新奧法施工技術(shù)文獻資料總結(jié)

1、新奧法施工技術(shù)文獻綜述隨著隧道工程設(shè)計理論和施工工藝的不斷發(fā)展, 特別是巖體力學(xué)的興起, 在20世紀 50 年代產(chǎn)生了新奧法, 它對隧道設(shè)計理論和施工工藝提出了新概念。奧地利學(xué)者臘布塞維奇于 1934 年提出了在隧道中應(yīng)用噴漿技術(shù), 并于 1942 年 1945 年在奧地利的勞普隧道開始使用噴射混凝土技術(shù)。二戰(zhàn)后, 混凝土噴射機及速混凝劑的出現(xiàn),使噴射混凝土技術(shù)有了很大發(fā)展, 以后又出現(xiàn)了錨桿。臘氏以錨噴支護的實踐和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)提出了新奧法,并于 1954年 1955 年首次應(yīng)用于奧地利的普魯茨依姆斯特電站的壓力輸水隧洞工程中, 于 60 年代取得專利權(quán)并正式命名,被介紹到我國, 并得

2、到迅速發(fā)展。事實證明,在鐵路隧道設(shè)計施工中采用新奧法,可節(jié)省大量木材, 改善施工條件, 也為大型施工機械化作業(yè)提供了條件。新奧法是在利用圍巖本身所具有的承載效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技術(shù)，進行全斷面開挖施工，并以形成復(fù)合式內(nèi)外兩層襯砌來修建隧道的洞身，即以噴混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼支撐等為外層支護形式，稱為初次柔性支護，系在洞身開挖之后必須立即進行的支護工作。因為蘊藏在山體中的地應(yīng)力由于開挖成洞而產(chǎn)生再分配，隧道空間靠空洞效應(yīng)而得以保持穩(wěn)定，也就是說，承載地應(yīng)力的主要是圍巖體本身，而采用初次噴錨柔性支護的作用，是使圍巖體自身的承載能力得到最大限度的發(fā)揮，第二次襯砌主要是起安全儲備和和

3、裝飾美化作用。1934年，新奧法主要創(chuàng)始人 L.V. 拉布采維茨在就試圖將噴漿方法用于地下工程。他在19421945年建造的洛伊布爾隧道中采用了雙層薄襯砌，即先噴一層混凝土，待變形收斂后再噴一層。1944年，他發(fā)表了有關(guān)噴混凝土的論文，并指出了圍巖動態(tài)隨時間變化的重要性。1948年，又指出了量測工作的重要性。又無公害的新噴敷方法新奧法。19481953年噴混凝土在奧地利首次用于卡普倫水力發(fā)電站的默爾隧洞。最早在歐洲推廣使用錨桿的是19511953年建造的伊澤爾-阿爾克電站的有壓輸水隧洞。19531955年修建普魯茨-伊姆斯特電站的有壓輸水隧洞時，按照拉布采維茨的建議，充分采用錨桿而獲得成功。1

4、9571965年是著手發(fā)展新奧法的時期。拉布采維茨于1963年將這一方法正式命名為新奧地利隧道施工法。19641969年又提出了在巖石壓力下隧道穩(wěn)定性的理論分析，強調(diào)采用薄層支護，并及時修筑仰拱以閉合襯砌的重要性。根據(jù)實驗證實，襯砌應(yīng)按剪切破壞進行設(shè)計計算。奧地利的馬森貝格道路隧道由于地質(zhì)不良，用比國法失敗后，改用新奧法使閉合隧道襯砌環(huán)的經(jīng)驗取得成功，并在1971年及1974年分別用于地壓很大的陶恩隧道和阿爾貝格隧道。新奧法支護機理其基本觀點是根據(jù)巖體力學(xué)理論，著眼于洞室開挖后形成塑性區(qū)的二次應(yīng)力重分布，而不拘泥于傳統(tǒng)的荷載觀念。所以它主要不是建立在對于坍落拱的“支撐概念”上，而是建立在對圍巖

5、的“加固概念”基礎(chǔ)上。在合理的臨界限度內(nèi)，它所需要的表面支護抗力Pi是與圍巖塑性區(qū)半徑R、洞室周邊位移ur、以及圍巖的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)成反比，而支護能提供的抗力則與其剛度成正比。新奧法的原理 新奧法是一個具體應(yīng)用巖體動態(tài)性質(zhì)的完整的力學(xué)概念(或者說是一種隧道工程概念) , 是按科學(xué)制定的并已為實踐所證明的原則和思想去修筑隧道。其主要意圖是充分調(diào)動巖體自身的承載能力, 使隧道施工更安全,更經(jīng)濟, 科學(xué)性過去的隧道修筑方法高, 因而不能單純地將它看成是一種施工方法或支護方法, 也不能片面理解, 將僅用錨噴支護或運用新奧法部分原理施工隧道, 就認為是采用新奧法修建。事實上錨噴支護并不能完全表達

6、新奧法的含義, 新奧法的內(nèi)容及范圍是相當(dāng)廣泛、 深入的。因此, 新奧法應(yīng)遵循一系列原則。關(guān)于新奧法原理, 有的列了 22 條, 有的歸納了7 條, 還有的歸納了5 條。 但其基本精神1 條, 運用各種手段(開挖方法、 支護、 測量及地層預(yù)處理等)控制圍巖, 最大限度地保護和調(diào)動圍巖的自身能力。 為了便于理解, 我認為以MULL ER 所列的 22 條基本原理為基礎(chǔ)進行歸納整理, 介紹如下:隧道是襯砌混凝土和圍巖的整體化結(jié)構(gòu)物, 從根本上講, 起到隧道支護作用的是圍巖。(2)開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破, 并盡量采用大斷面或較大的斷面開挖, 以減少對圍巖的擾動, 保證圍巖起到支護作用,在開挖

7、時必須不破壞圍巖的原有強度, 極力防止圍巖松弛。盡可能避免圍巖處于單軸或二軸應(yīng)力狀態(tài)。(3)隧道開挖后, 盡量利用圍巖的自身能力, 充分發(fā)揮圍巖自身的支護作用。 采用噴射混凝土及時封閉開挖表面, 能有效地防止圍巖松動。(4)根據(jù)圍巖的特征采取不同的支護類型和參數(shù), 及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護, 以控制圍巖的變形和松馳。防止得越好, 安全性和經(jīng)濟性就越高。(5)襯砌要在恰當(dāng)?shù)臅r候進行, 控制時間, 太早或太遲都不行。支護的剛度要適宜,太硬不行, 太柔軟也不行, 同時必須使用能發(fā)揮圍巖強度的支護形式。(6)在軟弱破碎圍巖地段, 使斷面及早閉合, 以有效地發(fā)揮支護體系的作用,

