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新奥法原理在莲花山清潭隧道施工中的应用
卢玉荣
!中港第四航务工程局一公司，广东
摘
广州
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要：详细介绍新奥法施工特性以及新奥法原理在莲花山清潭隧道施工中的应用情况。
文献标识码：@
文章编号：$--,A$B!,C,--$D-"A--!"A-#
关键词：莲花山清潭隧道??+>"
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工程概况
莲花山清潭隧道是汕梅高速公路隧道工程中$条距离最长的隧道，全长,"""K，按单向双车道进行设计，衬砌净空为$-+?KWV+!$K，纵向坡度分别为$+,X和-+"X的属长大公路隧道。人字坡，整个工程开挖量约,#万K#，
莲花山清潭隧道洞身穿越地层地质良好，以凝灰岩及其风化层为主，其中!、"围岩占整个开挖量的""X。在开挖掘进过程中采用“新奥法”原理进行施工是安全、优质、高效完成隧道开挖施工首选方案，光面爆破是该项工程施工的重点和难点，如何搞好洞身开挖光面爆破作业，是施工过程中的核心问题，也是整个工程能否取得经济效益的根本性问题。>
新奥法施工的特性
C$D开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽可能采用全断面进行开挖，以减少爆破冲击波对洞身周围围岩的扰动。
?
技术参数的确定
莲花山清潭隧道洞身穿越的山体地形完整性好，反映在该区上覆盖第>系残坡积层厚度变化不大，基底为上侏罗统凝灰岩及其风化层。各土层特征分述如下：#粉质粘土、砂质粉土：土表残坡积层，灰黄—棕黄色，可塑—硬塑，厚>+V-Y$V+VK，天然含水率,$+?XY#"+$X，孔隙比-+!VY$+-,#，液性指数-+$?Y-+"，容许承载力$?-Y
C,D根据围岩的特性，采用不同的支护类型，充分发挥围岩的自身的自稳能力。
C#D在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效发挥支护体系的作用，保证隧道洞室的稳定。
C>D尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突出，造成局部应力集中，同时给二次衬砌及隧道结构防排水留下隐患。
C?D通过施工过程中对围岩和支护动态观察、量测，合理安排施工程序，并进行设计变更等日常的施工管理。
收稿日期：,--$A-!A-B
作者简介：卢玉荣（，男，福建安溪人，工程师，从事公路工程施工管理工作。$BV"A）
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类围岩。"强风化凝灰岩：土黄色、褐黄色间##.=/)。属!
灰白色，半土状，岩石矿物大部分风化成粘土，残留石英碎片，岩石中#组风化裂隙极为发育，裂隙面广泛分布铁质薄膜，层厚$,..>$-,?.@。属#类围岩。$弱风化凝灰岩：灰黄色、肉红色，由长石、石英组成，呈棱角状，长石表面中等风化，胶物均为火山灰。裂隙较为发育，裂隙面广泛分布绿泥石化蚀变；岩芯多为A.>%.@@短柱状，岩石较硬。风化层厚$,A>$!,%.@。岩层饱和单轴极限抗压强度为属%类围岩。灰绿色、$-,">-?,B.C/)。&微风化凝灰岩：浅绿色，一般与轴线夹角小于$.D的裂隙发育，岩石基本新鲜，岩质硬。岩石饱和单轴极限抗压强度$$.,#>$#!,?C/)；抗剪切强度$",AC/)；抗剪断强度EF弹性模量?,.#G$.BC/)，泊松比’FB?,AD；-#,.C/)，
属H类围岩。.,-B。!"#
各类参数的设定
“新奥法”原理是近年来国内外地下工程施工的同行“们一直在关心和探讨的一个热门问题。新奥法”原理在地下工程施工中分为以下几个方面：
!"#光面爆破：光面爆破是新奥法原理施工的关键，光面爆破后使开挖断面达到平整圆顺的效果，首先要了解围岩的性质，然后进行合理的选择周边眼的间距、炮眼的深度、炸药的数量、起爆雷管的段别和钻孔的角度等一系列参数，为光面爆破做准备。在实际施工过程中，每循环爆破后周边眼炮眼半孔率达%AI以上即达到光面爆破的效果。
!$）秒微差爆破：毫秒微差爆破是新奥法施工核心。采用毫秒微差法进行起爆，按设计要求逐步进行爆破，可以增大掏槽眼、扩大眼、内圈眼、周边眼在爆破过程中的临空面，减小爆破产生的震动波对周边围岩的扰动，在减小二次衬砌混凝土使用量和增强围岩自身稳定性方面都有着重要的意义。
!%#初期支护：隧道无论是深层开挖还是浅层开挖，地下围岩一经爆破开挖后，封藏在地下多年的围岩受到空气和地下水的共同作用，暴露在空气中的围岩极易风化、开裂，出现掉块和浅层坍塌现象，故在围岩开挖之后用最快的速度进行封闭围岩—初喷混凝土%&’(&))，使开挖后的围岩回到原始状态，这样有利于后序工作的安全施工。
!*#监控量测：监控量测是围岩进行初期支护后对围岩自稳定性进行跟踪观察的重要手段。其目的在于掌握围
表’
岩和支护动态变化，便于进行日常施工管理；了解支护构件的作用和效果；确保隧道工程的安全性和经济性以及将监控量测结果反馈于设计及施工过程中。!"!
