新奧地利隧道施工方法

1 新奧法施工特點：

1.1及時性

新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應(yīng)，以限制支護(hù)前的變形發(fā)展，阻止圍巖進(jìn)入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴射混凝土的早強和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時性和有效性。

在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護(hù)能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護(hù)的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。

1.2封閉性

由于噴錨支護(hù)能及時施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護(hù)原有巖體強度。

巷道開挖后，圍巖由于爆破作用產(chǎn)生新的裂縫，加上原有地質(zhì)構(gòu)造上的裂縫，隨時都有可能產(chǎn)生變形或塌落。當(dāng)噴射混凝土支護(hù)以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節(jié)理和凹穴，大大提高了圍巖的強度。（提高圍巖的粘聚力C和內(nèi)摩擦角）。同時噴錨支護(hù)起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。

1.3粘結(jié)性

噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié)，這種粘結(jié)作用可以產(chǎn)生三種作用：

①聯(lián)鎖作用，即將被裂隙分割的巖塊粘結(jié)在一起若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則引起臨近巖塊的聯(lián)鎖反應(yīng)，相繼喪失穩(wěn)定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進(jìn)行噴錨支護(hù)，噴錨支護(hù)的粘結(jié)力和抗剪強度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別危巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。

②復(fù)和作用，即圍巖與支護(hù)構(gòu)成一個復(fù)合體（受力體系）共同支護(hù)圍巖。噴錨支護(hù)可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點。

③增加作用。開巷后及時繼進(jìn)行噴錨支護(hù)，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不評引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過大的應(yīng)力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提高了圍巖的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。

1.4柔性

噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù)，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護(hù)具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。

2新奧法理論要點及施工要點：

2.1 新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動破壞。

新奧法將圍巖視為巷道承載構(gòu)件的一部分，因此，施工時應(yīng)盡可能全斷面掘進(jìn)，以減少巷道周邊圍巖應(yīng)力的擾動，并采用光面爆破、微差爆破等措施。減少對圍巖的震動，以保全其整體性。同時注意巷道表面盡可能平滑，避免局部應(yīng)力集中。

新奧法將錨桿、噴射混凝土適當(dāng)進(jìn)行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來支護(hù)圍巖，使噴射層與圍巖緊密結(jié)合，形成圍巖-支護(hù)系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，故而可以最大限度地利用圍巖本身的承載力。

2.2保護(hù)巷道圍巖自身的承載能力

新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施：構(gòu)筑防水層、圍巖巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護(hù)留變形余量；開巷后及時做好支護(hù)、封閉圍巖等，都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力，使圍巖的擾動影響控制在最小范圍內(nèi)，并加固圍巖，提高圍筵強度。使其與人工支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受巷道壓力。

2.3允許圍巖由一定量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強度。同時巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，也應(yīng)具有預(yù)定的可縮量，以緩和巷道壓力。

圍巖的變形是控制在一定范圍內(nèi)的，必須避免圍巖變形過大，從而導(dǎo)致圍巖強度的削弱以致引起垮落、失穩(wěn)。支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的變形量，允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形，以緩和來自巷道的巨大壓力，更進(jìn)一步減輕支護(hù)荷載。

2.4新奧法施工過程中量測工作的特殊性

由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復(fù)雜性，施工條件的復(fù)雜性，以及對工程設(shè)計參數(shù)的精確要求，得要通過許多量測手段，在施工過程中對圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。并用監(jiān)測結(jié)果修改初步設(shè)計，指導(dǎo)施工。

量測的結(jié)果可以作為施工現(xiàn)場分析參數(shù)和修改設(shè)計的依據(jù)，因而能夠預(yù)見事故和險情，以便及時采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。

由上所述，新奧法的支護(hù)原則是：圍巖不僅是載物體，而且是承載結(jié)構(gòu)；圍巖承載圈和支護(hù)體組成巷道的統(tǒng)一體，是一個力學(xué)體系；巷道的開挖和支護(hù)都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。

3新奧法的主要支護(hù)手段與施工順序：

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護(hù)為主要支護(hù)手段，因錨桿噴射混凝土支護(hù)能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護(hù)結(jié)構(gòu)，允許圍巖又一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護(hù)結(jié)構(gòu)承受過大的壓力。

施工順序可以概括為：開挖→一次支護(hù)→二次支護(hù)。

3.1開挖

開挖作業(yè)的內(nèi)容依次包括：鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、出渣等。開挖作業(yè)與一次支護(hù)作業(yè)同時交叉進(jìn)行，為保護(hù)圍巖的自身支撐能力，第一次支護(hù)工作應(yīng)盡快進(jìn)行。為了充分利用圍巖的自身支撐能力開挖應(yīng)采用灌面爆破（控制爆破）或機械開挖，并盡量采用全斷面開挖，地質(zhì)條件較差時可以采用分塊多次開挖。一次開挖長度應(yīng)根據(jù)巖質(zhì)條件和開挖方式確定。巖質(zhì)條件好時，長度可大一些，巖質(zhì)條件差時長度可小一些，在同等巖質(zhì)條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度就要小一些。一般在中硬巖中長度約為2-2.5米，在膨脹性地層中大約為0.8-1.0米。

