隧道工程施工基礎知識詳解

地道工程施工基礎知識解說趙源林各位同仁下午好，感謝局給我們此次機會，讓我們一同系統(tǒng)的學習地道施工基礎知識。下面由我給各位介紹，有不對之處歡迎指正，以幫助我在此后工作中提升。見天我主要介紹以下幾個方面：見解、新奧法力學基礎、圍巖的工程性質(zhì)、地道施工方法、地道協(xié)助施工工法、不良地質(zhì)地道施工、地道施工臨時工程、意會。自然，地道系統(tǒng)性內(nèi)容很多（如未介紹的地質(zhì)學、爆破學、監(jiān)控量測等），需要各位在施工中不斷積累、總結、提升P1.地道施工基礎P2.第一部分見解P3.地道基本見解地下工程—修建于地下的建筑結構物稱為地下結構。為建設這些地下結構所進行的工程，通稱為地下工程。地道—保持地下空間作為交通、水工通道的地下工程，稱為地道。地道是埋置于地層內(nèi)的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式。地道可分為交通地道，水工地道，市政地道，礦山地道。優(yōu)點：1、可直線穿越阻攔物；2、與阻攔物間無矛盾并節(jié)儉土地，輸送速度快，輸送能力大。缺點：1、與其他工程對照，地道工程屬于最難人工建筑物之一。影響因素多，地道受地質(zhì)、水文狀態(tài)等多方面的影響；2、難以保證計算正確性，與其他結構不同樣，沒有精準計算地道力學的方法，計算結果的正確性受力學模型的限制；3、施工難度大，可發(fā)生如塌方、地下涌水、突泥、瓦斯等多種不測情況；4、造價高、顛簸大，在不同樣地質(zhì)條件下，造價的顛簸大概為5倍，有時可達9～10倍。導坑—地道修建第一在地下開挖出一個洞窟并延長成..為一個長形的孔道，稱之為導坑。如平行導坑、超前導坑、泄水洞等。襯砌—在坑道周圍修建的支護結構。包括初期支護和二次襯砌。初期支護一般有發(fā)射混凝土、發(fā)射混凝土加錨桿、發(fā)射混凝土錨桿與鋼架聯(lián)合支護等形式；二次襯砌一般是混凝土或鋼筋混凝土結構。洞門—在地道兩頭外露部分為保護洞口和排放流水所修建的擋土墻式結構。端墻式、斜截式。地道隸屬建筑物—避車洞、防排水設施、通風系統(tǒng)等。地道施工—施工方法、施工技術和施工管理的總稱。P4.地道發(fā)展歷史1、中國地道發(fā)展史地道及地下工程的發(fā)展是我國20世紀最偉大的科技成就之一，它有力地促使了我國交通運輸?shù)陌l(fā)展。同時也帶動了土木匠程、水利工程等學科的發(fā)展，在我國公民經(jīng)濟建設中起到了重要的作用。在20世紀，特別是最后20年，我國的地道及地下工程科技水平由落伍狀態(tài)而一躍進入世界先進隊列。當前我國的地道總長度及修建技術水平均為世界當先。1888年至1911年，鐵路地道237座，總延長數(shù)42.199km。1911年至1949年，鐵路地道427座，總延長113.8km。1950年至1979年，鐵路地道2118座，總延長966km。1979年至2005年，修建鐵路地道2802座，總延長2156km。2006年在建的地道1785座，總延長2164km。立刻動工的的高速鐵路地道146座，總延長184km。當前規(guī)劃及在建鐵路地道長度約2300km，其中專長地道約760km。2、中國地道建設四階段1）起步階段（時間跨度為50年月至60年月初),代表性工程有:..寶成鐵路于1952年7月動工，1956年建成通車，全長669km。其中地道304座，總延長84428m，占線路總長的12.64%。寶成鐵路地道是我國自行設計和建筑的，,積累了山岳地域修建地道設計和施工的經(jīng)驗。是我國地道建設進步的重要標志。其中秦嶺地道北洞口創(chuàng)辦了121.6m月成洞的記錄。川黔鐵路上的冷風埡地道，該地道長度4270m，于19596月貫串。該地道初次采用平行導坑和巷道式通風，為長地道施工積累了很難得的經(jīng)驗。該階段采用鉆爆法施工，以人工和小型機械鑿巖、裝載為主，臨時支護采用原木支架和扇形支撐。地道施工基本無通風，由于技術水平落伍，人工傷亡事故時有發(fā)生。