新奥法在杨林隧道施工中的安全质量控制应用

1、新奥法在杨林隧道施工中的安全质量控制应用【摘要】通过对新奥法施工的原理、要素、要点入手，阐述了新奥法在杨林隧道施工中的安全质量控制应用。【关键词】杨林隧道 新奥法 安全质量控制应用工程概况1.1工程简介国家高速公路网昆明绕城高速公路东南段，杨林隧道为本项目工程重点单位工程。杨林隧道设计速度为80km/h，双线分离式双向六车道公路隧道，单洞平均开挖断面约150m3。杨林隧道起讫里程为左线ZK13+250-ZK22+712，全长9462m；右线K13+270-K22+680，全长9410m。在ZK17+700处设斜井一座，斜井长1052m。斜井坡度为-11.615%。在ZK18+171.25处设通

2、风竖井一座，井口内径9.4米，井深152米。隧道设人行横洞8道，车行横洞8道。1.2工程地质概况杨林隧道围岩级别为、级，位于昆明市嵩明县、宜良县，属云贵高原一部分，区域地形属于中山侵蚀切割地貌，高原面轮廓基本清晰，微地貌属于高原台地与侵蚀沟谷并存，碳酸盐分布区具有岩溶地貌特征，区域海拔高程17672400m，相对高差633m，隧道最大埋深约452m。杨林隧道址区地层岩性较齐全，从远古界新生界第四系均有出露。杨林隧道穿越断层两条，均属区域南北向断裂的次级断裂。属于火头村大东山断层和草子坡落水洞断层。该区域构造运动较为强烈，地震动峰值加速度大于等于0.4g，地震动反应谱特征周期为0.4s，地震烈度

3、为IX度。地下水为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种类型。隧道涌水量较大，隧道经过岩溶发育部位，隧道施工遭遇突水可能性较大，旱季施工则以静储量为主。2新奥法施工的原理、要点阐述21新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。其中新奥法主要三大要素为锚杆、喷射砼、变形量测。充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和

4、支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。22新奥法中锚杆和喷射混凝土支护的特点：221及时加固围岩，提供足够的支护能力。222它与混凝土衬砌不一样，可以容许有一定的变形，混凝土衬砌变形大了就开裂，而锚喷支护在一定变形情况下，能保持支护的完整性与整体性。223锚喷支护同围岩能全面粘结，中间没有空隙。而木支撑、钢支撑混凝土衬砌很难做到紧密粘结。总的来说锚喷支护具有及时性、封闭性、粘结性、柔性的四大特点。23新奥法中提高围岩自承力的几个要点：231在开挖过程中尽量减少对围岩有过大的扰动，尽量降低开挖爆破的冲击力，开挖后在围岩还未松动前，及时加固和支护。232在围岩一定的变形过程中，围岩形成压

5、密拱形成自承能力，要求支护要有一定的柔性，只有锚喷支护才能满足这一要求，并且通过监控量测对变形进行控制。233隧道开挖之后，围岩最终稳定，是在支护形成闭合圆环以后，这时的支护力才能发挥，因此锚喷支护要及时封闭仰拱。3新奥法在杨林隧道施工中安全质量控制的要点和措施31做好杨林隧道施工测量工作杨林隧道作为特长大断面隧道，为保证杨林隧道的工程质量，避免发生工程质量事故，其中重中之重“测量”是第一位，测量误差精度一定要满足规范要求，应安排专人负责隧道测量，必须坚持“测量两级复核制”，确保施工测量精度达到要求，是保证杨林隧道整个工程质量的首要条件。在开工之前聘请了专业测量公司进行了洞外控制网测量，并编制

6、了杨林隧道洞内控制测量专项方案，施工过程中严格按专项方案实施。32做好杨林隧道施工开挖安全质量控制杨林隧道开挖对整个隧道施工质量是同样重要的，对于这种大断面隧道开挖，一定要应遵循“短进尺，快循环，弱爆破，少干扰，早喷锚，强支护，勤量测，紧封闭”的原则。在开挖中首先要搞好爆破。结合施工技术要求，杨林隧道爆破采用水压光面爆破。3. 2. 1水压光面爆破基本技术原理隧道爆破掘进，其炮眼围岩破碎是由炸药爆炸产生的应力波和爆炸气体膨胀共同作用的结果。隧道常规爆破即炮眼无回填堵塞，炸药爆破后在空气中传播的过程中因空气压缩而损失能量，应力波传递到围岩中也相应消弱，所以不利于围岩破碎；由于炮眼无回填堵塞，爆炸

