新奧法在軟弱破碎巖層中的應用
發布時間：2014-02-25 共1頁
在巖洞工程開挖工程中，新奧法在我國已被廣泛接受，但是，能在破碎軟弱巖層中合理應用好這一方法的并不多。控制爆破、錯噴支護與變形觀測是新奧法的3支柱。新奧法的核心是如何利用和提高圍巖的自稱能力。本文結合筆者的工程經驗對其從不同的方面進行了論述。
1、支護形式與支護參數
新奧法的支護觀點是最限度地利用圍巖的自稱能力，盡量少的支撐已松動或正在松動的巖體。對不同類型的巖體，不同斷面的洞室，應采用不同的支護參數。在Ⅲ類以下圍巖中，可較容易的確定合理的支護參數，在Ⅳ類以下圍巖中，支護參數就難確定，支護時間也難操作。尤其是V類圍巖，自穩時間短，單純使用錨噴支護是不夠的。根據巖體的具體情況，需要增加超前錨桿，超前管棚，或超前預灌漿。在支護上需要進一步強化，如加鋼筋肋或加格構梁等手段，以充分發揮或提高圍巖的自稱能力。
格構梁是一種比U型梁更好的支護結構物，它在國內已得到廣泛應用。其具有重量輕、施工簡便、支護速度快等特點，通過噴混凝土、錨桿與巖體結合成一體。屬主動支護結構。從而使圍巖的自稱能力得到充分發揮。因此，不論哪種類軟弱破碎巖體，只要未經擾動，靈活運用這些手段，就能獲得支護穩固巖體的效果。
關于支護時間的掌握問題，根據塑性理論基礎分析結果，要求支護時問不宜太早，也不宜太遲。但本人結合工程實踐認為：應該“及時”支護或“及早”支護，而不是主張“適時”支護。因為在實際應用中，這個“適時”的時機很難掌握。而在劣質巖體中的洞室開挖過程中，巖體的塑性變形在不抑制它的情況下，是一個永無休止的過程。因此，只能及早支護，使之通過錨桿與巖體盡早地組成一支承拱，以支撐來自拱體外破碎巖體的壓力和不斷擴的塑性變形壓力。
省道332線改建工程苑家會隧道，巖體屬強風化破碎巖，斷層擠壓破碎嚴重，巖石強度低，隧道開挖跨徑14米，且為石拱型斷面，控制爆破后，圍巖自穩時間不足1 h.當初采用傳統的新奧法錨噴支護法，在開挖后立即強行噴射混凝土與錨桿作業。但因巖體自穩時間與錨、噴作業的時間極不協調，根本無法控制巖體的加速變形，致使在極短的時間內噴層破壞，錨桿還沒有發揮作用既出現巖體開始蹦落，最終導致塌方。施工單位分析后調整方案，將施工爆破后錨固改為爆破前描固支護，在爆破前加超前錨桿，在初噴混凝土后采用格構粱、錨桿來加強支護。方法改進后，控制住了塌方，取得了良好效果。
2、開挖分塊問題
對有一定強度且自穩時間較長的巖體洞室開挖，要求盡可能一次爆破成型，以減少爆破震動次數。新奧法首先是在良好的巖石中提出來的，對于較斷面中的軟弱破碎圍巖，這一觀點就不一定適用。原因是在破碎軟弱巖體中爆破后的支護封閉是不允許拖延的，采用一次成型方法，使最不安全的頂拱部位盡早得到支護，然后層層下挖，層層支護。另外，為彌補跨度的不利因素，要充分利用掌子面對開挖后項拱的抑制作用，頂層開挖排炮進尺不宜過，一般應控制在l m左右。
3、解決地下水的方法
地下洞室的開挖過程中，常見地下水的活動，而地下水的活動也是新奧法實施中產生失敗的一個重要因素。其滲透壓力可在極短的時間內瓦解圍巖的自稱能力，同時也給噴射混凝土帶來困難。要解決地下水的水壓問題，最好的辦法是超前排水。另外，在遇到泥化斷層隔水飽和時，利用該法還可以防止突發性事故的發生。
4、質量控制