3.2第一次支護(hù)作業(yè)包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯(lián)網(wǎng)、立鋼拱架、復(fù)噴混凝土

在巷道開挖后，應(yīng)盡快地噴一層薄層混凝土（3-5mm），為爭取時間在較松散的圍巖掘進(jìn)中第一次支護(hù)作業(yè)是在開挖的渣堆上進(jìn)行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面的一次噴射混凝土完成后再出渣。

按一定系統(tǒng)布置錨桿，加固深度圍巖，在圍巖內(nèi)形成承載拱，由噴層、錨桿及巖面承載拱構(gòu)成外拱，起臨時支護(hù)作用，同時又是永久支護(hù)的一部分。復(fù)噴后應(yīng)達(dá)到設(shè)計厚度（一般為10-15mm），并要求將錨桿、金屬網(wǎng)、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內(nèi)。

完成第一次支護(hù)的時間非常重要，一般情況應(yīng)在開挖后圍巖自穩(wěn)時間的二分之一時間內(nèi)完成。目前的施工經(jīng)驗是松散圍巖應(yīng)在爆破后三小時內(nèi)完成，主要由施工條件決定。

在地質(zhì)條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風(fēng)華花崗巖）中開挖巷道，為了延長圍巖的自穩(wěn)時間，為了給一次支護(hù)爭取時間，安全的作業(yè)，需要在開挖工作面的前方圍巖進(jìn)行超前支護(hù)（預(yù)支護(hù)），然后再開挖。

在安裝錨桿的同時，在圍巖和支護(hù)中埋設(shè)儀器或測點，進(jìn)行圍巖位移和應(yīng)力的現(xiàn)場測量：依據(jù)測量得到的信息來了解圍巖的動態(tài)，以及支護(hù)抗力與圍巖的相適應(yīng)程度。

一次支護(hù)后，在圍巖變形趨于穩(wěn)定時，進(jìn)行第二次支護(hù)和封底，即永久性的支護(hù)（或是補噴射混凝土，或是澆注混凝土內(nèi)拱），起到提高安全度和整個支護(hù)承載能力增強的作用，而此支護(hù)時機可以由監(jiān)測結(jié)果得到。

對于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴(yán)重，必然牽動側(cè)墻及頂部支護(hù)不穩(wěn)，所以應(yīng)盡快封底，形成封閉式的支護(hù)，以謀求圍巖的穩(wěn)定。

4新奧法適用范圍：

①具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體；

②弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖；

③強風(fēng)化的巖石；

④剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r；

⑤堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土；

⑥微裂隙的，但很少粘土的巖體；

⑦在很高的初應(yīng)力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石；

在下述條件下應(yīng)用新奧法必須與一些輔助方法相配合

①有強烈地壓顯現(xiàn)的巖體；

②膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）；

③在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合；

④在蠕動性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合；

在下列場合中應(yīng)用應(yīng)慎重

①大量涌水的巖體；

②由于涌水會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的圍巖；

③極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；

④開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。

5 新奧法的缺點主要有：

①實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術(shù)人員和量測人員都十分熟練，沒有這一點就易于發(fā)生錯誤；作業(yè)質(zhì)量都與每一個人的仔細(xì)操作有關(guān)。

②開挖暴露出的地質(zhì)會立即|考試大|改變其狀態(tài)，因此要求施工地質(zhì)人員要親臨現(xiàn)場，以便發(fā)現(xiàn)問題；

③用能控制的施工量測，往往給施工帶來不便；

④干噴射帶來的灰塵以及由于易|考試大|受化學(xué)藥品的損害必須加強防護(hù)，尤其是對眼睛的防護(hù)，濕噴雖然可以避免此缺點，但在同樣條件下，不如干噴那樣有效的支護(hù)巖體。

新奧法施工是從實際經(jīng)驗中總結(jié)出來的，又在不斷實踐經(jīng)驗中得以豐富其內(nèi)容和進(jìn)一步發(fā)展，新澳法施工在我國推廣以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，通過科研、設(shè)計、施工三結(jié)合，在修建下坑、西坪、大瑤山、軍都山等鐵路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，應(yīng)用新奧法遠(yuǎn)離及其相應(yīng)的技術(shù)，取得了較大的成就。

不可否認(rèn)，新奧法也存在不少缺點，不過經(jīng)過工程技術(shù)人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在我國的現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程中發(fā)揮更加重要的作用。

