隧道新奧法施工

第7章新奧法施工技術7.1概述7.1.1新奧法簡介奧地利學者L.V.Rabcewicz二十世紀60年代出提出了“新奧地利隧道施工法”。NewAustrianTunnellingMethod簡稱為“新奧法”（NATM）。早期也稱“歐洲隧道掘進法”或“收斂約束法”（ConvergenceConfinementMethod）。新奧法：圍巖本身具有“自承”能力，若采用正確的設計施工方法，最大限度地發(fā)揮這種自承能力，即可以使得經(jīng)濟效果達到最佳。巖土工程施工7.1.2基本要點盡可能不擾動周邊圍巖，開挖之后及時進行一次支護，然后視需要進行二次支護。支護都是柔性的，以適應圍巖的變形。目前采用經(jīng)驗統(tǒng)計類比的方法做預設計，再在施工過程中不斷監(jiān)測圍巖的應力、應變狀況，按其發(fā)展規(guī)律來調整支護措施。7.1.3適用條件及要求深埋、淺埋、中等埋深均可；不同形狀、不同大小均可；不同地質條件均可（地下水豐富時需先解決地下水問題）；勘測、設計、施工、控制各環(huán)節(jié)密切配合；盡可能地發(fā)揮圍巖的自承作用，采用控制爆破（光面爆破、預裂爆破）。7.1.4新奧法的優(yōu)點（1）經(jīng)濟、快速。若以面積A為100，設計襯砌量B和超挖量的面積C?？梢钥闯?，由于采用控制爆破、柔性薄襯砌，新奧法的開挖量為老方法的73％（110/151），襯砌量為老方法的20％。此外，還可省去全部木模和40％以上的混凝土，降低支護成本30％以上7.1.4新奧法的優(yōu)點表3-1老方法與新奧法工程量對比老方法新奧法有效使用面積A100100混凝土襯砌面積B367超挖面積C153B+C51107.1.4新奧法的優(yōu)點（2）安全、適應性強；（3）可控制地表下陷量；（4）施工具有較大的靈活性；（5）宜于做防水層。新奧法的主要原則（1）圍巖是洞室的主要承載結構，而不是單純的荷載，它具有一定的自承能力。（2）盡量保持圍巖原有的結構和強度；（3）盡可能作到適時支護。（4）支護本身應具有薄、柔、與圍巖密貼和早強等特性，支護施工應及時快速，使圍巖盡快封閉而處于三向受力狀態(tài)。（5）洞室盡可能為圓形斷面，或由光滑曲線連接而形成的斷面，以避免應力集中。（6）良好的施工組織和施工人員的良好素質對洞室結構施工的安全、經(jīng)濟非常重要。合理安排防滲、排水、開挖、出渣、支護、封閉底拱、導洞進度等項工序，形成穩(wěn)定合理的工作循環(huán)，也是新奧法施工所遵循的原則之一。新奧法的主要原則噴錨支護與新奧法是具有密切聯(lián)系的。新奧法不只是一種隧洞施工方法，并不等同于噴錨支護。只有正確地應用巖石力學原理，綜合考慮上述各條指導原則，正確適時地采用合理的支護手段，保證洞室的安全、經(jīng)濟，才能稱為新奧法。新奧法施工的基本原則可歸納為：少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉。

7.2新奧法施工流程7.3開挖技術要點7.3.1開挖方法（1）全斷面開挖法

順序：全斷面開挖—錨噴支護—澆筑混凝土襯砌。

適用于：Ⅳ～Ⅵ類石質隧道，可用深孔爆破。

特點：有較大的作業(yè)空間。開挖面較大，圍巖相對穩(wěn)定性降低，要求有較強的開挖、出渣、運輸及支護能力。7.3開挖技術要點（2）臺階開挖法

順序：上半部開挖—拱部錨桿噴射砼支護—拱部襯砌—下半部中央部分開挖—邊墻部分開挖—邊墻錨桿噴射砼支護及襯砌。

適用于：Ⅱ～Ⅲ類較軟而節(jié)理發(fā)育的圍巖中。

特點：具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，有利于開挖面的穩(wěn)定性，下部作業(yè)較安全；上下部作業(yè)有時相互干擾，下部作業(yè)影響上部穩(wěn)定性，增加對圍巖的擾動次數(shù)；宜采用輕型鑿巖機打眼，不宜采用大型鑿巖臺車。7.3開挖技術要點（3）分部開挖法（導坑超前開挖法）

臺階分部開挖法（用于一般土質或易坍塌的軟弱圍巖）上下導坑法（用于Ⅱ～Ⅲ類圍巖）

上導坑超前開挖法（用于Ⅱ～Ⅲ類圍巖）

單側壁導坑法（用于圍巖穩(wěn)定性較差，隧道跨度較大，地表沉陷難于控制時）雙側壁導坑法（用于淺埋大跨度隧道，地表下沉量要求嚴格，圍巖條件特別差時）

7.4出渣技術要點（2）裝渣方式人工裝渣或機械裝渣。（3）裝渣機械

翻斗式裝渣機蟹爪式裝渣機立爪式裝渣機

挖斗式裝渣機鏟斗式裝渣機行走方式：軌道行走、輪胎行走、履帶行走。7.4出渣技術要點7.4.2運輸有軌運輸和無軌運輸。

有軌運輸：電瓶車及內(nèi)燃機車牽引，斗車或梭式礦車運渣。單線運輸（應布設會讓站）、雙線運輸（應布設渡線）。

無軌運輸：燃油式動力、輪胎行走的自卸卡車。洞內(nèi)轉向可以局部擴大洞徑，設置車輛轉向站，或設置機械式轉向盤。7.5初期支護技術要點

7.5.1概述

初期支護：隧道開挖后，除圍巖完全能夠自穩(wěn)而無須支護以外，在圍巖穩(wěn)定能力不足時，則需加以支護才能使其進入穩(wěn)定狀態(tài)，稱為初期支護。采用錨桿和噴射混凝土支護圍巖。