2）牢固發(fā)展階段(時間跨度為60年月至80年月初),代表性工程有:京原鐵路(北京至山西原平)上的驛馬嶺地道，是70年代中國鐵路最長地道全長7032m，1967年2月動工，1969年10月竣工，機具設施的提升：寬泛采用了帶風動支架的鑿巖機、風動或電動裝載機、混凝土攪拌機、空壓機和通風機等。支護工藝的提升：采用了錨桿發(fā)射混凝土技術，這是隧道施工技術的重要里程碑，同時較好地解決了施工安全問題。（3）技術打破與創(chuàng)新階段(時間跨度為80年月中期至90年月中期),代表性工程有:衡廣鐵路復線的大瑤山雙線地道（1981年11月動工到1989年12月建成）是這一時期的最典型的代表，地道全長14295m，這是我國20世紀最長的雙線鐵路地道。大瑤山實現(xiàn)了大斷面施工。在這一階段，施工設施、支護理論和技術均有較大的打破，主要表此刻兩個方面：擁有國際先進水平的大型配套機械設施的應用，包括二臂和四臂大型液壓式鉆孔臺車、大型輪式裝載機、模板臺車..和注漿鉆機等。以復合式襯砌為基礎的新奧法綜合技術，即利用錨噴技術作成地道的初期支護，以控制圍巖變形；中間敷設塑料板防水層；最后利用模板臺車進行永遠支護。（4）高速發(fā)展階段（90年月中期此后），代表性工程有:這一時期的標志性工程是位于西康鐵路的秦嶺地道，全18420m。在該地道施工中，采用了當前最先進的全斷面地道掘進機技術，即TBM技術。3、外國地道發(fā)展大體一座鐵路地道:1825～1830年在美國修建,全長1190m.1857～1871年,法—意的仙尼斯山地道,長12850m;1898年意大利修建了辛普倫地道,長19700m;1971年日本新干線上修建了大清水地道,長22230m.除鐵路地道外,一些越江跨海地道接踵修建.美國修建了賓西發(fā)尼亞東河水底地道,長為7190m;日本修建了新關門地道,長18675m。1988年又修建了青函海底地道，長達53850m,是當時世界上最長的水底地道。1993年建成了英法海峽地道，長49.6km。由于歐洲汽車運輸量的急劇增加，急迫需要擴大公路網(wǎng)，隨之出現(xiàn)了很多的公路地道。奧地利修建了阿爾貝格公路地道，長13980m;瑞士修建了圣哥達公路地道，長16285m。其他，日本還于己于1997年建成了東京灣公路地道，長9.1km。隨著地道工程科學技術的進步，地道開挖及支護技術也獲取了快速發(fā)展，特別是新奧法的應用實現(xiàn)了信息化施工，TBM的應用使地道掘進完滿實現(xiàn)了機械化。P5.礦山法與新奧法1、礦山法1）見解：暗挖法的一種，主要用鉆眼爆破方法開挖斷面而修建地道及地下工程的施工方法。因借鑒礦山開拓巷..道的方法而命名。用礦山法施工時，將整個斷面分部開挖至設計輪廓，并隨之修建襯砌。當?shù)貙尤崮蹠r，則可采用簡單挖掘機具進行，并依照圍巖牢固程度，在需要時應邊開挖邊支護。分部開挖時，斷面上最先開挖導坑，再由導坑向斷面設計輪廓進行擴大開挖。分部開挖主若是為了減少對圍巖的擾動，分部的大小和多少視地質(zhì)條件、地道斷面尺寸、支護種類而定。在牢固、整體的巖層中，對中、小斷面的地道，可不分部而將全斷面一次開挖。如遇柔嫩、破裂地層，須分部開挖，并配合開挖實時設置臨時支撐，以防備土石坍塌。噴錨支護的出現(xiàn)，使分部數(shù)量得以減少，并進而發(fā)展成新奧法。2）分類按襯砌施工次序，可分為先拱后墻法（近似地鐵車站逆做法）及先墻后拱法兩大類。后者又可按分部情況細分為漏斗棚架法、臺階法、全斷面法和上下導坑先墻后拱法。在柔嫩地層中，或在大跨度洞室的情況下，又有一種特其他先墻后拱施工法──側(cè)壁導坑先墻后拱法。其他，聯(lián)合先拱后墻法和漏斗棚架法的特點，還有一種居于兩者之間的蘑菇形法。（3）常用方法臺階法、CD工法(跨度大)、CRD工法、兩側(cè)壁導坑法、聯(lián)拱地道中洞法等。2、新奧法1）見解新奧法是應用巖體力學理論，以保護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和發(fā)射混凝土為主要支護手段，實時的進行支護，控制圍巖的變形和廢弛，使圍巖成為支護系統(tǒng)的組成部分，并經(jīng)過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導地道施工和地下工程設計施工的方法和原則。