開挖過程中的控制爆破、錨桿注漿的質量控制是最基本的問題。
控制爆破是保證圍巖穩定的前提。然而，在軟弱破碎巖體中進行控制爆破的難度很，一是爆破易導致開挖成型面差，二是爆破松動圈范圍過，從而破壞圍巖的自稱能力，嚴重降低圍巖的自穩時間。如省道332線苑家會隧道，在進到不良地質段后，巖石破碎且軟弱夾層較多，開始控制爆破較差，使開挖工作步履艱難，連續出現體積塌方，事故不斷。而后，施工單位認真總結經驗教訓，并通過多次實驗爆破，觀測每排實驗結果及時調整排炮進尺參數，控制在1米左右，取得了滿意效果，解決了控制爆破質量問題。
錨桿的錨固注漿質量，對錨固破碎軟弱巖體至關重要。不論哪一種圍巖，采用全固結水泥砂漿錨桿是最首要的選擇。然而，對需要錨固的巖體都是巖石條件差、松散破碎嚴重、圍巖的自穩能力低等情況，使錨桿孔難以成型或堵塞，導致全固結水泥砂漿錨桿的質量不易保證，從而圍巖失穩破壞，前功盡棄。因此，要想解決注漿質量問題，對此類破碎巖石可采用管式注漿錨桿，即用空心鋼管，管壁上按梅花型布設小孔，成孔過程中，將鋼管跟孔鉆進，既保證成孔一次成型，又防止堵塞，成孔后即可放入鋼筋進行注漿。如此真正做到了管壁與巖石的全固結，甚至，漿液在壓力的作用下通過鋼管壁孔涌入到破碎巖體內，從而達到提高圍巖整體強度的目的。
5、利用新奧法概念解決塌方問題
塌方按地質情況可分為：塊狀結構巖體塌方和松軟破碎地層塌方兩種。
第1種，塊狀結構巖體中產生的塌方，是不利結構面與軟夾層所至。該類塌方一般的塌落高度不，且塌落形狀呈不規則錐形。由此可以斷定，在未擾動部分巖體仍然保持相對自稱穩定狀態。盡管其應力分布極其不均，局部應力集中等問題，但在一定時間內其自稱能力仍能使圍巖達到暫時相對穩定。我們就可以利用這一時段圍巖的自稱能力來及時處理，支護錨固，防止塌方的形成。對于該種巖體結構，在巖體出現塌方后的暫時穩定期，應立即施噴混凝土。在施噴時，仍然會產生落塊，但噴到一定時間，掉塊就會停止。說明初噴成功，就在很程度上延長了圍巖的自穩時間，為進一步加強支護贏得了時間。另外還應重視的就是：在處理前期，切忌清渣。原因就是松渣的存在，能抑制塌方的進一步的發展與擴。此時應登渣對圍巖網噴混凝土，安裝錨桿，壓漿錨固，加鋼筋肋，并進行錨噴，支護處理，直到設計開挖標高。在省道332線花塔嶺隧道西洞口開挖進尺到50 m時就出現跨度12 m的塌方，就是采用這種方法處理的，效果極佳。
第2種，松軟破碎巖層中產生的塌方，它的塌方規模，一旦出現塌方甚至塌落通天。這種塌方的塌落形狀一般為拋物拱形，塌方往往在塌落中將隧洞邊壁破壞。這種塌方的處理同樣要引進新奧法概念，即通過支護提高松散塌落體的整體強度，從而提高其自稱能力和零載能力。支護辦法就是超前管棚或超前管式灌漿錨桿。然后向前挖掘，每前進到一定尺度，即用I字鋼拱架進行支撐，安裝環向管式可灌漿錨桿，掛網噴混凝土。這些工作結束后，進行緩向壓漿，使可灌漿錨桿在所深入的范圍內通過壓漿漿液無規則滲透，形成一固結漿層。從而使原來沒有承載能力的松散破碎巖體具有承載力，再加上固結漿層與I字鋼拱架及噴混凝土層組成的支撐拱，可承受洞頂數十米高的塌方土體自重應力，達到抑制體積塌方圓滿效果。
6、結語
