(中铁二十二局集团四公司张石高速指挥部内蒙古公路工程局，内蒙古 呼和 浩特 010000)
摘 要：文章以黑石岭进口段为例，简要阐述了隧道采用 新奥法施工技术方法的技术要点，包括钻爆法掘进施工技术，锚喷支护施工技术，及其防排 水的施工要点。
关键词：公路山岭隧道；钻爆技术；锚喷支护
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：[HTK ]1007—6921(2009)03—0235—03
1 前言
随着中国高速公路的发展，各种公路施工技术得到了很大的发展和提高，作为公路的控制性 构造物——隧道，其施工技术也得到很大的改进和完善。隧道施工方法的选择主要依据工程 地质和水文地质条件并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水 平等因素综合考虑研究确定。目前，山岭隧道施工方法主要采用钻爆法开挖掘进加锚喷支护 的施工方法——新奥法，新奥法是20世纪40年代开始发展起来的，它是以喷射混凝土和锚杆 为主要支护手段的一种隧道设计施工方法，这种支护能起到加固围岩的作用，在确保隧道稳 定的基础上，使设计更加经济合理，是目前公路山岭隧道最常用的施工方法。
2 工程概况
黑石岭隧道位于河北省蔚县与涞源两县之间的太行山山区，穿越太行山山脉，是张石高速公 路化稍营至蔚县段的控制性工程，隧道进口里程为：左线为LK72+970，右线为RK72+935，位 于蔚县宋家庄乡岔道村东边，隧道出口里程为：左线LK76+690，右线RK74+800，位于涞源县 刘家庄镇伊家铺村。
黑石岭隧道地层岩性主要为震旦亚界蓟县系雾迷山组白云岩，石英含量较多，石质完整，坚 硬，岩石的单轴抗压强度为73.9MPa，存在构造应力，残余应力，岩浆浸入的挤压应力及岩 石自身的自重应力，岩爆较为频繁。
黑石岭隧道为分离式隧道，公路隧道按高速公路双向四车道设计，设计车速为100km/h，洞 内路面设计荷载采用公路-Ⅰ级。左线全长3 720m，右线全长为3 870m，设计建筑限界为： 净宽13.25m，净高为7.8m，隧道最大埋深为274m。
3 钻爆法掘进施工技术
黑石岭隧道系山岭公路隧道，依据其工程地质和水文地质条件并结合隧道断面尺寸、长度、 衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定使用钻爆法掘进施工技 术。
3.1 爆破技术
3.1.1 光面爆破主要参数的确定。光面爆破主要针对隧道断面的周边一层岩体的爆破，要在爆落岩体的同时，应形成光滑、平 整的边界。其原理是：光面爆破是隧道断面开挖的周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四 周作径向传播，相邻炮眼的冲击波相遇，产生应力波的叠加，并产生切向拉力，当岩体的极 限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后爆炸气体的膨 胀使裂缝进一步扩展。其主要爆破参数有：最小抵抗线、炮眼密集系数、不耦合系数、线装 药系数、孔距和起爆时差。光面爆破主要参数的确定，既要满足光面爆破的技术要求，又要 保证隧道快速掘进的需求。
3.1.1.1 最小抵抗线与炮眼密集系数。为了加快施工进度，减少打眼的数量，尽量节约打眼的时间，压缩循环作业时间，周边眼间 距大一些可以少打眼，达到缩短循环工作时间的目的，在炮眼密集系数不变的情况下，最小 抵抗线也要增大，由此导致周边眼装药量的增加，造成炮眼周边局部岩石扰动过大，影响围 岩的稳定。
隧道的开挖断面大于90m2，跨度大，光爆孔所受围岩夹制作用小，岩体容易爆落，经多次 爆破比较，以下取值比较合适。Ⅴ类围岩光面爆破间距E取40cm，最小抵抗线W取50cm,Ⅳ类 围岩光爆孔间距E取45cm，最小抵抗线W取60cm；Ⅲ类围岩光爆孔间距E取50cm，最小抵抗线W 取60cm。光爆孔密集系数K：Ⅴ类围岩为0.80，Ⅳ类围岩为0.75，Ⅲ类围岩0.84。
隧道岩石坚硬，Ⅲ类围岩完整，在实践中对周边眼采用加大药量，减少不耦合系数，以达到 减少钻爆眼数量的目的。
3.1.1.2 不耦合系数。一般岩石隧道不耦合系数K′取2.5比较合适，但结合黑石岭隧道围岩的物理特性，我们 根据多次实验与调整，K′取1.5较为合适，即炮眼直径为43mm，装30mm的咬卷光面爆破效果 很好。
3.1.1.3 线装药密度。
为了控制爆破引起的裂隙发展，保持岩石新壁面完整和稳固，要在保证炮眼连心线上得 以破裂贯通的前提下，尽量减少用药量。一般将线装药密度取为