新奧法是在利用圍巖自己所擁有的承載效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技術，進行全斷面開挖施工，并以..形成復合式內(nèi)外兩層襯砌來修建地道的洞身，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，需在洞身開挖此后必定立刻進行的支護工作。由于儲蓄在山體中的地應力由于開挖成洞而產(chǎn)生再分派，地道空間靠空洞效應而得以保持牢固，也就是說，承載地應力的主若是圍巖體自己，而采用初次噴錨柔性支護的作用，是使圍巖體自己的承載能力獲取最大限度的發(fā)揮，第二次襯砌主若是起安全儲備和裝修美化作用。2）分類3）常用方法后部將詳盡介紹。3、新奧法核心新奧法機理就是利用圍巖自承能力，同時贊同圍巖發(fā)生必然的變形，這就需要一方面對圍巖進行保護，另一方面拘束圍巖超度變形，并實時掌握圍巖變形和承載狀態(tài)，所以其三大核心為：光面爆破、錨噴支護、監(jiān)控量測。1）光面爆破地道光面爆破是支撐新奧法原理的重要技術之一。是指經(jīng)過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法，分劃分段微差爆破，達到爆破后輪廓線符合設計要求，掌子面平展、規(guī)則的一種控制爆破技術。地道應用光面爆破技術開挖與傳統(tǒng)的方法對照，最顯然的優(yōu)點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用，進而減少對圍巖的擾動，保持圍巖的牢固，充發(fā)散揮圍巖的自承作用，保證施工安全，同時，又能減少超、欠挖，提升工程質(zhì)量和效率，節(jié)儉成本。要使光面爆破獲取優(yōu)秀收效，一般需掌握以下技術要點：A、依照圍巖特點，合理選定周邊眼的間距和最小抵擋線，盡最大努力提升鉆眼質(zhì)量。..B、嚴格控制周邊眼的裝藥量，盡可能將藥量沿眼長均勻散布。及線平均性C、周邊眼宜使用小直徑藥卷和低猛度、低爆速的炸藥。為知足裝藥結構要求，可借助導爆索（傳爆線）來實現(xiàn)空氣間隔裝藥。D、采用毫秒微差有序起爆。要安排好開挖程序，使光面爆破擁有優(yōu)秀的臨空面。E、邊孔直徑小于等于50mm。2）錨噴支護噴錨支護指的是借高壓發(fā)射水泥混凝土和打入巖層中的金屬錨桿的聯(lián)合作用（依照地質(zhì)情況也可分別獨自采用）加固巖層，分為臨時性支護結構和永遠性支護結構。噴混凝土能夠作為洞室圍巖的初期支護，也能夠作為永遠性支護。噴錨支護是使錨桿、混凝土噴層和圍巖形成共同作用的系統(tǒng)，防備巖體松動、分別。把必然厚度的圍巖轉(zhuǎn)變成自承拱，有效地牢固圍巖。當巖體比較破裂時，還能夠利用絲網(wǎng)拉擋錨桿之間的小巖塊，加強混凝土噴層，協(xié)助噴錨支護。作用原理：噴錨支護在洞室開挖后，支護實時，與圍巖密貼，柔性好，有優(yōu)秀的物理力學性能，由于其為柔性支護，必然程度上能夠承受與圍巖共同變形。它能侵入圍巖裂隙，關閉節(jié)理，加固結構面和層面，提升圍巖的整體性和自承能力，控制變形的發(fā)展。在支護與圍巖的共同工作中，有效地控制和調(diào)整圍巖應力的重散布，防備圍巖松動和坍塌，加強圍巖的牢固性。它不像傳統(tǒng)的模筑混凝土襯砌那樣，可是在洞室開挖后被動地承受圍巖壓力，而是主動地加固圍巖。對噴錨支護作用原理的研究還不完滿，有待進一步研究和改良。3）監(jiān)控量測簡稱圍巖監(jiān)測。為認識正施工中地道圍巖的巖石力學性質(zhì)和支護結構的受力狀態(tài)，保證施工安全，采用各樣量測儀器對圍巖和支護結構所進行的量測工作。包括對圍巖和支護..結構的應力、應變、變形和彈性波參數(shù)的監(jiān)測4、新奧法施工特點1）實時性：新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，能夠最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，所以能夠利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發(fā)展，阻攔圍巖進入松動的狀態(tài)，在必要的情況下能夠進行超前支護，加之發(fā)射混凝土的早強和全面粘結性所以保證了支護的實時性和有效性。