新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱, 在我國常把新奧法稱為“錨噴構(gòu)筑法”。 采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗，工程質(zhì)量也可以得到較好的保證。使用此方法進(jìn)行施工時，對于巖石地層，可采用分部或全斷面一次開挖，錨噴支護(hù)和錨噴支護(hù)復(fù)合襯砌，必要時可做二次襯砌；對于土質(zhì)地層，一般需對地層進(jìn)行加固后再開挖支護(hù)、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工。新奧法廣泛應(yīng)用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程。 當(dāng)前,世界范圍內(nèi)應(yīng)用新奧法設(shè)計與施工城市地鐵工程取得了相當(dāng)大的發(fā)展。如智利的圣地亞哥新地鐵線采用新奧法施工地鐵車站,車站位于城市道路下7～9m, 開挖面積230m2,相當(dāng)于17m(寬)×14m(高);我國自1987 年在北京地鐵首次采用新奧法施工復(fù)興門車站及折返線工程,車站跨度達(dá)26m。針對我國城市地下工程的特點和地質(zhì)條件, 新奧法經(jīng)過多年的完善與發(fā)展,又開發(fā)了“淺埋暗挖法”這一新方法,與明挖法、盾構(gòu)法相比較,由于它可以避免明挖法對地表的干擾性,而又較盾構(gòu)法具有對地層較強的適應(yīng)性和高度靈活性,因此目前廣泛應(yīng)用于城市地鐵區(qū)間隧道、車站、地下過街道、地下停車場等工程,如根據(jù)新奧法的基本原理,采用“群洞”方案修建的廣州地鐵二號線越秀公園站及南京地鐵一期工程南京火車站站,斷面復(fù)雜多變的折返線工程、聯(lián)絡(luò)線工程也多采用新奧法。 在我國利用新奧法原理修建地鐵已成為一種主要施工方法，尤其在施工場地受限制、地層條件復(fù)雜多變、地下工程結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜等情況下用新奧法施工尤為重要。

新奧法是1948年奧地利巖土力學(xué)家L.V.拉布采維茲提出的，1962年在薩爾茨堡召開的第八屆國際土力學(xué)會議上正式通過。1964年11月，拉布采維茲發(fā)表第一篇關(guān)于新奧法的論文，但它的理論和實踐總結(jié)還停留在不系統(tǒng)和片斷資料狀態(tài)，直到1975年才提出“新奧法”的綜合介紹。當(dāng)時這個命名還沒有成為國際上通用的學(xué)術(shù)用語。如1978年11月在由法國隧洞技術(shù)協(xié)會召開的加固隧洞會議上稱為“收斂約束法”1979年在美國亞特蘭大召開的隧洞快速掘進(jìn)會議上稱為“歐洲隧洞掘進(jìn)法”。直至20世紀(jì)80年代，新奧法的名稱在國際上才逐漸統(tǒng)一，并在各國地下工程設(shè)計施工中得到迅速發(fā)展 。2100433B

新奧地利隧洞施工法，簡稱新奧法（NATM），是奧地利學(xué)者L.V.拉布采維茨等人于50年代初期創(chuàng)建，并于1963年正式命名的，涉及隧洞設(shè)計、施工以及管理等方面一整套的工程技術(shù)方法。掌握最佳支護(hù)(見隧洞開挖)時機，在隧洞開挖后巖體松弛前，讓圍巖產(chǎn)生一定量變形，但又不至發(fā)展到有害程度之時，就用噴混凝土等措施加以支護(hù)，使圍巖形成一層環(huán)形柔性薄壁支護(hù)結(jié)構(gòu)，如遇過大的圍巖壓力。則增加錨桿加固，使圍巖與支護(hù)緊密結(jié)合，構(gòu)成一個整體的承載環(huán)。新奧法雖然還沒有完整嚴(yán)密的理論敘述，但其主要內(nèi)容是：

①理論建立在巖石力學(xué)基礎(chǔ)上，并考慮了圍巖在隧洞開挖時的空間和時間效應(yīng)。

②在設(shè)計上把支護(hù)與圍巖作為整體看待，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，并以圍巖起主導(dǎo)作用作為選擇支護(hù)型式的依據(jù)。

③在施工中盡量保持圍巖原有強度 。

新奧地利施工方法簡稱新奧法，它是指以既有隧道工程經(jīng)驗和巖體力學(xué)的理論基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝上組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法。之后這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展，成為在軟弱破碎圍巖地段修建隧道的一種基本方法，技術(shù)經(jīng)濟效益十分明顯。

充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用以錨桿和噴射混凝土為主要支護(hù)手段，及時對圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控、測量來指導(dǎo)地下工程的設(shè)計與施工。施工方式歸根結(jié)底要把握一個出發(fā)點，那就是保護(hù)，調(diào)動和發(fā)揮圍巖的自承能力，在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程實際條件靈活地選擇施工及輔助手段。2100433B