隧道施工方法之新奥法.doc

新奥法施工原理及特点 新奥法是在运用围岩自身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并了以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作由于蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分派，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的重要是围岩体自身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌重要是起安全储备和装饰美化作用新奥法的合用性很广，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功但在下列情况下，一般都应采用适当的辅助措施才干施工：①涌水量大的地层；②因涌水产生流沙现象的地层；③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合；④开挖面不能自稳的围岩新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为重要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护可以形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩又一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力 新奥法合用范围：具有较长自稳时间的中档岩体； ② 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； ③ 强风化的岩石； ④ 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩； ⑤ 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土； ⑥ 微裂隙的，但很少粘土的岩体； ⑦ 在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石； 在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合 ① 有强烈地压显现的岩体； ② 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）； ③ 在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合； ④ 在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合； 在下列场合中应用应慎重 ① 大量涌水的岩体； ② 由于涌水会产生流砂现象的围岩； ③ 极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体； ④ 开挖面完全不能自稳的岩体等。

新奥法的缺陷： ① 实行不仅规定有良好的施工组织和管理，也规定技术人员和量测人员都十分纯熟，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关② 开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此规定施工地质人员要亲临现场，以便发现问题；③ 用能控制的施工量测，往往给施工带来不便；④ 干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的损害必须加强防护，特别是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺陷，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体重要原则：（1）充足保护围岩，减少对围岩的扰动2）充足发挥围岩的自承能力3）尽快使支护结构闭合4）加强监测，根据监测数据指导施工可扼要地概括为“短进尺、弱爆破、紧封闭、早喷锚、勤测量”由于隧洞的重要承载部分是围岩，支护结构起到发挥和保护围岩承载能力的作用在静力学理论中，隧道的结构可视为岩体承载环和支护衬砌组成的圆筒结构，承载环的闭合起到了关键作用，因此围岩和衬砌的整体化应在初期衬砌中就及早完毕，保证衬砌环的稳定与完整从应力重的分布来考虑.全断面掘进是比较抱负的开挖方式因此，施工方式归根结底要把握一个出发点，那就是保护，调动和发挥围岩的自承能力，在此基础上根据工程实际条件灵活地选择施工及辅助手段。

新奥法基本要点：①洞室开挖后，应使围岩自身承担重要的支护作用，而衬砌只是对围岩进行加固，使成为一个整体而共同发生作用因此，须最大限度地保持围岩的固有强度，以发挥围岩的自承能力如及时喷混凝土封闭岩壁，就能有效地防止围岩松弛，而不使其强度大幅度减少，同时也不存在因顶替支撑而使围岩变形松弛总之应使围岩经常处在三轴应力约束状态，最为抱负②预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，并且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利其刚度不能太大或太小，又必须是能与围岩密贴，而要做成薄层柔性，允许有一定变形，以使围岩释放应力时起卸载作用，尽量不使其有弯矩破坏的也许这种支护和传统的支护不同，不是因受弯矩而是受压剪作用破坏的由于混凝土的抗压和抗剪强度比抗拉和抗弯强度大得多，从而具有更高的承载能力一次支护的位移收敛后，可在其光滑的表面上敷设高质量的防水层，并修筑为提高安全度的二次支护前后两次支护与围岩之间都只有径向力作用③衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度，而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道全长范围采用大体相同的开挖断面此外，由于新奥法不在坑道内架设杆件支撑，空间宽敞，从而提高了安全性和作业效率④为对的掌握和评价围岩与支护的时间特性，可在进行室内实验的同时，在现场进行量测。

量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位，据以拟定围岩的稳定期间、变形速度和围岩分类等最重要的参数，以便适应地质情况的变化，及时变更设计和施工量测监控是新奥法的基本特性，量测的重点是围岩和支护的力学特性随时间的变化动态衬砌的做法和施作时间是依据围岩变位量测决定的⑤隧道支护在力学上可看作厚壁圆筒它是由围岩支承环和衬砌环组成的结构，且两者存在共同作用圆筒只有在闭合后才干在力学上起圆筒作用，所以除在坚硬岩层之外，敷设仰拱使衬砌闭合是特别重要的围岩的动态重要取决于衬砌环的闭合时间当上半断面超前掘进过多时,就相应地推迟了它的闭合时间,在隧道纵方向形成悬臂梁的状态而产生大弯曲的不良影响此外，为防止引起围岩破坏的应力集中，断面应做到无角隅，最佳采用圆形断面⑥围岩的时间因素还受开挖和衬砌等施工方法的影响，它对结构的安全性起着决定的作用考虑掘进循环周期、衬砌中仰拱的闭合时间、拱部导坑的长度以及衬砌强度等变化因素，把围岩和支护作为一个整体来谋求稳定从应力重分布角度去考虑，全断面一次开挖是最有利的；分部开挖会使应力反复分布而导致围岩受损⑦岩层内的渗透水压力，必须采用排水措施来减少新奥法的支护结构至今仍处在经验设计的阶段，它的前提是要科学地进行围岩分类，并根据已经修建的类似工程的经验，提出支护设计参数或标准设计模式。

这种工程类比法还只考虑了岩体结构、岩块单轴抗压强度、弱面特性等工程地质性质、坑道的跨度以及围岩自稳时间等重要因素，需在各种设计与施工规程的实行过程中，依据量测数据加以修正现场监控设计，一般提成预先设计阶段和最后设计阶段，后者是根据现场监控量测数据，经分析比较或计算后，最后提出设计理论解析和有限元数值计算，至今还不能得出充足可靠和满意的结果，必须由上述两种方法即经验和量测加以验证施工量测：新奥法的施工作业必须根据事前的调查决定下列4个问题：①开挖方法；②支护布置及进行支护的最适宜时机；③是否设立仰拱及设立的时间和方法；④是否采用辅助施工方法及其种类等用新奥法施工的绝大多数工程均采用各种台阶法进行开挖，另一方面是采用全断面法新奥法规定保证光面爆破的质量，避免凹凸不平而引起应力集中和减少超挖，从而节约为填平表面所需的大量混凝土新奥法的量测十分重要在制定现场量测计划时，要根据隧道及地下工程的规模、地质资料、各量测项目的作用，并考虑工点所需解决的问题和量测计划的经济效益，选择合理的量测项目和方法同时还必须考虑采用切实可靠的手段和仪表，保证量测工作准确安全，并尽也许不妨碍施工在应力应变、接触应力、位移等三大类量测项目中，新奥法应以位移的量测为主。

通常是用收敛计量测收敛变形，用伸长计量测围岩在不同半径处的变形和获得围岩动态的范围，用水平仪量测围岩表面垂直位移和地面沉陷此外，还可用量测锚杆测得锚杆的轴向应力，用压力盒测定接触应力，用应变计测定支撑和衬砌应力等。