[分享]隧道施工:矿山法、新奥法、新意法的区别与联系!

发表于2018-11-26     2247人浏览     2人跟帖     总热度:1329  

矿山法、新奥法、新意法三种隧道工法的创新与应用是隧道开挖支护理论不断升级换代,由被动转向主动,将隧道修往更险更难更破碎地层的过程。

正因有了这种探索和前进的过程,隧道施工的脚步才得以不断向前,穿越各种艰险复杂的地层而隧贯山河。

如果将三者相结合并灵活运用,辅以坚韧不拔、永不言败的中国工程人精神,那么将无往而不利,以至创造奇迹,如令世界各国专家为之兴叹的胡麻岭隧道。

正因其难,胡麻岭隧道让中铁十九局一战成名。因为胡麻岭隧道区间内有一段长达3.5公里的“第三系富水粉细砂”地层,这是学名,其实就是比“扶不墙上的烂泥”还要烂的泥巴。在这样的地层里打隧道就好比在充满流沙的山肚子里开出一条双车道的金光坦途,想想《西游记》里“八百流沙界,三千弱水深。鹅毛飘不起,芦花定底沉”流沙河片段,在这样的地层里修隧道,其难度和唐僧过流沙河比只高不低。


隧道施工:矿山法、新奥法、新意法的区别与联系!-Snap7


在这样的地层修隧道,被称为“国内罕见、世界难题”,而这样的世界难题由中国工程人的活学活用,将矿山法、新奥法、新意法三种隧道工法融会贯通才最终攻破。

今天,就结合胡麻岭隧道,说说这三种工法的联系和区别。

矿山法是传统的一种隧道施工方法,来源于矿山修巷道时爆破开挖后,岩体破裂松动随时可能有坍塌的危险,用方木紧跟其后强力支护的隧道开挖工法。归结起来就是建立在岩体松驰理论的基础上的一种工法,而对围岩爆破后破裂松驰的现象,根据围岩破裂松驰的程度,进行分部顺序开挖,并且边挖边撑。因为胡麻岭隧道中的围岩情况极差,所以将掌子面分割为九小块,每部分都使用钢架封闭成环,依靠强力支护措施控制围岩变形,这就是矿山法。

但如果隧道地质条件十分不利,根本来不及撑就坍塌了,或是遇到 胡麻岭隧道这样像流沙一样的烂泥,面对强支撑的缝隙无孔不入而瞬间坍塌那该怎么办?这种情况根本就无法支撑而且十分危险。为了克服这种不良地质,就要讲到后面的新奥法与新意法。

隧道施工:矿山法、新奥法、新意法的区别与联系!_1

新奥法是在认为围岩具有一定自稳能力的基础上建立起来的,核心就是隧道开挖后如何维护它和利用它的一种工法。

要维护它首先就是少扰动,所以采用毫秒爆破和光面爆破,毫秒爆破是指围岩爆破是一层层的按毫秒时间间距(微差分区分段)进行爆破,先在中部爆出个临空面,然后围岩一层层地向临空面爆破,整个过程像昙花一现般短暂,这样能减少爆破带来围岩内部的破裂。

光面爆破是毫秒爆破在爆破孔科学合理设计分布下的最优表现,指的是爆破后岩壁平整符合设计轮廓,这样可以避免应力集中造成围岩内部强大的应力从薄弱点突破,这与包装袋的虚线撕口是一个道理,让围岩轮廓整体受力。

维护它的第二条是早喷锚,就是开挖掌子面后尽早喷一层混凝土,可以说有了喷射混凝土后才诞生了新奥法。对新开挖的岩壁喷射混凝土一方面可以形成一层硬壳起着支撑作用,另一方面可以封闭围岩表面的裂缝不继续扩张掉块,以及保留会随着渗水等情况带走的围岩间起一定胶结和摩擦作用的细颗粒岩土。锚是指用锚杆等方式打入围岩内将一些松散的围岩串在一起,或是将表层因爆破松动的围岩牢牢地固定在稳定的岩层里,避免进一步的松动。总之喷锚就是尽量维护开挖后的围岩裂缝,保持原生态不要进一步发展。