8、保證隧道的穩(wěn)定。(7)為了把握襯砌時機, 要正確了解圍巖的時間因素, 在事先進行室內(nèi)試驗的同時, 在隧道內(nèi)進行變位測定, 掌握各類圍巖的穩(wěn)定時間和變形速度。 因此, 進行變位和變形量測是新奧法必不可少的工序。(8)預(yù)計圍巖有大的變形和松馳情況時,全部開挖表面要做防護, 以約束圍巖, 最合適的辦法是噴混凝土。(9)襯砌必須是薄層的, 這是為了減少彎矩, 使因彎矩產(chǎn)生的破壞減到最小。 不僅一次襯砌要薄, 二次襯砌同樣也要薄, 對于襯砌需要加強的地方, 不采用加厚襯砌的辦法, 而是用鋼筋網(wǎng)、 鋼支護或錨桿來加強。(10)隧道是一個厚壁圓筒, 即由圍巖支承環(huán)和支護(襯砌)組成的結(jié)構(gòu), 所以必定是存在圍

9、巖和支護的相互作用, 也就是說襯砌和圍巖是相互支持的結(jié)構(gòu)。(11)圓筒只有在沒有封口時能起力學(xué)上的 “圓筒作用” , 所以, 襯砌閉合成環(huán)是特別重要的, 底板自身不能起閉合環(huán)作用。因此, 除了圍巖特別堅硬認為沒有必要設(shè)閉合環(huán)的情況之外, 都應(yīng)該設(shè)仰拱。圍巖的動態(tài)主要取決于襯砌閉合時間, 因此, 采用臺階開挖時, 上下兩部開挖距離不宜太大, 掘進的速度要相適應(yīng)。(13)隧道從應(yīng)力重分布的角度考慮, 采用全斷面開挖非常有利, 若用分布開挖, 則會使巖層的應(yīng)力反復(fù)重新分布, 圍巖因之受到破壞。(14)盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順, 避免棱角突變處應(yīng)力集中。(15)二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基

10、本穩(wěn)定的條件下修筑的, 圍巖和支護結(jié)構(gòu)形成一個整體, 因而提高了支護體系的安全度, 并不增加襯砌厚度。在有涌水時,要考慮整個襯砌的穩(wěn)定和錨桿防腐問題。(16)通過施工中對圍巖和支護的動態(tài)觀察、 量測, 合理安排施工程序, 進行設(shè)計變更及日常的施工管理, 測定襯砌的內(nèi)應(yīng)力或圍巖與襯砌接觸部位的應(yīng)力以及前述的位移、變形, 有助于更正確的設(shè)計和施工。過去的巖體隧道工程,多以厚壁混凝土襯砌支護圍巖 ,把圍巖視為被支承的荷載。即圍巖壓力根據(jù)巖體力學(xué)的各種理論 如普氏理論等算出,作為荷載加在結(jié)構(gòu)上 ,然后按一般的力學(xué)方法計算內(nèi)力,其破壞形式一般為彎曲破壞,多采用甲厚壁混凝土或鋼筋混凝土襯砌。 剪切破壞理論

11、-LV rabcewicz提出，他認為圍巖穩(wěn)定性的喪失主要發(fā)生在洞室主動巖壓方 向的兩側(cè),并形成一個楔形的剪切滑移面。巖體剪切破壞的過程由于毛洞掘進巖 體處于破壞進行狀態(tài)如圖一由于楔形巖塊支承力的降低 ,首先兩側(cè)壁的楔形巖塊 由于剪切破壞而斷開，頂板和底板跨度擴大如梁一樣的上下盤向毛們彎曲如圖，由于這個移動的增加,最后形成 在頂板和底板塌落。此種破壞在巖體模型試驗中 已觀察到了。 剪切破壞的滑移條件巖體剪切破壞的滑移條件用莫爾圓可以說明。楔形剪切滑移面的參數(shù)，按剪切破壞理論 ,破壞時形成楔形剪切滑移面。假定剪切角為定值,參照下圖新奧法施工特點： 1.1及時性新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，可

12、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)，以限制支護前的變形發(fā)展，阻止圍巖進入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結(jié)性因而保證了支護的及時性和有效性。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)的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。1.2封閉性由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，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

13、支護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： 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。開巷后如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結(jié)力和抗剪強度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別威巖活石滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性。復(fù)和作用，即圍巖與支

14、護構(gòu)成一個復(fù)合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護可以提高圍巖的穩(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。增加作用。開巷后及時繼進行噴錨支護，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柔性噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護具有一定柔性，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

15、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。新奧法理論要點及施工要點：新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別：傳統(tǒng)方法認為巷道圍巖是一種荷載，應(yīng)用厚壁混凝土加以支護松動圍巖。而新奧法認為圍巖是一種承載機構(gòu)，構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護結(jié)構(gòu)（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護結(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，以減少巷道周邊圍巖應(yīng)力的擾動，并采用光

16、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圍巖，使噴射層與圍巖緊密結(jié)合，形成圍巖-支護系統(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.保護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；給支護留變形余量；開巷后及時做好支護、封閉圍巖等，都是為保護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。使其與人工支護結(jié)構(gòu)共同承受巷道壓

17、力。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，更進一步減輕支護荷載。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)和支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進行監(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

18、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；巷道的開挖和支護都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。新奧法的特點是把傳統(tǒng)的施工方法所使用的鋼、 木、 支撐和厚的混凝土襯砌等主要支護材料改為以錨桿和噴射混凝土為主要支護材料(一次襯砌) , 然后根據(jù)安全性要求襯砌混凝土(二次襯砌) , 為了最大限度地利用圍巖的自穩(wěn)能力, 襯砌采用薄壁柔性結(jié)構(gòu)。因此, 它在以下幾個方面優(yōu)越:施工方面(1)由于是通過量測定期檢查圍巖的動態(tài), 所以可以防止塌落事

19、故的發(fā)生。(2)一般掘進可按全斷面或臺階法進行,不需要復(fù)雜的擴挖, 這樣, 便可使用大型施工機械, 同時, 由于工作面集中, 使得作業(yè)相互干擾得以減少。(3)不使用護頂木插板, 減少了洞內(nèi)發(fā)生火災(zāi)機會, 不使用沉重的H 型鋼支護, 也不用花時間去插打護木板。從而減少了作業(yè)人員的勞動強度。 由于作業(yè)單純, 增加了施工機械化的可能性。(4)錨噴支護的效果要比用拱架加背柴的支護效果好, 因為后者僅僅是 “點” 支護, 錨噴支護則為 “面” 支護, 故增大了安全度。(5)與盾構(gòu)法、 掘進機法相比, 新奧法對地質(zhì)變化的適應(yīng)能力要高得多。(6)二次襯砌一般可采用先墻后拱法施工。(7)防水施工比較容易。結(jié)構(gòu)