在巷道爆破后立刻施工以發(fā)射混凝土支護能有效地遏止巖層變形的發(fā)展，并控制應力降低區(qū)的伸展而減少支護的承載，加強了巖層的牢固性。2）關閉性：由于噴錨支護能實時施工，而且是全面密粘的支護，因此能實時有效地防備因水細風化作用造成圍巖的損壞和剝落，遏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)生新的裂痕，加上原有地質(zhì)結構上的裂痕，隨時都有可能產(chǎn)生變形或塌落。當發(fā)射混凝土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，大大提升了圍巖的強度。（提升圍巖的粘聚力C和內(nèi)摩擦角）。同時噴錨支護起到了關閉圍巖的作用，間隔了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充填物不致消融、解體而使裂隙張開，致使圍巖失去牢固。粘結性：噴錨支護同圍巖能全面粘結，這種粘結作用能夠產(chǎn)生三種作用：①聯(lián)鎖作用，立刻被裂隙切割的巖塊粘結在一同若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則惹起周邊巖塊的聯(lián)鎖反應，接踵喪失牢固，進而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能實時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結力和抗剪強度是能夠抵擋圍巖的局部損壞，防備個別威巖活石滑移和墜落，進而保持圍巖的牢固性。..②復和作用，即圍巖與支護組成一個復合體（受力系統(tǒng)）共同支護圍巖。噴錨支護能夠提升圍巖的牢固性和自己的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學系統(tǒng)，擁有把巖石荷載轉(zhuǎn)變成巖石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極擔當?shù)娜秉c。③增加作用。開巷后實時繼進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，除去因巖面不平惹起的應力集中現(xiàn)象，防備過大的應力集中所造成的圍巖損壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提升了圍巖的粘結力C和內(nèi)摩擦角，也就是提升了圍巖的強度。柔性：噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一同共同作用，由于噴錨支護擁有必然柔性，能夠和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成必然范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制贊同圍巖塑性區(qū)有適當?shù)陌l(fā)展，使圍巖的自承能力得以充發(fā)散揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中碰到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護反力，能夠控制圍巖產(chǎn)生過大變形，防備圍巖發(fā)生松動損壞。5、新奧法原則由于隧洞的主要承載部分是圍巖，支護結構起到發(fā)揮和保護圍巖承載能力的作用。在靜力學理論中，地道的結構可視為巖體承載環(huán)和支護襯砌組成的圓筒結構，承載環(huán)的閉合起到了要點作用，所以圍巖和襯砌的整體化應在初期襯砌中就提早達成，保證襯砌環(huán)的牢固與完滿。從應力的重散布來考慮，全斷面掘進是比較理想的開挖方式。所以，施工方式歸根結底要掌握一個出發(fā)點，那就是保護，調(diào)換和發(fā)揮圍巖的自承能力，在此基礎上依照工程實質(zhì)條件掌握好以下原則。