7、气体膨胀很迅速的冲出跑眼口，消弱了膨胀气体进一步破碎围岩的作用，所以说炮眼无回填堵塞是不科学、不可取的，而水压光面爆破相对于常规爆破来说，由于炮孔中装填了水袋和炮泥，利用水的不可压缩的特性，无损失传递炸药能量，有利于围岩破碎，产生的“水楔”作用进一步破碎岩石，还可以防止岩爆；炮孔最底部的水袋代替炸药卷，利用在水中的反射波作用不但延长爆破作用时间，而且水楔作用效果更好，更有利于岩石破碎；同时水和炮泥的复合堵塞作用，有效利用爆破生成的膨胀气体对围岩产生最后的破碎效果。炮孔中有水，爆破产生的水雾对降尘起到及其重要的作用。水压光面爆破相对于常规爆破来说，装药量可节省20%左右，装药量减少了，意味着爆破

8、振动大大减弱，控制爆破振动速度在1.5cm/s以内是有保障的。炮孔由于采取水袋和炮泥的复合堵塞，有效控制了冲击波的强度，进一步减少了对围岩的扰动。隧道开挖水压光面爆破与常规爆破的炮眼装药结构如下图对比。 图 1 常规爆破装药结构示意图 图2 水压爆破掏槽眼、辅助眼及底眼装药结构示意图图3 水压爆破周边眼装药结构示意图将炮眼无回填堵塞部位改为用水袋与炮泥回填堵塞，这样在水中传播的冲击波对水的不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于围岩的破碎，水在炸药爆炸作用下产生的水楔效应，有利于进一步破碎围岩，炮眼中的水还可以起到雾化降尘的作用。炮眼底部的水与炮眼中上

9、部的水作用形式不同，前者代替了炸药，后者代替了空气及部分回填土，但达到的目的是一致的，即达到了“三提高一保护”的目的。由于用专用设备制成的炮泥回填堵塞炮眼，要比土坚实，密度大，还含有一定水，抑制膨胀气体冲出炮眼要比土好的多，而且使用方便。炮眼底部的水袋取代了炮眼底部的一部分炸药。炮眼底部水袋与炮眼中上部水袋相比最大的区别是，炮眼底水袋代替了炮眼底药卷，它必须起到相当于药卷的作用，所以不能过长，过长会导致向炮眼底方向传播的击波逐渐变小，而岩石的夹制作用逐渐变大，到了一定位置应力波不足以破碎围岩，炮眼中上部水袋作用则不然，虽向跑眼口方向传播的击波逐渐变小，但岩石的夹制作用也逐渐变小，到了一定位置应

10、力波仍会破碎岩石，所以炮眼中上部水袋要比炮眼底水袋长得多。经实际爆破效果相比，光爆炮眼眼口水袋长可相当于2-3药卷长度，而内部炮眼由于夹制作用大，其炮眼底水袋长可相当于1药卷长度。综上可见，水压光面爆破不是为一种节能环保的爆破。3. 2. 2水压光面爆破的技术要点a. 往炮眼中一定位置装入一定量的水。一定位置是指炮眼底部和炮眼的中上部，一定量的水是指水袋的直径与长度。b. 在隧道施工中，注水长度与炮泥回填堵塞的长度的最佳比例为1:1或1:0.9。c. 炮眼底注水长度约为1个水袋（20cm）。d. 注意注水工艺，即水袋制作工艺。e. 炮泥制作工艺要好。3. 3正确确定杨林隧道断面开挖尺寸正确地确

11、定开挖轮廓线，这个轮廓线在设计开挖轮廓线的基础上，加上了允许施工误差，严格控制开挖断面，不允许欠挖、超挖超过允许值。目前的激光断面仪以及卡西欧9860编程计算器，可以更方便、更快捷、更灵活地检测开挖断面，避免超挖、欠挖。另外，围岩变形失控可造成欠挖，若围岩变形趋势能及时发现，可以采用增设锚杆，加厚喷层等及时封闭仰拱，形成封闭圆环等方法，使变形得以控制，不致侵入界限。隧道允许超挖值（cm）硬岩（）中硬岩（-）破碎岩石（-）拱 部平均10 cm平均15 cm平均10 cm最大20 cm最大25 cm最大15 cm边 墙平均10 cm平均10 cm平均10 cm3. 4做好杨林隧道锚杆施工质量控制3

12、41锚杆加固岩石的作用锚杆加固岩石，一是局部加固，局部岩面通过锚杆的悬吊作用固定到稳定岩石上，阻止岩石的继续松动。二是整体作用，指按规定方向、规定距离，布置系统的锚杆，形成整体岩石拱支撑顶部岩石，提高围岩的自承能力。锚杆加固岩石能真正起作用的条件：（1）要保证杆件要有足够的强度；（2）杆体锚固在岩石中，保证设计长度；（3）砂浆有足够强度和饱满度，保证锚杆杆体有足够的握裹力，对锚杆孔的岩面有足够的粘结力。342锚杆施工常见的质量问题a、锚杆钻孔位置不对，角度不对，要求锚杆孔严格按设计要求位置和角度施工，偏离孔位不得超过150mm。b、锚杆孔的深度不够。锚杆孔位对，角度也对，3m的锚杆打了2.8m