20、的耐久方面(1)由于襯砌與圍巖成為一體, 其間沒有空隙, 故能防止因漏水和冰凌等引起的危害。(2)由于襯砌及時封閉成環(huán), 故能防止圍巖擠壓引起的襯砌和基床變形。經(jīng)濟方面單從造價來看, 目前新奧法要比礦山法高, 但就新奧法推廣以來自己與自己比較, 其造價在逐漸下降, 這表明, 隨著技術(shù)的熟練和設(shè)備改善, 新奧法的成本是能夠降下來的, 必將取得合理的經(jīng)濟效果。如果從結(jié)構(gòu)的耐久性和運營后的維修保養(yǎng)費用來看, 特別是以對節(jié)省我國緊缺的木材情況來看, 采用新奧法確實有利。對于任何一種施工方法 都不會也不可能是萬能的, 新奧法也不例外, 它也有一定的適用范圍。 如前所述, 新奧法是通過現(xiàn)場的量測管理, 積

21、極有效地利用圍巖和自穩(wěn)能力建造隧道的一種方法, 就是說, 采用新奧法的先決條件是圍巖具有一定的自穩(wěn)能力。 因此, 遇到以下情況應(yīng)用新奧法是有困難的:(1)漏水量大的石灰?guī)r溶地段, 粘土層和斷層破碎帶;(2)噴混凝土無效的含卵石的粘土層;(3)錨桿不能打入的巖層;(4)不能自穩(wěn)的砂、 砂礫層等。這就要求在隧道施工前要進行地質(zhì)檢查, 做好應(yīng)急準備, 在施工中要做好地質(zhì)超前探, 根據(jù)預(yù)測結(jié)果及時調(diào)整施工方法, 必要時采取地層預(yù)注漿、 管棚超前支護等輔助措施。新奧法的主要支護手段與施工順序：新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍巖緊密粘結(jié)的可縮性支護結(jié)

22、構(gòu)，允許圍巖又一定的協(xié)調(diào)變形，而不使支護結(jié)構(gòu)承受過大的壓力。施工順序可以概括為：開挖一次支護二次支護。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)與一次支護作業(yè)同時交叉進行，為保護圍巖的自身支撐能力，第一次支護工作應(yīng)盡快進行。為了沖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

23、約為0.8-1.0米。2第一次支護作業(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中第一次支護作業(yè)是在開挖的渣堆上進行的，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，起臨時支護作用，同時又是永久支護的一部分。復(fù)噴后應(yīng)達到設(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

24、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，為了給一次支護爭取時間，安全的作業(yè)，需要在開挖工作面的前方圍巖進行超前支護（預(yù)支護），然后再開挖。在安裝錨桿的同時，在圍巖和支護中埋設(shè)儀器或測點，進行圍巖位移和應(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)，以及支護抗力與圍巖的相適應(yīng)程度。一次支護后，在圍巖變形趨于穩(wěn)定時，進行第二次支護和封底，即永久性的支護（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承載能力增強的作用，而此支護時機可以由監(jiān)測結(jié)果得到。對于底板不穩(wěn)，底鼓變形嚴重，必然牽

25、動側(cè)墻及頂部支護不穩(wěn)，所以應(yīng)盡快封底，形成封閉式的支護，以謀求圍巖的穩(wěn)定。新奧法實施中存在的問題及解決情況開挖減少超挖, 保持開挖壁面光滑, 對新奧法來說是至關(guān)重要的。由于超挖, 使鋼支撐和圍巖之間的空隙加大, 用噴混凝土來填補這樣的空隙是有困難的, 兩者不相密貼, 鋼支撐的支護作用便談不上了。超挖和壁面不平順, 會導(dǎo)致噴混凝土層厚度不勻, 使襯砌環(huán)剛?cè)岵痪? 在剛性大處則會出現(xiàn)應(yīng)力集中, 從力學(xué)上看這是不利的。 超挖使二次襯砌厚度加大, 嚴重的壁面不平給防水施工帶來困難。所以, 采用新奧法施工時光面爆破是必不可少的。對此, 各施工單位做了不少工作,在提高鉆炮孔的準確度, 選用合理的爆破參數(shù)等

26、方面取得了可喜的成果, 但鉆孔機械設(shè)備上的問題尚待解決。噴射混凝土的粉塵和回彈噴射混凝土的粉塵和回彈問題是兩個最突出的問題, 洞內(nèi)施工人員深受其苦, 又造成了極大的浪費。 要解決的是粉塵和回彈問題,國內(nèi)外有關(guān)部門和工程技術(shù)人員做了很大努力, 所做的主要工作有:1.改進現(xiàn)行的干噴機具和工藝對干噴機具的改進, 主要是解決密封和集塵問題, 防止粉塵擴散。 如長沙礦山研究院研制的C26 型噴混凝土機組, 采用氣動吸氣原理上料和換料, 使噴射機在密封環(huán)境下工作。2.在集料中摻入化學(xué)劑 國內(nèi)被認為有效的化學(xué)劑有A 210 型增粘劑和S IC 型混凝土粘稠劑。國外經(jīng)常使用的是硅粉。 3.改干噴為濕噴 目前,

27、 美國、 日本等國家研制出濕噴機,我國自70 年代起開始研制濕噴機。濕噴工藝的技術(shù)關(guān)鍵是選用合適的速凝劑, 原則是既要保證速凝, 又不能使后期強度降低。 錨桿 現(xiàn)在存在的問題是錨桿的質(zhì)量問題, 據(jù)統(tǒng)計, 在很多情況下錨桿失效都是由質(zhì)量引起。為此, 應(yīng)做如下改進:(1)改進原有的錨桿品種;(2)研制用于不同巖層, 不同條件的新型錨桿;(3)完善檢查錨桿安裝質(zhì)量和檢驗標準。 量測 新奧法施工量測工作很重要, 安全性和經(jīng)濟性是通過把定期量測結(jié)果及時反饋到下一階段的設(shè)計和施工中來實現(xiàn), 如何快速、 準確地進行現(xiàn)場量測和數(shù)據(jù)處理, 已成為運用新奧法的關(guān)鍵。為了解決這一問題, 一些國家進行了研究工作, 研