超前支護：若圍巖完全不能自穩(wěn)，表現(xiàn)為隨挖隨坍甚至不挖即坍，則需先支護后開挖，稱為超前支護。

地層改良：需進行先注漿加固圍巖和堵水，然后開挖，稱為地層改良。

二次支護：考慮到隧道投入使用后的服務年限很長，設計時一般要采用混凝土或鋼筋混凝土內(nèi)層襯砌，以保證隧道在服務過程中的穩(wěn)定、耐久、減小阻力和美觀等，稱為二次支護。7.5初期支護技術要點7.5.2錨噴支護工程特點靈活性及時性密貼性深入性柔性封閉性錨桿種類①全長粘結型錨桿：普通水泥砂漿錨桿、早強水泥砂漿錨桿、樹脂卷錨桿和水泥卷錨桿；②端頭錨固型錨桿；機械錨固錨桿、樹脂錨固錨桿、快硬水泥卷錨固錨桿；

③摩擦型錨桿；縫管錨桿、楔管錨桿、水脹錨桿；④預應力錨桿；⑤自鉆式錨桿。普通砂漿錨桿

縫管式摩擦錨桿脹殼式內(nèi)錨頭預應力錨桿（錨索）

普通中空注漿錨桿塑料脹套錨桿中空自鉆式注漿錨桿中空自鉆式注漿錨桿自鉆式注漿錨桿

中空自鉆式注漿錨桿7.5初期支護技術要點7.5.4噴射施工技術要點采用噴射混凝土作為隧道工程Ⅱ～Ⅴ類圍巖中臨時性和永久性支護，也可以與各種型式的錨桿、鋼纖維、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)等構成復合式支護結構。噴射混凝土工藝種類：干噴、潮噴、濕噴和混合噴。（1）噴射混凝土工藝流程（2）噴射混凝土原材料及配合比原材料水泥——42.5級以上碎石或卵石（礫石）——粒徑不宜大于15mm砂——細度模數(shù)一般不宜大于2.5，含水率宜控制在5％～7％，若超過7％，噴射時易造成堵管。外加劑（速凝劑）——摻量約為水泥重量的2％～4％。水——飲用水配合比邊墻水泥：粗中混合砂：石子＝1:(2.0~2.5):(2.5~2.0)拱部水泥：粗中混合砂：石子＝1:2.0:(1.5~2.0)砂率：45％～55％水灰比：0.4~0.5（3）噴射混凝土機械設備（4）噴射混凝土施工要點（1）噴嘴風壓一般:0.1~0.15MPa；（2）噴射應分段、分部、分塊，按先墻后拱、自下而上進行噴射；（3）噴嘴順時針方向螺旋轉動，一圈壓半圈的橫向移動，螺旋直徑約20～30cm；（4）分段長度不應超過6m；（5）噴嘴至巖面的距離為0.8~1.2m（6）調節(jié)好風壓和水壓；（7）一次噴射不能太厚；（8）分2～3層噴射，間隔時間5～10min（紅星一型速凝劑），或30min（碳酸鈉速凝劑）；（9）養(yǎng)護時間不少于7d。7.5.6輔助支護（1）穩(wěn)定開挖面的支護方法留核心土穩(wěn)定開挖面；噴射混凝土封閉工作面的方法。（2）超前錨桿或超前小鋼管預支護的方法（3）管棚鋼架超前支護的方法（4）地面砂漿錨桿預支護方法（5）小導管周壁預注漿的方法（6）超前圍巖深孔預注漿加固地層方法7.6現(xiàn)場量測與監(jiān)測技術要點7.6.2隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目（1）地質及支護狀況觀察（2）周邊位移（3）拱頂下沉（4）錨桿或錨索內(nèi)力及抗拔力（5）地表下沉（6）圍巖內(nèi)部位移（洞內(nèi)設點）（7）圍巖內(nèi)部位移（地表設點）（8）圍巖壓力及兩層支護間壓力（9）鋼支撐內(nèi)力及外力（10）支護、襯砌內(nèi)應力、地表應力及裂縫量測（11）圍巖彈性波測試7.7防水隔離層施工技術要點（2）鋪設技術要求：A、應在初期支護變形基本穩(wěn)定和在二次襯砌灌注前進行；B、作業(yè)點距爆破面應大于150m，距灌注二次襯砌處應大于20m（防止損壞防水層；C、拱部和邊墻按環(huán)狀鋪設；D、塑料板宜用焊接，橡膠板用粘結；E、防水層用墊圈和繩扣吊掛在固定點上。固定點間距：拱部0.5~0.7m，側墻1.0~1.2m；7.8二次襯砌技術要點（1）支護襯砌形式：整體式襯砌、復合式襯砌及噴錨襯砌。（2）二次襯砌施工方法：在