在进行爆破设计时，按具体爆破条件计算光面爆破眼的线装药密度。
q0=KK1K2W
式中：q0——线装药密度(kg/m)；
K——炮眼密集系数，K=E/W；
K1——岩性系数，一般取：软岩为0.5～0.7，中硬岩为0.75～0.95， 硬岩为1.0～1.5；
K2——炮眼深度系数，一般为0.5，每加深1m增加0.2。
黑石岭隧道在进行爆破设计时，按公式计算，围岩的线装药密度(q0)为：
Ⅲ类围岩：q0=0.252；
Ⅳ类围岩：q0=0.169；
Ⅴ类围岩：q0=0.1。
3.1.1.4 爆破进尺的选择。黑石岭隧道采用风钻钻眼，在施工过程中坚持“弱爆破，短开挖，强支护，早封闭”的原则 。从理论上计算应钻5m左右的眼，由于眼打的过长，钻眼时间加长，不容易爆破，隧道超欠 挖严重，经过多次爆破比较，眼深Ⅲ类围岩为3m，Ⅳ类围岩为2m，Ⅴ类围岩为1m。
3.1.2 钻爆设计。全断面开挖地段每循环炸药用量：
Q=qSL
式中：q——爆破1m3岩石用药量；
S——断面面积；
L——眼深：Ⅲ类取3m，Ⅳ类取2m，Ⅴ类取1m。
q取值：Ⅲ类围岩1.0左右，Ⅳ类围岩1.2左右，Ⅴ类围岩取1.25左右。
其中掏槽眼药量增加30%，辅助眼取(0.55～0.6)q。
炮眼数目：
N=0.0012×(qS/ad2)
式中：q——单位用药量(kg/m3)；
S——开挖断面面积(m2)；
a——炸药装填系数,取0.7；
d——药管直径,取0.04m。
3.2 爆破效果及影响因素
黑石岭隧道平均超挖一般小于8cm，最大超挖量小于11cm，局部欠挖小于5cm，炮眼利用率90 %以上，较好地段达到95.8%；炮眼痕迹保存率：拱部达到94%以上，边墙达到90%以上。由此 说明黑石岭隧道爆破设计符合该隧道地质情况，较为合理。
4 锚喷支护技术
根据黑石岭公路隧道的设计文件规定，该隧道采用系统锚杆作为衬砌支护结构的一部分，而 其理论依据就是锚杆组合拱作用机理理论。
4.1 锚杆组合拱作用机理的运用
锚杆组合拱作用机理主要是依靠系统锚杆对围岩的整体加固作用，使围岩在一定深度范围内 形成拱形承载结构，充分发挥围岩岩体抗压强度高的特点，发挥围岩的自承能力，见下图1 。
系统锚杆沿隧道开挖轮廓线径向呈梅花形布置，如图2所示。.gif)
系统锚杆采用两种型式：中空注浆锚杆和砂浆锚杆(当采用砂浆锚杆时，应按设计要求截取 杆体长度，并应调直、除锈、除油)。这两种锚杆都属于全长粘结型锚杆，即用水泥浆或水 泥砂浆作填充粘结剂，使锚杆和孔壁粘结牢固，提供摩擦阻力，阻止岩体发生位移，并通过 安装在孔口的锚杆托板对岩壁的约束力来抑制围岩变形或承受围岩荷载。根据设计文件中规 定，隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用的是：喷混凝土+锚杆+钢筋网+钢拱架支护结构形式。因此，Ⅳ 、Ⅴ级围岩锚杆支护没有采取锚托板结构，而仅在Ⅲ级围岩采用了锚托板，锚托板形式为15 0mm×150mm×10mm。
锚杆安装作业应在初喷混凝土后及时进行。在施工过程中，由于围岩地质情况的复杂性，尤 其是在岩层层面或岩体主结构面与锚杆布置方向平行时，系统锚杆作业不应完全按照隧道开 挖轮廓线径向布置，而应尽可能成大角度布置，由此才能把不利结构面或岩层“串”在一起 ，有效地形成组合拱结构。在系统锚杆成大角度布置安装时，须注意以下几个要点：①隧道开挖后，应及时观察分析开挖面岩体的主结构面或岩层层面的走向；②对于锚杆需成大角度布置部位应明确予以标记或记录；③应对锚杆钻孔作业人员进行认真准确的技术交底，技术交底内容应包括准确的钻孔部位、 方向和深度，同时要求必须吹孔，以保证孔内清洁；④还应充分考虑锚杆成大角度布置时应避免施工中相互干扰或交叉作业，便于施工。
作为永久支护的全长粘结型锚杆，良好的全长粘结效果，不仅可以保证锚杆砂浆与孔壁的摩 擦力，使锚杆与围岩共同工作，同时还可以保证锚杆不受腐蚀，以利用其长期的作用效果， 要做到这一点，就必须确保锚杆全长注浆饱满，使其与岩体连成整体。锚杆注浆因锚杆形式 不同而有不同的注浆方式。中空注浆锚杆可以通过锚杆杆体直接进行注浆。砂浆锚杆的注浆 方式有两种：一种是将注浆管与锚杆杆体一同放入钻孔。对于拱顶部位的锚杆宜采用这种方 式，便于施工过程控制，但应注意锚杆钻孔孔径的大小能够满足注浆管径和杆体直径的需要 ；另一种是先将注浆管放入钻孔内，缓慢注浆，待注浆结束后，再迅速将杆体插入孔内。这 种方式宜用于侧壁锚杆安装。
注浆作业应按照《公路隧道施工技术规范