28、究出新奧法數(shù)據(jù)處理系統(tǒng), 該系統(tǒng)能以人機對話的形式在個人計算機上完成量測, 預(yù)報和數(shù)據(jù)處理等一系列工作, 便于現(xiàn)場使用。 施工機械配套問題 一些專家認為, 在我國推廣新奧法的過程中, 施工機械不配套是個大問題。 機械跟不上, 只有進口大量機械?，F(xiàn)在, 國家有關(guān)部門對隧道機械化仍在繼續(xù)研究。對以上問題, 只要進行認真的調(diào)查研究,是可以解決的, 不過, 其中有些問題并不是新奧法本身造成的。 因此, 不能對新奧法存在問題產(chǎn)生懷疑, 甚至拋棄。如何解決這些問題、推廣新奧法施工成為大勢所趨。新奧法的缺點主要有： 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

29、錯誤；作業(yè)質(zhì)量都與每一個人的仔細操作有關(guān)。 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； 用能控制的施工量測，往往給施工帶來不便； 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，尤其是對眼睛的防護，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)用新奧法遠離及其相應(yīng)的技術(shù)

30、，取得了較大的成就。不可否認，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)進程中發(fā)揮更加重要的作用。新奧法適用范圍： 具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體； 弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖； 強風(fēng)化的巖石； 剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r； 堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土； 微裂隙的，但很少粘土的巖體； 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 有強烈地壓顯現(xiàn)的巖體； 膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相配合）； 在一些松散巖體中，要與鋼背板與之配合； 在蠕動性巖體中，要與凍結(jié)法或預(yù)加固法

31、等配合；在下列場合中應(yīng)用應(yīng)慎重 大量涌水的巖體； 由于涌水會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的圍巖； 極為破碎，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體； 開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等。實際使用情況：經(jīng)20多年的實踐和推廣，新奧法已在歐洲一些國家如奧地利、聯(lián)邦德國、瑞典、瑞士、法國等的山嶺隧道中普遍使用(占7080)，并已用于地下鐵道，且取得沉降量特別小的顯著成果。日本從1976年以來，已有近100座隧道采用了新奧法。中國從60年代初開始推廣噴錨支護新技術(shù)，到1981年底，采用噴錨支護的地下工程和井巷的總長度已接近7500公里。近年來，又在普濟、下坑、大瑤山等鐵路隧道采用新奧法進行施工。新奧法的適用性很廣，中國已在亞粘土和黃

32、土隧道施工中取得成功。但在下列情況下，一般都應(yīng)采取適當(dāng)?shù)妮o助措施才能施工：涌水量大的地層；因涌水產(chǎn)生流沙現(xiàn)象的地層；圍巖破碎使錨桿鉆孔和插入都極為困難場合；開挖面不能自穩(wěn)的圍巖。展望與推廣： 新奧法的發(fā)展是和噴錨支護的材料、方法和機具等的發(fā)展密切相關(guān)的。要進一步研制初期和長期強度都高、回彈少、粉塵低、生產(chǎn)率高的噴射混凝土系統(tǒng)，并和高效能的集塵器、自動噴射裝置、周期短的材料供應(yīng)系統(tǒng)配套。研究能縮短噴敷時間，又無公害的新噴敷方法。研究不需用臨時堆放場地、易于運輸?shù)膰娚洳牧虾托碌氖┕すに?如鋼纖維加強噴射混凝土、SEC噴射混凝土、光面爆破和深孔爆破技術(shù)、液壓鑿巖臺車（兼作安裝錨桿用）、噴射車組（包括

33、機械手）、各種混凝土噴射機、液體速凝劑、粉塵防止劑、樹脂錨桿等。新奧法具有上述優(yōu)點, 對復(fù)雜地質(zhì)適應(yīng)性強, 在歐州一些國家重視并得到推廣。其中, 英國推廣較快, 亞洲日本于 1977 年第一次運用新奧法通過膨脹性圍巖地段(上越干線中山隧道)之后廣泛重視, 陸續(xù)制定了新奧法運用指導(dǎo)性文件和相適應(yīng)的技術(shù)術(shù)語, 設(shè)計規(guī)范。人們開始認識到, 無論從支護理論,施工安全, 防水, 還是從運營維修方面, 都非常有必要推行新奧法。要推廣新奧法, 第一要理解新奧法, 領(lǐng)會其基本精神, 掌握其要點, 對新奧法的優(yōu)點和存在問題作客觀分析, 特別是對存在問題, 要看它是怎樣產(chǎn)生的, 能否解決, 怎樣解決。從前面所談情

34、況看, 新奧法的優(yōu)點是肯定的, 所存在的問題是因技術(shù)不熟練和設(shè)備不完善造成的。這些問題都是能夠解決的。因此, 應(yīng)該牢固樹立推廣新奧法的信念。新奧法仍在發(fā)展, 在發(fā)展中不斷地得到充實和完善, 我們要改變 “只要隧道中使用了噴射混凝土就意味著應(yīng)用了新奧法” 的觀點,錨噴支護不能理解為 “臨時” 支護。根據(jù)新奧法原理, 錨噴支護應(yīng)該理解為初期支護或一次襯砌。 施工時注意仰拱緊跟, 因為新奧法要求襯砌閉合成環(huán)以起到 “圓筒作用” , 圍巖的動態(tài)主要取決于襯砌的閉合時間。新奧法施工必須提高施工隊伍的素質(zhì),對施工隊伍進行新奧法的宣傳和學(xué)習(xí), 學(xué)習(xí)新奧法的原理和施工方法。 筆者認為: 只有提高管理素質(zhì), 堅

35、持標準, 施工質(zhì)量安全才能夠保證, 并且能創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益。開發(fā)能提供精確數(shù)據(jù)、可靠而耐用的 電子測試儀表一直作為新奧法的最主要的手段,特別是在軟 弱地層 中更 是如此。電子“眼” ,比如延伸計、測斜儀土壓盒和應(yīng)變儀 ,可“看見”和觀察每分鐘的變化和微小的活動量 ,能更清楚地了解圍巖的性態(tài)和開挖時的情況。由測試儀表獲得的信息對 已認定的有關(guān)隧道設(shè)計的理論形成挑戰(zhàn),使傳統(tǒng)規(guī)范中用以保持圍巖整體性的支護數(shù)量和型式以及安全方面都發(fā)生了根本性的變化。根據(jù)新奧法原理 ,開挖后應(yīng)讓圍巖松弛,使其有時間建立起一種自然的 自承穩(wěn)定性,而不是通過設(shè)置強度較大的支護 ,如鋼拱架或現(xiàn)澆鋼筋混凝土,來阻止

