新奧地利隧道施工方法施工

1 新奧法施工特點(diǎn)：

1.1及時(shí)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(kāi)挖作業(yè)面施工，因此可以利用開(kāi)挖施工面的時(shí)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(dòng)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(qiáng)和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時(shí)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(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。

1.2封閉性

由于噴錨支護(hù)能及時(shí)施工，而且是全面密粘的支護(hù)，因此能及時(shí)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(qiáng)度。

巷道開(kāi)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(shí)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(qiáng)度。（提高圍巖的粘聚力C和內(nèi)摩擦角）。同時(shí)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(kāi)，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(kāi)巷后如能及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)，噴錨支護(hù)的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個(gè)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(gè)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(shí)與圍巖形成了一個(gè)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(diǎn)。

③增加作用。開(kāi)巷后及時(shí)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(píng)引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過(guò)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(qiáng)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(duì)圍巖產(chǎn)生越來(lái)越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破壞。

2新奧法理論要點(diǎn)及施工要點(diǎn)：

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(dòng)圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)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(lái)承受壓力，并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定，而不致松動(dòng)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(shí)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(dòng)，并采用光面爆破、微差爆破等措施。減少對(duì)圍巖的震動(dòng)，以保全其整體性。同時(shí)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(lái)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(kāi)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(kāi)巷后及時(shí)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(dòng)影響控制在最小范圍內(nèi)，并加固圍巖，提高圍筵強(qiáng)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(qiáng)度。同時(shí)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(guò)大，從而導(dǎo)致圍巖強(qiáng)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(lái)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(guò)程中量測(cè)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(duì)工程設(shè)計(jì)參數(shù)的精確要求，得要通過(guò)許多量測(cè)手段，在施工過(guò)程中對(duì)圍巖動(dòng)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(cè)。并用監(jiān)測(cè)結(jié)果修改初步設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。

量測(cè)的結(jié)果可以作為施工現(xiàn)場(chǎng)分析參數(shù)和修改設(shè)計(jì)的依據(jù)，因而能夠預(yù)見(jiàn)事故和險(xiǎn)情，以便及時(shí)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(gè)力學(xué)體系；巷道的開(kāi)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(guò)大的壓力。

施工順序可以概括為：開(kāi)挖→一次支護(hù)→二次支護(hù)。

3.1開(kāi)挖

開(kāi)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(kāi)挖作業(yè)與一次支護(hù)作業(yè)同時(shí)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(kāi)挖應(yīng)采用灌面爆破（控制爆破）或機(jī)械開(kāi)挖，并盡量采用全斷面開(kāi)挖，地質(zhì)條件較差時(shí)可以采用分塊多次開(kāi)挖。一次開(kāi)挖長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)巖質(zhì)條件和開(kāi)挖方式確定。巖質(zhì)條件好時(shí)，長(zhǎng)度可大一些，巖質(zhì)條件差時(shí)長(zhǎng)度可小一些，在同等巖質(zhì)條件下，分塊多次開(kāi)挖長(zhǎng)度可大一些，全斷面開(kāi)挖長(zhǎng)度就要小一些。一般在中硬巖中長(zhǎng)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(kāi)挖后，應(yīng)盡快地噴一層薄層混凝土（3-5mm），為爭(zhēng)取時(shí)間在較松散的圍巖掘進(jìn)中第一次支護(hù)作業(yè)是在開(kāi)挖的渣堆上進(jìn)行的，待把未被渣堆覆蓋的開(kāi)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(shí)支護(hù)作用，同時(shí)又是永久支護(hù)的一部分。復(fù)噴后應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(shí)間非常重要，一般情況應(yīng)在開(kāi)挖后圍巖自穩(wěn)時(shí)間的二分之一時(shí)間內(nèi)完成。目前的施工經(jīng)驗(yàn)是松散圍巖應(yīng)在爆破后三小時(shí)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(kāi)挖巷道，為了延長(zhǎng)圍巖的自穩(wěn)時(shí)間，為了給一次支護(hù)爭(zhēng)取時(shí)間，安全的作業(yè)，需要在開(kāi)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(kāi)挖。

在安裝錨桿的同時(shí)，在圍巖和支護(hù)中埋設(shè)儀器或測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行圍巖位移和應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量：依據(jù)測(cè)量得到的信息來(lái)了解圍巖的動(dòng)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(shí)，進(jìn)行第二次支護(hù)和封底，即永久性的支護(hù)（或是補(bǔ)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(gè)支護(hù)承載能力增強(qiáng)的作用，而此支護(hù)時(shí)機(jī)可以由監(jiān)測(cè)結(jié)果得到。