新奧法作為一個概念提出來，應用于工程支護中取得了良好的效果。但在地質情況變化的情況下，對圍巖特性不易掌握，圍巖穩定對施工質量的要求高。但不論地質情況如何，在工程實踐中必須牢固掌握新奧法概念的核心，既充分利用與提高圍巖的自稱能力，并圍繞這一核心問題采取一系列的支護措施和施工方法。
1、支護形式與支護參數
新奧法的支護觀點是最限度地利用圍巖的自稱能力，盡量少的支撐已松動或正在松動的巖體。對不同類型的巖體，不同斷面的洞室，應采用不同的支護參數。在Ⅲ類以下圍巖中，可較容易的確定合理的支護參數，在Ⅳ類以下圍巖中，支護參數就難確定，支護時間也難操作。尤其是V類圍巖，自穩時間短，單純使用錨噴支護是不夠的。根據巖體的具體情況，需要增加超前錨桿，超前管棚，或超前預灌漿。在支護上需要進一步強化，如加鋼筋肋或加格構梁等手段，以充分發揮或提高圍巖的自稱能力。
格構梁是一種比U型梁更好的支護結構物，它在國內已得到廣泛應用。其具有重量輕、施工簡便、支護速度快等特點，通過噴混凝土、錨桿與巖體結合成一體。屬主動支護結構。從而使圍巖的自稱能力得到充分發揮。因此，不論哪種類軟弱破碎巖體，只要未經擾動，靈活運用這些手段，就能獲得支護穩固巖體的效果。
關于支護時間的掌握問題，根據塑性理論基礎分析結果，要求支護時問不宜太早，也不宜太遲。但本人結合工程實踐認為：應該“及時”支護或“及早”支護，而不是主張“適時”支護。因為在實際應用中，這個“適時”的時機很難掌握。而在劣質巖體中的洞室開挖過程中，巖體的塑性變形在不抑制它的情況下，是一個永無休止的過程。因此，只能及早支護，使之通過錨桿與巖體盡早地組成一支承拱，以支撐來自拱體外破碎巖體的壓力和不斷擴的塑性變形壓力。
省道332線改建工程苑家會隧道，巖體屬強風化破碎巖，斷層擠壓破碎嚴重，巖石強度低，隧道開挖跨徑14米，且為石拱型斷面，控制爆破后，圍巖自穩時間不足1 h.當初采用傳統的新奧法錨噴支護法，在開挖后立即強行噴射混凝土與錨桿作業。但因巖體自穩時間與錨、噴作業的時間極不協調，根本無法控制巖體的加速變形，致使在極短的時間內噴層破壞，錨桿還沒有發揮作用既出現巖體開始蹦落，最終導致塌方。施工單位分析后調整方案，將施工爆破后錨固改為爆破前描固支護，在爆破前加超前錨桿，在初噴混凝土后采用格構粱、錨桿來加強支護。方法改進后，控制住了塌方，取得了良好效果。
2、開挖分塊問題
對有一定強度且自穩時間較長的巖體洞室開挖，要求盡可能一次爆破成型，以減少爆破震動次數。新奧法首先是在良好的巖石中提出來的，對于較斷面中的軟弱破碎圍巖，這一觀點就不一定適用。原因是在破碎軟弱巖體中爆破后的支護封閉是不允許拖延的，采用一次成型方法，使最不安全的頂拱部位盡早得到支護，然后層層下挖，層層支護。另外，為彌補跨度的不利因素，要充分利用掌子面對開挖后項拱的抑制作用，頂層開挖排炮進尺不宜過，一般應控制在l m左右。
3、解決地下水的方法
地下洞室的開挖過程中，常見地下水的活動，而地下水的活動也是新奧法實施中產生失敗的一個重要因素。其滲透壓力可在極短的時間內瓦解圍巖的自稱能力，同時也給噴射混凝土帶來困難。要解決地下水的水壓問題，最好的辦法是超前排水。另外，在遇到泥化斷層隔水飽和時，利用該法還可以防止突發性事故的發生。
4、質量控制
開挖過程中的控制爆破、錨桿注漿的質量控制是最基本的問題。