36、其一切移動。采用了電子量測設(shè)備和計算機分析系統(tǒng) ,使工程師有信心將這些理論用于實踐中&但采用這種設(shè)計可能會引起并要求對合同條款和設(shè)計者、承包商與業(yè)主之間的關(guān)系作根本的改變&測試儀表是一個主要環(huán)節(jié),因為它提供有關(guān)圍巖性態(tài)的主要特征以使采用最經(jīng)濟、有效的開挖和支護方法而避免失敗和浪費。由熟練而有經(jīng)驗的工人用電子測試儀表提供的數(shù)據(jù),不僅將給設(shè)備制造者以信心,而且還將對如出現(xiàn)故障即將受影響的相鄰結(jié)構(gòu)的業(yè)主以信心&隧道工人不再為其自身安全擔(dān)心,可按部就班地上、下班,這樣他們可成為熟練工 ,而且在需要時還可以作一些變更而不會有大的影響&工程師負責(zé)制定盤測設(shè)備計劃,監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集和讀數(shù)的時間,調(diào)整數(shù)據(jù)分析和

37、解釋說明,并常向一些專家咨詢,給予的指令將對開挖速度和工序、支護數(shù)量和型式以及為避免可能發(fā)生問題需要采取的補救措施產(chǎn)生影響測 試 儀 表地下開挖的專用電子測試儀表分為兩大類 ,一類是量測變形 ,另一類是量測壓力和應(yīng)力。例如,壓力可以是地層及噴混凝土單位面積內(nèi)產(chǎn)生的荷載,而應(yīng)力則是噴混凝土 內(nèi)對荷載的反力。測試儀表的范圍,從提供固定參考點的簡單抄平嵌釘這些點,用經(jīng)緯儀或鋼尺便可測得隧道 上方地表或隧道洞 口的變形,直到 引伸儀、測斜儀、壓力盒,滑動測微儀、水平儀 、錨固荷載儀和應(yīng)力計。最近引進的膨脹計 ,既可以測量變形 ,也可以測定應(yīng)力,這種rotabolt型拉伸儀可拉伸到規(guī)定的荷載,然后測定其

38、全部工作期間的拉力,使能觸及安裝錨桿的外部螺帽。量測儀器特別有助于人們了解如塑性巖層的性態(tài)及不同巖石種類的隧道形狀和為何在軟弱地層的情況下封閉初期支護環(huán)減少地表沉陷這些問題。新的領(lǐng)域包括核廢料地下貯庫,在長時期內(nèi)都將注意由于溫度、擠壓地層和內(nèi)襯砌裂縫出現(xiàn)的問題?？刂莆ｋU的發(fā)生現(xiàn)代測試儀表、量測技術(shù)和計算機系統(tǒng)對隧道工程的危險控制具有顯著影響在引進現(xiàn)場量測和監(jiān)測技術(shù)之前,曾將實驗室的試驗樣品作為確定工程地質(zhì)參數(shù)的主要方法，盡管實驗室試驗對隧道設(shè)計是有價值的,但為防備可能出現(xiàn)的低估情況 ,不得不規(guī)定高的安全系數(shù) 。在開挖過程中由現(xiàn)場量測提供的有關(guān)實際反應(yīng),連同新奧法的靈活性 ,可大大減少過分安全設(shè)

39、計的必要 。可選擇最少的支護和最佳的開挖工序以適應(yīng)實際的地層條件,而使隧道施工過程適應(yīng)地層的變化。測試儀表提供了有效的安全保證 ,只要估計充分,可提前對有可能出現(xiàn)的問題提出警告,而及時采取補救措施,避 免浪費和風(fēng)險,故是最經(jīng)濟有效的。新奧法施工的工程中,用測試儀表校正初始設(shè)計值使其符合實際開挖條件。對高靈敏度的工程,例如位于市區(qū)、有相鄰結(jié)構(gòu)物的業(yè)主為第三方的工程,通過現(xiàn)場測試儀表提前給予警告是很重要的。一次現(xiàn)場量測,其費用約占全部施工費的 3%-5% ,如果出現(xiàn) 由于支護不足或開挖工序中的失誤引起的坍塌或明顯的地表沉陷情況,其費用將是量測和監(jiān)測所花費用的許多倍。淺談新奧法在水電隧洞工程施工中的

40、應(yīng)用1 工程概況某山隧洞全隧按新奧法原理組織施工,“新奧法” 理論為:開挖必須采用控制爆破技術(shù),中心有效掏槽,為輔助孔和周邊孔創(chuàng)造良好的空面,降低爆破對巖體的震動影響,周邊采用光面爆破,確保壁面平整，為噴錨等支護創(chuàng)造良好的工作條件。 開挖后及早進行初期支護,適時進行二期支護,通過施工監(jiān)控測量得到的數(shù)據(jù)反饋于施工之中,據(jù)此調(diào)整施工程序、 開挖方式、 支護形式或支護參數(shù),以確保圍巖穩(wěn)定和施工安全。 首先根據(jù)有關(guān)地層情況,將有關(guān)巖石分類,不同的圍采用不同的支護方式,并討論了有關(guān)支護措施。 根據(jù)有關(guān)地質(zhì)資料和隧洞的結(jié)構(gòu),支護可分為: （1） 級圍巖強支護段及V級圍巖加強支護段；（2） 砌施永久支護。由

41、于隧址處巖體整體穩(wěn)定性差,特別是位于洞口部分,風(fēng)化強烈,圍巖呈黏土狀,為易蠕動的松散結(jié)構(gòu),圍巖挖極易坍塌變形,淺埋時易坍塌至地表。 在這類破碎、 松散、節(jié)理發(fā)育、 復(fù)水的軟圍巖隧洞開挖過程中,由于圍巖自穩(wěn)能力較差,開挖早期變形快,往往來不及支護即發(fā)生坍塌,所以必須對它進行超前處理。 本論文主要對V級圍巖開挖方式支護方法及工藝進行闡述和探討。2 圍巖開挖支護方法及工藝2.1 89mn 超前注漿短管棚支護(1)施作套拱。洞口處套拱施工:在洞外明暗洞的交界處架立20b工字鋼,間距60cm,用鋼筋焊接成一個整體。 在鋼支撐上安裝中150mm,長2cm3cm的導(dǎo)向鋼管,與管棚位置方向一致,然后澆筑50c