爆破器材的选择
莲花山清潭隧道采用非电引爆的方式进行爆破作业，其主要爆破器材为非电毫秒雷管、硝铵炸药$乳化炸药在地下水较丰富的地方使用%、火雷管和导火线等，周边眼增加导爆索和竹片以便增强光爆效果。!"&
实际操作
!"#周边眼外插角控制：周边眼外插角的确定根据炮眼深度及围岩的硬度来确定。在硬岩$%、(围岩%的爆破中，莲花山清潭隧道运用#,A@的钢钎进行打眼，打眼深度基本保持在#,$.J.,$.@，外插角采用-D>#D$与隧道轴线的夹角%为宜，这样炮眼的口与底之间的距离差在.,.!>.,$-@以内，不会造成过大的超欠挖现象，而且使爆破面基本能够达到平顺；在软弱围岩$!、#类围岩%中，钻孔深度可根据初期支护进行确定，外插角取.D即可，因为在软弱围岩中围岩的整体性较差，在进行爆破后，炮眼之间抵抗线上部的围岩出现自然的坍塌，即可进行下一循环的施工，即使不出现坍塌，也可利用人工找顶的方式达到下一组开挖的条件，这样可减少因超挖回填造成对成本的增大和对围岩自身稳定性的破坏。
K-L周边眼装药量的控制：周边眼采用间隔法装药。所谓的间隔法装药就是在同$个炮眼内的药包间存在一定的空隙，使爆破产生的频率提高，振动周期和振幅减小，增强围岩的自稳能力。周边眼装药结构详见图$。
图’
周边眼间隔装药布置
为了更好地达到光面爆破的效果，周边眼爆破过程中对爆破器材的选择、安装都有一定的要求：)保证周边眼不耦合装药，通常不耦合系数取MFNOPF#>$,B为宜，即周边眼采用小药卷进行爆破；"周边眼的间距一般控制在.,#.>.,!.@之间；$周边眼采用同一段别的非电毫秒雷管进行起爆，同时利用导爆管导爆减小周边眼起爆差，见表$。
光面爆破参数
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表!
炮眼名称周边内圈掘进扩大掏槽底板
炮眼数（个）#$,$#,$=A$#
炮眼
每孔装
总装
!类围岩爆破参数
雷管段别
$
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A
A
$#
>
$?
$=
序号
深度（;）药量（
"+>"$+,"$+#=$+="$+="$+,"
,?+>,=+,@#+,,,+=>+"$=+A
$,#@=A
B#C炮眼深度的控制：在"、!单个炮眼的深度，#围岩中，因围岩软弱，自稳性差，需及时进行支护，故每循环进尺不宜过大，应根据初期支护钢格栅的间距而定。莲花山清潭隧道在施工过程中"类围岩初期支护钢格栅的间距"+?=;，所以每循环进尺为"+?=D"+$";，#类围岩钢格栅间距$+"";，而采用的进尺为$+""D"+$=;；在$、%类围岩的节理不发育、硬度高、围岩中，特别是%类围岩中，稳定性好，采取每循环打眼深度#+$"D"+$";，见表,。&每循环炮眼深度的控制，在整个循环中炮眼深度保持基本一致，保证掌子面基本平顺，提高开挖掘进的进度。
B@C装药量的控制：见表#。
表"
炮眼名称周边内圈掘进掏槽底板
爆眼间距（;）"F#"G"F?""FA=G"F!""F!"G$F#""F@"G"F=""F="G"F?"