维护它的第三条就是尽快封闭成环,指的是尽快用钢架、钢筋网片、喷射混凝土将开挖面轮廓封闭成环,这可以整体抵抗围岩向隧道净空的压力,有点像鸡蛋壳的原理,据说薄薄的一层鸡蛋壳在均匀受力的条件下可以抵抗34公斤的压力。这也就是为什么要求软弱围岩仰拱尽快施作,尽早封闭成环的原因。

维护它的第四条就是勤测量,这好比一个护士对一个病人经常量体温,以便发现异常时尽早采取措施加强治疗。勤量测的作用在一般的隧道并不显现,但对于真正的软弱围岩,这可就成了核心的关键步骤,它直接指导新奥法施工的进展。比如一次开挖进尺,开挖后立即要上的支护措施,初支成环的强度和速度确定等。

所以新奥法归结起来就是认为围岩是有自稳能力的,开挖时要尽量少地扰动它,开挖后要尽快地维护它,总结起来就是十二字诀“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”。

新奥法施工在现代隧道施工中成为了经典工法,特别是对于软弱围岩隧道,在胡麻岭隧道中自然少不了新奥法的身影。我们国家对新奥法施工在规范细则和一些具体文件中均有体现,比如针对快封闭这一条,就有著名的铁建设[2010]120号文,“四、五、六级软弱围岩仰拱成环距掌子面不得大于35米,二衬距掌子面四级不得大于90米,五、六级围岩不得大于70米”。这在许多铁路建设施工中被我称为铁律、红线,决不可逾越。其目的就是迫使隧道施工中必须遵守尽早封闭的原则。

面对胡麻岭隧道,光有新奥法还远远不够,因为掌子面开挖后前方的围岩会像流沙一样涌进开挖好后的隧道内,奈若何?对此就用到了新意法。

新奥法是考虑到围岩开挖后尽可能少扰动,并维护好围岩自身的承载力,尽可能调动围岩自身的“积极主动性”。而新意法是针对隧道开挖的前方,即掌子面方毫无“主观能动性”的围岩,一打开来就会出现挤出、变形、甚至涌出的状态。那么新意法要做的就是在隧道开挖前就对前方十分软弱的围岩进行处理和加固。

所以基于以上的理解,我认为新意法就是预先对软弱围岩进行加固,比如掌子面前方的超前小导管注浆,管棚注浆支护,也就是说新意法是通过措施对掌子面开挖前方软弱的围岩进行处理,使之具有一定的承载力,以便能进行开挖支护。

新意法多用于浅埋软弱围岩,比如胡麻岭隧道这一段第三系富水粉细砂层,前方就是一大滩扶不上墙的烂泥,毫无自稳性可言。对此进行前方和两侧的井点降水将流沙变成“干砂”,再辅以注浆固结的方式将散状的“干砂”固结,固结后就具有一定的自稳性,然后再徐徐开挖。

隧道施工:矿山法、新奥法、新意法的区别与联系!_2

所以我认为新意法的核心理念是对极差软弱围岩预先加固改良,稍微具体地说是对地质条件十分不利、易变形的地质,甚至不具备任何自稳性的地质进行加固改良,使之成为有自稳性可供后续开挖支护的岩土层。基于此理念的认识,我认为在新奥法施工中根据监测变形情况或是雨后坍塌变形等情况,在掌子面后方边墙、拱墙部位的注浆加固措施都可以认为是新意法。

最后总结一下三法的区别:

矿山法认为隧道开挖后围岩无自稳性,需要开挖后立即进行强支撑;

新奥法认为围岩有一定的自稳性,只是立即维护它并充分利用围岩自稳的“主观能动性”;

新意法是针对毫无自稳性的不良地质,在开挖前就应想办法将开挖面前方的围岩进行加固处理,使之达到开挖支护成隧的条件。

高度概括就是:矿山法为分部开挖强支撑,新奥法尽早维护充分利用围岩自稳性,新意法是面对极差围岩提前预加固。


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