42、m厚的C25混凝土包裹鋼支撐和導(dǎo)向管。 套拱完成后,噴射C20混凝土15cm厚封閉周圍仰坡面,作為注漿時的止?jié){墻。洞內(nèi)套拱施工:施工至圍巖分界處及時反向擴挖出套拱位置,縱向長度7m,套拱施工方法同上。(2)搭設(shè)鉆孔平臺架、 安裝鉆機。用方木搭設(shè)鉆孔平臺架,平臺上滿鋪木板,搭設(shè)牢固,以防鉆孔時鉆機晃動。(3)鉆孔。采用水平地質(zhì)鉆機,從導(dǎo)向管向內(nèi)鉆入。(4)安裝管棚鋼管。管棚鋼管由機械頂進,鋼管節(jié)段間用絲扣連接,頂進時,節(jié)長3m和5m管節(jié)交替使用以錯開接頭位置。 管棚頂?shù)轿缓?鋼管與導(dǎo)向管間隙用速凝水泥或其它堵塞嚴密,以防注漿冒出。(5)注漿漿液采用注漿機灌注。管棚封堵塞設(shè)有進漿孔和排氣孔,當(dāng)排氣

43、孔流出漿液后,關(guān)閉排氣孔,續(xù)灌注漿,達到設(shè)計注漿量或注漿壓力時,方可停止注漿。施工過程中,為了防止注漿過程中發(fā)生串漿,每完一個孔,隨即就安設(shè)該孔的鋼管并注漿,然后再進行下一孔的施工。2.2CD 工法開挖支護施工由于圍巖很破碎,開挖變形大,最后選擇CD工法進行開挖。 采用CD工法將隧洞斷面分為左右兩個導(dǎo)坑、按6步分部開挖施工。 施工順序為:右側(cè)導(dǎo)坑開挖支護到左側(cè)導(dǎo)坑開挖支護。(1)右側(cè)導(dǎo)坑開挖支護。(1)在89mm短管棚超前注漿支護完成后,施工右側(cè)導(dǎo)坑內(nèi)側(cè)壁的22mm超前砂漿錨桿支護。 風(fēng)鉆鉆孔,牛角泵注入水泥砂漿,風(fēng)鉆頂入錨桿。(2)右側(cè)導(dǎo)坑分三臺階開挖,預(yù)留核心土。 臺階1長度為1m2m,臺

44、階長度為2m3m,臺階3長度為3m5m。 上部臺階人工開挖將石碴翻至下一臺階,下部兩臺階采用反鏟開挖為主,人工配合,每次進尺同拱架間距,取50m100cm。(3)開挖完成后及時施作初期支護(、 、步)及臨時支護。 每一臨時封閉圈均先施工外側(cè)隧洞初期支護,再施工臨時支護:內(nèi)側(cè)中隔壁鋼架及臨時仰拱。 核心土兩側(cè)每開挖一循環(huán)進尺后,立即初噴混凝土3cm4cm,及時打設(shè)徑向錨桿、 超前注漿錨桿,鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、拼裝架設(shè)I18鋼架,補噴混凝土至設(shè)計厚度。本工程噴混凝土施工濕噴工藝。(4)右側(cè)導(dǎo)坑下部臺階3開挖初期支護施工完成后,及時施作仰拱鋼筋混凝土襯砌及隧底填充,封閉初期支護,保證施工安全。(5)依次循環(huán)

45、施工。2.3 左側(cè)導(dǎo)坑開挖支護在隧洞右側(cè)導(dǎo)坑超前15m以后進行左側(cè)導(dǎo)坑施工,兩側(cè)導(dǎo)坑平行開挖施工,右前左后。 左側(cè)導(dǎo)坑亦分為三臺階開挖,從上到下,順次施工。 具體施工方法參見右側(cè)導(dǎo)坑施工。 在隧洞級圍巖及V級圍巖洞口段開挖完成、 隧洞仰拱及隧底填充施工完成(即隧洞初期支護封閉環(huán))后,即可進行臨時支護的拆除施工,并根據(jù)量測結(jié)果及時進行混凝土襯砌施工。2.4 濕噴混凝土施工方法及工藝(1)開挖后,立即初噴混凝土支護,封閉圍巖,在錨桿、 鋼筋網(wǎng)、 鋼架安設(shè)完成后及時行復(fù)噴施工。(2)噴混凝土材料由洞外強制式混凝土拌合機拌合,FC-1型機動翻斗車運至洞內(nèi)工作面,加入速凝劑后采用混凝土噴射機噴射硅施工。

46、(3)在噴混凝土之前,先檢查開挖斷面尺寸,清除欠挖、 危石和墻腳的巖碴,用高壓風(fēng)水沖洗巖面。 噴混凝土自下而上一排排噴壓,噴嘴巖面0.6m1.0m左右,嚴格控制水灰比,使噴層表面平整、 光滑,無干斑或滑移流淌現(xiàn)象。 對有滲漏水的巖,噴混凝土前則認真做好引水理,然后再噴混凝土,并從無水處向有水處逐步逼近。 為減少回彈和粉塵,增加噴混凝土與圍巖的粘結(jié)力,采用濕噴法噴混凝土。2.5 鋼拱架工方法及工藝隧洞類圍巖初期支護采用I18型鋼拱架。 施工中,在洞外加工廠用冷彎機按設(shè)計分段加工成型,運至洞內(nèi)安裝。 各段工字鋼架由工字鋼、 連接板焊接成型,采用螺栓連接。 工字鋼架在初噴混凝土后架設(shè),架設(shè)完畢后再復(fù)

47、噴混凝土,設(shè)防水層時,保護層不少于3cm。2.6 隧洞襯砌施工方法及工藝本隧洞均采用復(fù)合襯砌。 隧洞襯砌采用仰拱、 隧底混凝土填充超前施工,拱墻襯砌根據(jù)量測結(jié)果適時跟上。 拱墻襯砌采用模板臺車,混凝土運輸車運輸,泵送入模,插入式搗固器搗固。 仰拱及隧底混凝填充施作時采用半邊交叉施工,保證運輸暢通。(1)二次襯砌施工方法。一般地段的二次襯砌澆筑采用軌行式襯砌模板臺車、 混凝土運輸車運輸,泵送入模,并對稱地由下而上連續(xù)全斷面一次灌注。襯砌作業(yè)順序為:測量放線;鋪設(shè)軌道;臺車就位;調(diào)整并鎖定;安裝止水條;涂刷脫模劑;關(guān)端模;泵送混凝土入模;脫模;養(yǎng)生,人行橫洞襯砌,采用人工立拱架,組合鋼模板,泵送混

48、凝土施工。 襯砌混凝土由洞外自動計量拌和站生產(chǎn),混凝土運輸車運至工作面。(2)二次襯砌施工工藝。防水混凝土拌合,本隧洞二次襯砌均采用防水混凝土,級、 V級圍巖抗?jié)B等級為P8,其它地段為P6。 防水混凝土原材料:水泥為425號抗分解侵蝕水泥。 砂為含泥量30%的中砂,級配合格;石為碎石,含泥量1%,級配合格。 防水混凝土通過試驗室選擇合適的配合比,試驗室的水壓應(yīng)達到P8(即0.8MPa) 以上,試件不透水,強度達到C20時才合格。 防水混凝土配料須準確稱量,計量誤差不大于以下數(shù)值:水泥、 水、 防水劑為1%;石、 砂為2%。防水混凝土澆灌施工防水混凝土采取分層澆灌,每層高約25cm,分層澆灌間隔