1）充分保護圍巖，減少對圍巖的擾動。巖體是結構系統(tǒng)中的主要承載單元，在施工中必要充分保護巖體盡量減少對它的擾動，防備過分損壞巖體的強度。..2）充發(fā)散揮巖體的承載能力，應贊同并控制巖體的變形。3）為了改良支護結構的受力性能，施工中應趕快閉合而成為關閉的筒形結構。4）在施工中的各個階段，應進行現(xiàn)場量測督查，實時供應可靠的數(shù)量足夠的量測信息。5）為了鋪布防水層，成為了承受錨桿銹蝕，圍巖性質(zhì)惡化，流變，膨脹所惹起的后續(xù)荷載，可采用復合式襯砌。6）二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護變形基本牢固的條件下修建的，圍巖和支護結構形成一個整體，所以提升了支護系統(tǒng)的安全度。6、新奧法施工基本要點可概括為以下7點:①洞室開挖后，應使圍巖自己擔當主要的支護作用，而襯砌可是對圍巖進行加固，使成為一個整體而共同發(fā)生作用。所以，須最大限度地保持圍巖的固有強度，以發(fā)揮圍巖的自承能力。照實時噴混凝土關閉巖壁，就能有效地防備圍巖廢弛，而不使其強度大幅度降低，同時也不存在因頂替支撐而使圍巖變形廢弛?？傊畱箛鷰r經(jīng)常處于三軸應力拘束狀態(tài)，最為理想。②預計圍巖有較大變形和廢弛時，應付開挖面施作保護層，而且應在適合的時候敷設，過早或過遲均不利。其剛度不能夠太大或太小，又必定是能與圍巖密貼，而要做成薄層柔性，贊同有必然變形，以使圍巖釋放應力時起卸載作用，盡量不使其有彎矩損壞的可能。這種支護和傳統(tǒng)的支護不同樣，不是因受彎矩損壞，而是受壓剪作用損壞的。由于混凝土的抗壓和抗剪強度比抗拉和抗彎強度大得多，進而擁有更高的承載能力。一次支護的位移收斂后，可在其圓滑的表面上敷設高質(zhì)量的防水層，并修建為提升安全度的二次支護。前后兩次支護與圍巖之間都只有徑向力作用。③襯砌需要加強的區(qū)段,不是增大混凝土的厚度，而是..加鋼筋網(wǎng)、鋼支撐和錨桿，使地道全長范圍采用大概同樣的開挖斷面。其他，由于新奧法不在坑道內(nèi)架設桿件支撐，空間廣闊，進而提升了安全性和作業(yè)效率。④為正確掌握和談論圍巖與支護的時間特點，可在進行室內(nèi)試驗的同時，在現(xiàn)場進行量測。量測內(nèi)容為襯砌內(nèi)的應力、圍巖與襯砌間的接觸應力以及圍巖的變位，據(jù)以確定圍巖的穩(wěn)準時間、變形速度和圍巖分類等最重要的參數(shù)，以便適應地質(zhì)情況的變化，實時改正設計和施工。量測監(jiān)控是新奧法的基本特點，量測的要點是圍巖和支護的力學特點隨時間的變化動向。襯砌的做法和施作時間是依照圍巖變位量測決定的。⑤地道支護在力學上可看作厚壁圓筒。它是由圍巖支承環(huán)和襯砌環(huán)組成的結構，且兩者存在共同作用。圓筒只有在閉合后才能在力學上起圓筒作用，所以除在堅硬巖層之外，敷設仰拱使襯砌閉合是特別重要的。圍巖的動向主要取決于襯砌環(huán)的閉合時間。當上半斷面超前掘進過多時,就相應地推遲了它的閉合時間,在地道縱方向形成懸臂梁的狀態(tài)而產(chǎn)生大波折的不良影響。其他，為防備惹起圍巖損壞的應力集中，斷面應做到無角隅，最好采用圓形斷面，及開挖斷面的圓順性，以減小應力集中。⑥圍巖的時間因素還受開挖和襯砌等施工方法的影響，它對結構的安全性起著決定的作用?？紤]掘進循環(huán)周期、襯砌中仰拱的閉合時間、拱部導坑的長度以及襯砌強度等變化因素，把圍巖和支護作為一個整體來謀求牢固。從應力重分布角度去考慮，全斷面一次開挖是最有利的;分部開挖會使應力頻頻散布而造成圍巖多次擾動受損。⑦巖層內(nèi)的浸透水壓力，必定采用排水舉措來降低。新奧法的支護結構到此刻仍處于經(jīng)驗設計的階段，它的前提是要科學地進行圍巖分類，并依照已經(jīng)修建的近似工程的經(jīng)驗，提出支護設計參數(shù)或標準設計模式。這種工程類比法還只考慮了巖體結構、巖塊單軸抗壓強度、弱面特點等工程..地質(zhì)性質(zhì)、坑道的跨度以及圍巖自穩(wěn)時間等主要因素，需在各樣設計與施工規(guī)程的推行過程中，依照量測數(shù)據(jù)加以修正。