装药集中度（"
$F""$F,="F#"G"F="
与内圈的距离
（;）"F="G"F>"
HHHH
另外，因地下岩层发育状况较为复杂，不同地段的地质围岩风化程度不同，节理发育裂隙走向不同进行调节炮眼间距和炮眼内装药量，以便达到更好的爆破效果。
B=C爆破顺序的安排：如何利用最少的炸药、施打最少的炮眼和对周边围岩的最小干扰达到最佳爆破效果，在爆破过程中引爆炮眼内炸药的顺序是非常重要的。在“新奥法”隧道施工过程中广泛应用非电毫秒雷管来完成这一目标：从掏槽眼向周边起爆，以便形成更多的临空面，达到最佳的爆破效果。%类围岩分段爆破布孔情况见图,。"#$量测布置
为保证隧道施工安全和施工质量，对洞内周连收敛及拱顶下沉量进行量测，量测布置见图#。
图"
洞内监控量测布点示意
%结语
利用“新奥法”原理进行隧道施工与“矿山法”原理进
行隧道施工相比较：!在整个施工过程中对原来地质变化影响小，保存了原来地质围岩的完好性，提高隧道施工的安全；新奥法”原理进行隧道设计、施工，可以&采用“充分利用围岩自身的自稳能力，减少隧道的支护、二次衬砌
图!
!类围岩分段爆破布孔示意
工程量，为节省能源，提高经济效益方面起到重要作用。
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新奥法原理在莲花山清潭隧道施工中的应用
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工程概况
莲花山清潭隧道是汕梅高速公路隧道工程中$条距离最长的隧道，全长,"""K，按单向双车道进行设计，衬砌净空为$-+?KWV+!$K，纵向坡度分别为$+,X和-+"X的属长大公路隧道。人字坡，整个工程开挖量约,#万K#，
莲花山清潭隧道洞身穿越地层地质良好，以凝灰岩及其风化层为主，其中!、"围岩占整个开挖量的""X。在开挖掘进过程中采用“新奥法”原理进行施工是安全、优质、高效完成隧道开挖施工首选方案，光面爆破是该项工程施工的重点和难点，如何搞好洞身开挖光面爆破作业，是施工过程中的核心问题，也是整个工程能否取得经济效益的根本性问题。>
新奥法施工的特性
C$D开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽可能采用全断面进行开挖，以减少爆破冲击波对洞身周围围岩的扰动。
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技术参数的确定
莲花山清潭隧道洞身穿越的山体地形完整性好，反映在该区上覆盖第>系残坡积层厚度变化不大，基底为上侏罗统凝灰岩及其风化层。各土层特征分述如下：#粉质粘土、砂质粉土：土表残坡积层，灰黄—棕黄色，可塑—硬塑，厚>+V-Y$V+VK，天然含水率,$+?XY#"+$X，孔隙比-+!VY$+-,#，液性指数-+$?Y-+"，容许承载力$?-Y
C,D根据围岩的特性，采用不同的支护类型，充分发挥围岩的自身的自稳能力。
C#D在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效发挥支护体系的作用，保证隧道洞室的稳定。
C>D尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突出，造成局部应力集中，同时给二次衬砌及隧道结构防排水留下隐患。
C?D通过施工过程中对围岩和支护动态观察、量测，合理安排施工程序，并进行设计变更等日常的施工管理。
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类围岩。"强风化凝灰岩：土黄色、褐黄色间##.=/)。属!