49、時間小于2小時,因故超過規(guī)定時間時,按施工縫處理。防水混凝土采用插入式搗固器振搗密實,振搗時間以混凝土開始泛漿、 不冒氣泡和不再沉落時為止。 防水混凝土終凝后立即進行澆水養(yǎng)護,養(yǎng)護時間不少于14天。新 奧 法 隧 道 施 工 概 念 淺 析 卡斯特奈認為地下隧道施工前 ,地層處于彈性狀態(tài)。潛塑性狀態(tài)的巖層在原巖應(yīng)力作用下 ,斜截面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力處處都達到抗剪強度。隧道開挖后產(chǎn)生應(yīng)力重分布,圍巖的一部分彈性變形產(chǎn)生 的壓力即為彈性變形壓力 ,這部分壓力是由于開挖面的空間效應(yīng) ,圍巖原有的彈性變形得以釋放的結(jié)果。當(dāng)二次應(yīng)力場使彈性圍巖局部地方的剪應(yīng)力達到圍巖的抗剪強度時,這部分圍巖就進人 塑性狀態(tài)

50、 ,產(chǎn)生塑性區(qū)。應(yīng)力再次重新分布 ,塑性區(qū)的應(yīng)力一部分向彈性區(qū)轉(zhuǎn)移,另一部因塑性變形而釋放 ,同時產(chǎn)生塑性變形地壓。當(dāng)某些圍巖的變形與時間有關(guān)時,即呈現(xiàn)流變的特征,此時所產(chǎn)生的變形地壓隨時間變化。從上可以看出,地壓的顯現(xiàn)特征與支護方法和支架特性密切相關(guān)。在密貼支護的條件下,圍巖與支架構(gòu)成共同承載體 ,它們互相依存 ,相互制約,共同變形 ,共 同承受地壓。新奧法施工就是依據(jù)隧道開挖過程中圍巖變形地壓的規(guī)律總結(jié) 出來的,它強調(diào)了充分發(fā)揮圍巖的 自穩(wěn)作用 和圍巖與支架的共同作用 。從70年代以來,我國在地下工程的各個領(lǐng)域中,如鐵道、水電、軍工、民建等,廣泛推廣現(xiàn)代支護新技術(shù)噴錨支護 ,淵源于學(xué)習(xí)新奧

51、法隧道施工概念 ,至今無論在理論研究方面還是在工程實踐中都 已經(jīng)有了長足的進步。不過直到現(xiàn)在有人僅把它看作一種特定的支護方法或措施 ,也有人單純從新奧法采用了錨桿和噴射混凝土層來看 這些都不是正確的概念,從而導(dǎo)致 了在某些地下工程 中采用噴錨支護的失敗。為了正確使用噴載錨支護,就必須從本質(zhì)上認識新奧法。這就需要了解新奧法的發(fā)展歷史和其實質(zhì) 以使我們工程技術(shù)人員對它有一個全面科學(xué)的認識。新奧法隧道施工概念的發(fā)展過程目前 已形成 的新奧法模式 ,是從 70 年代開始長期 以來不斷發(fā)展的結(jié)果。它首先是從工程實踐 中總結(jié) 出來的,后來才進行理論研究 ,目的是系統(tǒng)地 闡述分析它的機理 ,從而證明和解釋了

52、現(xiàn)場觀察的現(xiàn)象的正確性。特是用定量分析的方法去認識隧道施工中整個力學(xué)問題 ,還遠未結(jié)束。嚴格地說,隧道工程系統(tǒng)分析,不單純是靜力學(xué)問題 ,僅從材性質(zhì)認識規(guī)律也不完全正確,它是個與材料性質(zhì)、工程施工因素和時間有關(guān)的力學(xué)形態(tài)變化發(fā)展過程 ,而不是簡單的靜力學(xué)問題。下面順序闡述新奧法的進展過程 ,區(qū)分傳統(tǒng)支護理論與新奧法的不 同在上世紀末和本世紀初,修建隧道工程的設(shè)計和施工,普遍采用傳統(tǒng)的支護理論與方法。它的基本原理是把巖體視為作用在支護上的荷載。當(dāng)時所采用的支護主要是木支架和鋼支架,配以楔塊和背板。用這種支護和施工方法似乎證實了傳統(tǒng)支護理論的正確性 ,因為這種支護方很容易導(dǎo)致 圍巖的松弛與冒落。根

53、據(jù)這些方法發(fā)展起來 的許多理論就是 以 圍巖的這種松弛現(xiàn)象為荷載定義的。盡管這種理論已經(jīng)過時,并有礙于隧道圍巖發(fā)的實際巖石力學(xué)過程的認識 但在許多情況下,它現(xiàn)在仍舊被采用。根據(jù)松弛圍巖壓力的假定 ,按照拱形理論設(shè)計 出的支護厚度與隧道斷面都過分的大。特別發(fā)現(xiàn)圍巖與支護之間不完全是一個荷載與支護之間的關(guān)系問題很多圍巖本身就與支護結(jié)構(gòu)共同作用構(gòu)成承載體。巖石的主動壓力總與隧道的允許變形有關(guān),這是新奧法在支護理論上 的飛躍。新奧法主要原理的確立新奧法的主要原理 ,可解釋為這樣一種概念,即將隧道斷面周圍巖石從荷載的生者轉(zhuǎn)變?yōu)槌休d者 。利用新式支護構(gòu)件噴混凝土和錨桿 ,采用正確的開挖支護順序和支護方法

54、,只有這樣才有可能使支護與 圍巖的共 同作用得以實現(xiàn)。新奧法的主要發(fā)明者臘布希維茲曾把新奧法定義為隧道施工概念 ,而不是一種施工方法。這種概念提倡在開挖和加強支護系統(tǒng)工作的順序上采取某些原則 ,以使圍巖在隧道結(jié)構(gòu)中成為主要的承載成分。所以臘布希維茲曾把美 國當(dāng)時采用 的傳統(tǒng)支護方法稱為用鋼支撐 的隧道施工法 ,而認為新奧法應(yīng)被描述為圍巖支撐 的隧道施工法。發(fā)現(xiàn)了不同于松弛地壓引起的巖石力學(xué)跡象在新奧法發(fā)展 的過程中,臘布希維茲觀察到不同于由巖石松弛所引起的巖石壓力跡象 ,如在噴射混凝土襯砌中引起明顯剪切破壞的巨大側(cè)向壓力 ,這項觀察引出了一個重要結(jié)論。即隧道襯砌 的破壞不是因為彎曲,而常常是