對(duì)于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴(yán)重，必然牽動(dòng)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(zhǎng)自穩(wěn)時(shí)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(qiáng)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(jiān)硬粘土，也有帶堅(jiān)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(chǎng)條件下，堅(jiān)硬的和可變堅(jiān)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(qiáng)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(dòng)性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合；

在下列場(chǎng)合中應(yīng)用應(yīng)慎重

①大量涌水的巖體；

②由于涌水會(huì)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(kāi)挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。

5 新奧法的缺點(diǎn)主要有：

①實(shí)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(cè)人員都十分熟練，沒(méi)有這一點(diǎn)就易于發(fā)生錯(cuò)誤；作業(yè)質(zhì)量都與每一個(gè)人的仔細(xì)操作有關(guān)。

②開(kāi)挖暴露出的地質(zhì)會(huì)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(chǎng)，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；

③用能控制的施工量測(cè)，往往給施工帶來(lái)不便；

④干噴射帶來(lái)的灰塵以及由于易|考試大|受化學(xué)藥品的損害必須加強(qiáng)防護(hù)，尤其是對(duì)眼睛的防護(hù)，濕噴雖然可以避免此缺點(diǎn)，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(shí)際經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的，又在不斷實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(guó)推廣以來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，通過(guò)科研、設(shè)計(jì)、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(diǎn)，不過(guò)經(jīng)過(guò)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(guó)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(jiǎn)稱(chēng), 在我國(guó)常把新奧法稱(chēng)為“錨噴構(gòu)筑法”。 采用該方法修建地下隧道時(shí)，對(duì)地面干擾小，工程投資也相對(duì)較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，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(shí)，對(duì)于巖石地層，可采用分部或全斷面一次開(kāi)挖，錨噴支護(hù)和錨噴支護(hù)復(fù)合襯砌，必要時(shí)可做二次襯砌；對(duì)于土質(zhì)地層，一般需對(duì)地層進(jìn)行加固后再開(kāi)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(kù)、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(jì)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(chē)站,車(chē)站位于城市道路下7～9m, 開(kāi)挖面積230m2,相當(dāng)于17m(寬)×14m(高);我國(guó)自1987 年在北京地鐵首次采用新奧法施工復(fù)興門(mén)車(chē)站及折返線工程,車(chē)站跨度達(dá)26m。針對(duì)我國(guó)城市地下工程的特點(diǎn)和地質(zhì)條件, 新奧法經(jīng)過(guò)多年的完善與發(fā)展,又開(kāi)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(duì)地表的干擾性,而又較盾構(gòu)法具有對(duì)地層較強(qiáng)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(chē)站、地下過(guò)街道、地下停車(chē)場(chǎng)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(hào)線越秀公園站及南京地鐵一期工程南京火車(chē)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(guó)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(chǎng)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(kāi)的第八屆國(guó)際土力學(xué)會(huì)議上正式通過(guò)。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(shí)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(shí)這個(gè)命名還沒(méi)有成為國(guó)際上通用的學(xué)術(shù)用語(yǔ)。如1978年11月在由法國(guó)隧洞技術(shù)協(xié)會(huì)召開(kāi)的加固隧洞會(huì)議上稱(chēng)為“收斂約束法”1979年在美國(guó)亞特蘭大召開(kāi)的隧洞快速掘進(jìn)會(huì)議上稱(chēng)為“歐洲隧洞掘進(jìn)法”。直至20世紀(jì)80年代，新奧法的名稱(chēng)在國(guó)際上才逐漸統(tǒng)一，并在各國(guó)地下工程設(shè)計(jì)施工中得到迅速發(fā)展 。2100433B

新奧地利隧洞施工法，簡(jiǎn)稱(chēng)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(jì)、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(jiàn)隧洞開(kāi)挖)時(shí)機(jī)，在隧洞開(kāi)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(shí)，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(guò)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(gè)整體的承載環(huán)。新奧法雖然還沒(méi)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(kāi)挖時(shí)的空間和時(shí)間效應(yīng)。

②在設(shè)計(jì)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(qiáng)度 。

新奧地利施工方法簡(jiǎn)稱(chēng)新奧法，它是指以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)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(gè)方法在西歐、北歐、美國(guó)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(jì)效益十分明顯。

充分利用圍巖的自承能力和開(kāi)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(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過(guò)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控、測(cè)量來(lái)指導(dǎo)地下工程的設(shè)計(jì)與施工。施工方式歸根結(jié)底要把握一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，那就是保護(hù)，調(diào)動(dòng)和發(fā)揮圍巖的自承能力，在此基礎(chǔ)上根據(jù)工程實(shí)際條件靈活地選擇施工及輔助手段。2100433B