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。
5．为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。
6．二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。
上述新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。