現(xiàn)場監(jiān)控設計，一般分紅起初設計階段和最后設計階段，后者是依照現(xiàn)場監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，經(jīng)剖析比較或計算后，最后提出設計。理論剖析和有限元數(shù)值計算，到此刻還不能夠得出充分可靠和滿意的結果，必定由上述兩種方法即經(jīng)驗和量測加以考證。7、新奧法合用范圍①擁有較長自穩(wěn)時間的中等巖體；②弱膠結的砂和石礫以及不牢固的礫巖；③強風化的巖石；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在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的巖石；在下述條件下應用新奧法必定與一些協(xié)助方法相當合①有強烈地壓展現(xiàn)的巖體；②膨脹性巖體（要與仰拱與底部錨桿相當合）；③在一些松弛巖體中，要與鋼背板與之配合；④在蠕動性巖體中，要與凍結法或預加固法等配合；在以下場合中應用應慎重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極為破裂，錨桿鉆孔、安裝都極為困難的巖體；④開挖面完滿不能夠自穩(wěn)的巖體等。8、礦山法與新奧法差別1）理念不同樣：礦山法認為巷道圍巖是一種荷載，應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，修建薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護結構（以發(fā)射混凝土、錨桿為主要手段）并使圍巖與支護結構共同形成..支撐環(huán)，來承受壓力，并最大限度地保持圍巖牢固，而不致松動損壞。新奧法將錨桿、發(fā)射混凝土適合進行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和發(fā)射混凝土來支護圍巖，使發(fā)射層與圍巖親密聯(lián)合，形成圍巖-支護系統(tǒng)，保持兩者的共同變形，故而能夠最大限度地利用圍巖自己的承載力。新奧法贊同圍巖由必然量的變形，以利于發(fā)揮圍巖的固有強度。同時巷道的支護結構，也應擁有預定的可縮量，以和緩巷道壓力。圍巖的變形是控制在必然范圍內(nèi)的，必定防備圍巖變形過大，進而致使圍巖強度的削弱致使惹起垮落、失穩(wěn)。支護結構擁有必然的變形量，贊同巷道圍巖產(chǎn)生必然的變形，以和緩來自巷道的巨大壓力，更進一步減少支護荷載。新奧法施工過程中量測工作的特別性由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復雜性，施工條件的復雜性，以及對工程設計參數(shù)的精準要求，得要經(jīng)過很多量測手段，在施工過程中對圍巖動向和支護結構工作狀態(tài)和支護結構工作狀態(tài)進行監(jiān)測。并用監(jiān)測結果改正初步設計，指導施工。（2）施工條件和環(huán)境不同樣：新奧法與傳統(tǒng)礦山法對照，除了能節(jié)儉大量木材外，還能夠?qū)崟r施作，所以能有效的控制圍巖變形，并充發(fā)散揮圍巖的承載能力。重申閉合支護使得新奧法更符合巖體力學的原則，有利于牢固圍巖；控制爆破比常例爆破要優(yōu)越得多，它能按設計要求有效的形成開挖輪廓線，并能將爆破對圍巖的擾動降低到最低的程度，新奧法的分塊在同樣的條件下都要少于傳統(tǒng)的礦山法，這是由于采用了噴錨支護的緣故。同時，由于沒有了礦山法中縱橫交叉的密布的木支撐，使得新奧法施工的工作空間大為闊展，給施工創(chuàng)辦了有利條件。3）新奧法顯然進步在于地道工程現(xiàn)場成立起信息收集和信息反應系統(tǒng)，進而弄清了圍巖、支護的變形及位移與..應力散布和變化的關系，為地道設計和施工供應了可靠的依照。這正是地道及地下工程的基本特點所決定的，即對監(jiān)控量測信息施工的重視。4）新奧法和礦山法是在不同樣的歷史時期創(chuàng)辦起來的專門系統(tǒng)工程技術，是地道設計和施工的技術法例，而不是一般意義上的施工技術或施工方法，更不是“工法”。