55、由于剪應(yīng)力過大,這個論斷后來 已由許多科學(xué)家所證實,這種破壞模式后來被用到系統(tǒng)論述剪切破壞理論和相應(yīng) 的計算方法中。但是也要注意到 ,這種計算方法僅僅適用于覆蓋層相 當(dāng)厚的隧道概略設(shè)計,尤其適用 于單軸抗壓強度與初應(yīng)力 比值低的隧道。既能有效地支護巖石 ,同時又允許 圍巖變形這一概念的 實現(xiàn)臘布希維茲開始研究雙層薄殼的設(shè)計理 ,認為先施做薄的輔助混凝土襯砌 ,監(jiān)測其變形過程 ,待變形達到穩(wěn)定狀態(tài)后才可修筑永久性支護。并認為新奧法建 立的基礎(chǔ)是需要一個所謂 的半 剛性 襯砌 ,以作為初期襯砌和促使新平衡狀態(tài)的實現(xiàn)。這樣后期襯砌 的 目的只是提高安全系數(shù),而且也不是在所有的情況下絕對必要。既能有效

56、地支護圍巖 ,同時又允許其變形的另一種支護形式是錨桿,它的特點是能適應(yīng)圍巖具有較大的變形量。謬勒曾特別強調(diào)薄層混凝土襯砌的力學(xué)作用是實現(xiàn)裂隙和裂縫的迅速封閉,防止巖石塌落。這里要指出的一點是,隧道橫截面尺寸大到一定程度,單 憑薄 的噴混凝土襯砌本身強度將 是不夠的。在破碎巖體 中成功地使用 了描桿支護錨桿支護的傳統(tǒng)概念是錨桿只能用于錨固隧道上部有可能冒落的巖石 ,而不能用于節(jié)理發(fā)育的破碎巖體之中。臘布希維茲在巴西的福爾卡瓦水 電站破碎巖體中,第一次成功地使用了錨桿支護 ,以后又連續(xù)地在數(shù)個鐵道和公路 隧道中應(yīng)用這一新型錨 固體系 ,支護結(jié)構(gòu)是 由噴混凝土襯砌和預(yù)應(yīng)力錨桿組年代以來 ,隨著經(jīng)驗積

57、累,越來越多的困難情況都能加以控制與解決。這樣發(fā)現(xiàn)在極度破碎的巖體中應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)置錨桿是比較理想的穩(wěn)定方法 ,因為它的變形能力幾乎不受限制。臘布希維茲教授曾做過一系列簡單試驗 證明了系統(tǒng)地設(shè)置錨桿即便在砂和卵石 中也能夠形成拱。按照這些試驗 ,誕生了錨定巖石拱原理。根據(jù)這個原理再施加一層噴射混凝土作為永久襯砌 。認識到 開挖和襯砌完全閉合之間 的 時間關(guān)系對建立新的平衡起著重要作用在城市修建地鐵 ,必須使沉陷保持絕對最小時,開挖和襯砌完全閉合之間關(guān)系,就成為非常重要的因素。在新奧法應(yīng)用 的過程中,認為這是一個重大的里程碑。如法蘭克福地鐵施工時 ,襯砌在 + : 內(nèi)閉合,這對減少地面沉陷起到很好作

58、用;在施瓦克海姆鐵道隧道中,對襯砌封閉的時間要求是新奧法的發(fā)展前面所論述內(nèi)容以現(xiàn)在的眼光來看 ,應(yīng)當(dāng)稱為古典新奧法 ,因為在使用古曲新奧法階段 ,錨桿和噴混凝土的設(shè)計方法及其效應(yīng)的研究 ,只是以對新奧法概念的理解和監(jiān)測為基礎(chǔ)的。但是現(xiàn)在隨著巖體力學(xué)的發(fā)展和數(shù)值計算方法等被引進新奧法中,有關(guān)新奧法的設(shè)計、測量和施工都產(chǎn)生了巨大的變化突破了古典新奧法的局限性 ,且向著新奧法頗不相同的方 向發(fā)展,并在工程實踐中得到廣泛的應(yīng)用 ,如在北京的地下工程施工中成功采用淺埋暗挖方法施工 ,就是一個很好 的例證。因此有人主張許多新發(fā)展的內(nèi)容不一定叫新奧法 ,稱為錨噴支護更合適一些。兩者的主要差別是 ,一個是生產(chǎn)

59、實踐和實驗的總結(jié),另一個是更多引進巖體力學(xué)和數(shù)值分析的認識方法。芬納帕赫圖解在回顧了新奧法的歷史發(fā)展之后,這個方法的基本概念可借助于眾所周知的芬納 一帕赫圖解來進行說明在隧道施工中有這樣一個規(guī)律,圍巖的位移能使應(yīng)力下降。年芬納從理論上對這個規(guī)律作了描述。需要的支護抗力與圍徑向變形的相互關(guān)系,示于芬納 一帕赫圖解。圖 中曲線示出設(shè)置在不同時間和具有不同載荷 一變形特征的兩種支護系統(tǒng)的特性或有效曲線 和。從圖中可以看出 。 ,曲線是下降的,只要設(shè)置的支護構(gòu)件與圍巖緊密接觸 ,這種支護就會給圍巖以抗力 ,直到支護特性曲線與 !曲線相交 ,達到了平衡狀態(tài)。如果試用相 當(dāng)小的徑 向位移來達到平衡 ,這將

60、意味著需要更高的承載能力以與 ,曲線相交。這樣襯砌應(yīng)有較大的剛度,這就是說支護費用將增加很多 但安全系數(shù)卻不會相應(yīng)增加 。假若支護特性曲線在超過曲線的最低點后方始達到平衡 ,這是傳統(tǒng)常見的情況 ,則結(jié)果恰好相反。徑向位移再進一步加大 ,便會引起更大的松弛,并因此導(dǎo)致主動壓力的增大,這時只有馬上采取適當(dāng)?shù)募訌姶胧┎拍塬@得平衡。7 變形動態(tài)與監(jiān)測施工新奧法是通過圍巖壓力釋放來實現(xiàn)二次平衡的施工概念。這樣通過測量圍巖和支護變形動態(tài)以控制隧道穩(wěn)定是新奧法必要的和最重要的部分。新奧法的變形監(jiān)測是強調(diào)隧道整個斷面的測量 ,我國現(xiàn)在通稱它為收斂測量。監(jiān)測的目的在于可能在短期 內(nèi)判斷支護是否需要采取加強措施