灰白色，半土状，岩石矿物大部分风化成粘土，残留石英碎片，岩石中#组风化裂隙极为发育，裂隙面广泛分布铁质薄膜，层厚$,..>$-,?.@。属#类围岩。$弱风化凝灰岩：灰黄色、肉红色，由长石、石英组成，呈棱角状，长石表面中等风化，胶物均为火山灰。裂隙较为发育，裂隙面广泛分布绿泥石化蚀变；岩芯多为A.>%.@@短柱状，岩石较硬。风化层厚$,A>$!,%.@。岩层饱和单轴极限抗压强度为属%类围岩。灰绿色、$-,">-?,B.C/)。&微风化凝灰岩：浅绿色，一般与轴线夹角小于$.D的裂隙发育，岩石基本新鲜，岩质硬。岩石饱和单轴极限抗压强度$$.,#>$#!,?C/)；抗剪切强度$",AC/)；抗剪断强度EF弹性模量?,.#G$.BC/)，泊松比’FB?,AD；-#,.C/)，
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各类参数的设定
“新奥法”原理是近年来国内外地下工程施工的同行“们一直在关心和探讨的一个热门问题。新奥法”原理在地下工程施工中分为以下几个方面：
!"#光面爆破：光面爆破是新奥法原理施工的关键，光面爆破后使开挖断面达到平整圆顺的效果，首先要了解围岩的性质，然后进行合理的选择周边眼的间距、炮眼的深度、炸药的数量、起爆雷管的段别和钻孔的角度等一系列参数，为光面爆破做准备。在实际施工过程中，每循环爆破后周边眼炮眼半孔率达%AI以上即达到光面爆破的效果。
!$）秒微差爆破：毫秒微差爆破是新奥法施工核心。采用毫秒微差法进行起爆，按设计要求逐步进行爆破，可以增大掏槽眼、扩大眼、内圈眼、周边眼在爆破过程中的临空面，减小爆破产生的震动波对周边围岩的扰动，在减小二次衬砌混凝土使用量和增强围岩自身稳定性方面都有着重要的意义。
!%#初期支护：隧道无论是深层开挖还是浅层开挖，地下围岩一经爆破开挖后，封藏在地下多年的围岩受到空气和地下水的共同作用，暴露在空气中的围岩极易风化、开裂，出现掉块和浅层坍塌现象，故在围岩开挖之后用最快的速度进行封闭围岩—初喷混凝土%&’(&))，使开挖后的围岩回到原始状态，这样有利于后序工作的安全施工。
!*#监控量测：监控量测是围岩进行初期支护后对围岩自稳定性进行跟踪观察的重要手段。其目的在于掌握围
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爆破器材的选择
莲花山清潭隧道采用非电引爆的方式进行爆破作业，其主要爆破器材为非电毫秒雷管、硝铵炸药$乳化炸药在地下水较丰富的地方使用%、火雷管和导火线等，周边眼增加导爆索和竹片以便增强光爆效果。!"&
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K-L周边眼装药量的控制：周边眼采用间隔法装药。所谓的间隔法装药就是在同$个炮眼内的药包间存在一定的空隙，使爆破产生的频率提高，振动周期和振幅减小，增强围岩的自稳能力。周边眼装药结构详见图$。
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周边眼间隔装药布置
为了更好地达到光面爆破的效果，周边眼爆破过程中对爆破器材的选择、安装都有一定的要求：)保证周边眼不耦合装药，通常不耦合系数取MFNOPF#>$,B为宜，即周边眼采用小药卷进行爆破；"周边眼的间距一般控制在.,#.>.,!.@之间；$周边眼采用同一段别的非电毫秒雷管进行起爆，同时利用导爆管导爆减小周边眼起爆差，见表$。
光面爆破参数
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B#C炮眼深度的控制：在"、!单个炮眼的深度，#围岩中，因围岩软弱，自稳性差，需及时进行支护，故每循环进尺不宜过大，应根据初期支护钢格栅的间距而定。莲花山清潭隧道在施工过程中"类围岩初期支护钢格栅的间距"+?=;，所以每循环进尺为"+?=D"+$";，#类围岩钢格栅间距$+"";，而采用的进尺为$+""D"+$=;；在$、%类围岩的节理不发育、硬度高、围岩中，特别是%类围岩中，稳定性好，采取每循环打眼深度#+$"D"+$";，见表,。&每循环炮眼深度的控制，在整个循环中炮眼深度保持基本一致，保证掌子面基本平顺，提高开挖掘进的进度。
B@C装药量的控制：见表#。
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另外，因地下岩层发育状况较为复杂，不同地段的地质围岩风化程度不同，节理发育裂隙走向不同进行调节炮眼间距和炮眼内装药量，以便达到更好的爆破效果。
B=C爆破顺序的安排：如何利用最少的炸药、施打最少的炮眼和对周边围岩的最小干扰达到最佳爆破效果，在爆破过程中引爆炮眼内炸药的顺序是非常重要的。在“新奥法”隧道施工过程中广泛应用非电毫秒雷管来完成这一目标：从掏槽眼向周边起爆，以便形成更多的临空面，达到最佳的爆破效果。%类围岩分段爆破布孔情况见图,。"#$量测布置
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利用“新奥法”原理进行隧道施工与“矿山法”原理进
行隧道施工相比较：!在整个施工过程中对原来地质变化影响小，保存了原来地质围岩的完好性，提高隧道施工的安全；新奥法”原理进行隧道设计、施工，可以&采用“充分利用围岩自身的自稳能力，减少隧道的支护、二次衬砌
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工程量，为节省能源，提高经济效益方面起到重要作用。
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