控制爆破是保證圍巖穩定的前提。然而，在軟弱破碎巖體中進行控制爆破的難度很，一是爆破易導致開挖成型面差，二是爆破松動圈范圍過，從而破壞圍巖的自稱能力，嚴重降低圍巖的自穩時間。如省道332線苑家會隧道，在進到不良地質段后，巖石破碎且軟弱夾層較多，開始控制爆破較差，使開挖工作步履艱難，連續出現體積塌方，事故不斷。而后，施工單位認真總結經驗教訓，并通過多次實驗爆破，觀測每排實驗結果及時調整排炮進尺參數，控制在1米左右，取得了滿意效果，解決了控制爆破質量問題。
錨桿的錨固注漿質量，對錨固破碎軟弱巖體至關重要。不論哪一種圍巖，采用全固結水泥砂漿錨桿是最首要的選擇。然而，對需要錨固的巖體都是巖石條件差、松散破碎嚴重、圍巖的自穩能力低等情況，使錨桿孔難以成型或堵塞，導致全固結水泥砂漿錨桿的質量不易保證，從而圍巖失穩破壞，前功盡棄。因此，要想解決注漿質量問題，對此類破碎巖石可采用管式注漿錨桿，即用空心鋼管，管壁上按梅花型布設小孔，成孔過程中，將鋼管跟孔鉆進，既保證成孔一次成型，又防止堵塞，成孔后即可放入鋼筋進行注漿。如此真正做到了管壁與巖石的全固結，甚至，漿液在壓力的作用下通過鋼管壁孔涌入到破碎巖體內，從而達到提高圍巖整體強度的目的。
5、利用新奧法概念解決塌方問題
塌方按地質情況可分為：塊狀結構巖體塌方和松軟破碎地層塌方兩種。
第1種，塊狀結構巖體中產生的塌方，是不利結構面與軟夾層所至。該類塌方一般的塌落高度不，且塌落形狀呈不規則錐形。由此可以斷定，在未擾動部分巖體仍然保持相對自稱穩定狀態。盡管其應力分布極其不均，局部應力集中等問題，但在一定時間內其自稱能力仍能使圍巖達到暫時相對穩定。我們就可以利用這一時段圍巖的自稱能力來及時處理，支護錨固，防止塌方的形成。對于該種巖體結構，在巖體出現塌方后的暫時穩定期，應立即施噴混凝土。在施噴時，仍然會產生落塊，但噴到一定時間，掉塊就會停止。說明初噴成功，就在很程度上延長了圍巖的自穩時間，為進一步加強支護贏得了時間。另外還應重視的就是：在處理前期，切忌清渣。原因就是松渣的存在，能抑制塌方的進一步的發展與擴。此時應登渣對圍巖網噴混凝土，安裝錨桿，壓漿錨固，加鋼筋肋，并進行錨噴，支護處理，直到設計開挖標高。在省道332線花塔嶺隧道西洞口開挖進尺到50 m時就出現跨度12 m的塌方，就是采用這種方法處理的，效果極佳。
第2種，松軟破碎巖層中產生的塌方，它的塌方規模，一旦出現塌方甚至塌落通天。這種塌方的塌落形狀一般為拋物拱形，塌方往往在塌落中將隧洞邊壁破壞。這種塌方的處理同樣要引進新奧法概念，即通過支護提高松散塌落體的整體強度，從而提高其自稱能力和零載能力。支護辦法就是超前管棚或超前管式灌漿錨桿。然后向前挖掘，每前進到一定尺度，即用I字鋼拱架進行支撐，安裝環向管式可灌漿錨桿，掛網噴混凝土。這些工作結束后，進行緩向壓漿，使可灌漿錨桿在所深入的范圍內通過壓漿漿液無規則滲透，形成一固結漿層。從而使原來沒有承載能力的松散破碎巖體具有承載力，再加上固結漿層與I字鋼拱架及噴混凝土層組成的支撐拱，可承受洞頂數十米高的塌方土體自重應力，達到抑制體積塌方圓滿效果。
6、結語
新奧法作為一個概念提出來，應用于工程支護中取得了良好的效果。但在地質情況變化的情況下，對圍巖特性不易掌握，圍巖穩定對施工質量的要求高。但不論地質情況如何，在工程實踐中必須牢固掌握新奧法概念的核心，既充分利用與提高圍巖的自稱能力，并圍繞這一核心問題采取一系列的支護措施和施工方法。