13、的锚杆孔，3m的锚杆只能插2.8m，外露20cm，起到作用的只能是2.8m，大大削弱了锚杆支护作用。c、灌浆不饱满，砂浆强度不够，锚杆杆体材料性能不符合要求，或杆体锈蚀污物未清除干净。d、锚杆未注浆，锚杆未起到正真的作用。343破碎围岩锚杆通常采用中空注浆锚杆，注浆材料一般采用水泥浆或水泥水玻璃双液浆。35做好杨林隧道喷射混凝土的施工质量控制351喷射混凝土支护的特性无论干式、湿式喷射混凝土，他们的喷射动力是压缩空气，将拌和料通过喷射机及输料管喷到岩面上。由于拌和料中掺加了速凝剂，喷到岩面的混凝土在5min初凝，10min终凝，2小时具有强度，1小时可达到10Mpa。也就是说喷射混凝土和普通浇

14、注混凝土不同，喷射混凝土能在喷射以后很快就能在沿隧道开挖岩面上形成一个具有一定厚度，具有一定强度，而且完全密贴岩面的一个支护结构。过去旧式的支护是木支撑，它只能支撑岩石不坍落，但不能阻止围岩松动。喷射混凝土支护虽然只有5cm-15cm，由于与周围介质密贴，由于薄层具有一定柔性，在隧道这种周边介质约束的情况下，具有很高的支护力，象鸡蛋壳握在手中不碎是一个道理。这也是喷射混凝土作为新奥法要素之一的原因。352喷射混凝土支护容易发生的质量问题喷射混凝土支护被越来越多的人们接受，喷射混凝土与原材料、设计配合比都有关，它实际的水灰比是多少，控制在喷射手，喷射手的技术和责任心是至关重要的。技术不好或责任心

15、不强的喷射手，喷出的混凝土颜色发暗（水灰比小），或喷射混凝土流淌（水灰比过大），厚度不均匀，而且普遍厚度不够，粉尘大，回弹大，喷射混凝土强度达不到设计要求。高质量的喷射混凝土是表面平整、光洁，厚度均匀，并达到要求，回弹少，粉尘少，混凝土强度达到设计要求。为了减少回弹，提高喷混凝土质量，提倡低风压近距离喷射工艺，且垂直受喷面。为了保证杨林隧道喷射混凝土的质量，我们专门成立了专人试验小组，对喷射混凝土进行跟班作业。对于喷射混凝土厚度我们通常是利用锚杆头、埋设厚度标志、是否把拱架填平等来控制。喷射混凝土还有一个容易出现的问题，就是空鼓和钢筋网背后喷射不实，对于这样的问题解决的方法是喷射前必须用水冲洗

16、受喷岩面；钢筋网背后要喷实必须从两侧喷实，双层钢筋网的时候，必须喷完第一层以后，再挂第二层网，再喷，禁止两层网一次挂后喷混凝土，或在钢筋网背后回填石头的作法。4杨林隧道二次衬砌模注混凝土施工的质量控制41二次衬砌的功能新奥法支护衬砌原理，采用双层衬砌第一层叫初期支护，第二层叫二次衬砌。初期支护一般采用锚喷支护，地层稳定性稍差时，加钢筋网加锚杆；地层再坏，一般采用格栅拱架或钢拱架锚喷支护。从新奥法的原理讲，初期支护有足够稳定围岩的能力。二次衬砌施作时间是初期支护完全稳定后，才能灌注二次衬砌，这样的施工顺序，应该说二次衬砌除承受防水层传过来的水压力以外，基本不受外力，是安全储备。当然，作到初期支护

17、完全稳定，时间拖得长，而且当遇到一些软弱地层，流变特性突出的地层，需要支护要有足够的刚度，这样需要提前施作二次衬砌。这时，二次衬砌除作安全储备以外，还是要承受一部分地层荷载的。作为施工人员要知道，按新奥法规则，二次衬砌要有一个时间要求的原因何在。42二次衬砌施作时间通过监控量测信息，当变形速率逐渐减缓，拱顶下沉，小于0.1mm/天时，收敛小于0.2mm/天；变形量已达到总变形量的90%以上，就有条件进行铺防水层，灌注二次衬砌，总变形量是变形曲线回归分析推算出来的。5杨林隧道监控量测51监控量测的意义监控量测是新奥法支柱之一，为保证施工安全及机构的长期稳定性，监控量测工作非常必要。在隧道施工过程

18、中，用现场量测的数据对围岩支护体系的稳定状态进行检测，确认支护参数和施工方法的准确性，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，验证支护结构效果。监控工程对周围环境的影响，积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据，是确保施工及运营安全、指导施工程序、便利施工管理的重要手段，监控量测是施工过程中必不可少的工序。对于杨林隧道我们聘请了据有专业资质的公司人员，进行超前预报和监控量测，全面的监控测试。52需要监控量测的围岩类别根据公路施工技术规范要求，结合杨林隧道设计的具体情况，确定对III、IV、V类围岩进行监控量测。53监控量测组成根据杨林隧道不同地质条件、支护参数、施工方法、确定量测项目、采用非接触式，对杨林隧道进行监控