即新奧法和礦山法表述的是各自的工程原理和技術指導原則，尤其是新奧法的工程原理和技術指導原則與傳統(tǒng)的工程技術方法有很大的差別，它要求信息化的設計一施工組織模式。若是沒有在地道施工現(xiàn)場成立起來有效的量測、監(jiān)控系統(tǒng)，并用于指導設計和施工，就妄談什么“新奧法”。5）有一種“礦山法包括新奧法，新奧法是礦山法的一個分支”的說法是不正確的。兩者解說原理、技術法例有差別，但對其推行擁有很多共同的方法和工藝。P6.第二部分新奧法施工力學基礎P7.1、地道結構物與地面建筑物的差別地面結構系一致般都是由結構和地基所組成,地基在結構底部起拘束作用,除自重外,載荷來自外面。地下結構系統(tǒng)由周邊圍巖和支護結構所組成，即地下結=支護結構+周邊圍巖,而且以地層為主,各樣圍巖在很大程度上是地下結構承載主體，支護僅用來拘束地層，使它不產(chǎn)生過大變形而損壞、坍塌。在牢固地層中能夠不設支護結.如陜北的黃土窯洞。地下結構所承受的載荷主要來自地層,稱為地層壓力或圍巖壓力。在地下結構系統(tǒng)中,地層既是承載結構的主要組成部分,又是荷載的主要本源，這種二合一的機理與地面結構完滿不同樣。P8.地道施工力學過程地道開挖后的力學過程，需認識清楚:..1、地道開挖、支護、襯砌就是圍巖應力變化后、再分布、再平衡的過程。2、地道的地質(zhì)環(huán)境。3、軟圍巖地道施工十八字目標的意義（管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早關閉、勤量測）。4、開挖和支護過程，圍巖內(nèi)應力、應變有必然規(guī)律。5、圍巖牢固性鑒別準則和判據(jù)。6、確定圍巖二次應力場和位移場的方法。7、支護阻力對圍巖的影響。8、圍巖壓力的形成。9、收斂和拘束P9.地道施工力學過程1）地道硐室形成與力學變化關系由于地層中初始應力的存在，地下硐室在開挖的過程中損壞了地層中原有的平衡狀態(tài)，使得開挖的毛洞周邊以及周邊地層的應力從頭散布。若是定義地層中的原始初應力場為一次應力狀態(tài)，則硐室開挖后，經(jīng)應力從頭散布，硐室周邊的應力狀態(tài)稱為二次應力狀態(tài)。襯砌修建周圍地層的變形必然碰到襯砌結構的拘束，這又使得二次應力狀態(tài)有所改變，所以將襯砌后的硐室周圍地層的應力狀態(tài)稱為三次應力狀態(tài)。地道施工過程從工序上就是開挖、支護，形成牢固硐室，但在應力散布、變化上，就是應力的從頭散布，不斷的平衡、再散布、再平衡過程。力學見解1、深埋與淺埋地下工程自己影響達不到地表，稱為深埋，反之為淺埋。深埋地下工程的特點：1）可視為無量體中的孔洞問題，孔洞各方向無量遠處，仍未原巖應力；（2）埋深等于或大于巷道半徑R0或其寬、高之半的20..倍時，巷道影響范圍（3—5R0）以內(nèi)的巖體自重能夠忽略不計；原巖水平應力能夠簡化為平均散布，平常誤差不大10%以下）；3）深埋地道水平長度較大時，可作為平面應力辦理，其他可作為空間問題辦理，或作為平面應變問題辦理。2、圍巖硐室開挖后，由于圍巖在開挖后消除了拘束，損壞了原巖應力場的平衡，惹起洞周各點的位移，應力進行從頭散布。但這種散布僅限于洞周必然范圍的巖體，平常稱這部分巖體為圍巖。圍巖的工程性質(zhì)主若是強度與變形兩個方面，與巖體結構。巖石物理力學特點、原始地應力、地下水有關。圍巖主若是各樣巖體，也包括土體。3、應力場應力場成因與自重應力場和結構應力場：這兩類應力場的基本規(guī)律有顯然的差別。圍巖的自重應力場比較好理解，它是地心引力和離心慣性力共同作用的結果。圍巖的結構應力比較復雜，按其形成的時間，分紅兩類——結構節(jié)余應力和新結構應力。隨著地道開挖支護，應力的頻頻散布、平衡，由初始應力場至二次應力場、三次應力場。初始應力場又稱原始地應力。由于巖體的自重和地質(zhì)結構作用，地下工程開挖前巖體中就已存在必然的地應力場，稱為圍巖的初始應力場。圍巖的初始應力場經(jīng)歷漫長的應力歷史而漸漸組成的，并處于相對牢固和平衡狀態(tài)。硐室開挖后，使得圍巖的開挖界線處消除了拘束，失去平衡，此時硐室周邊的應力都變成0，而在圍巖的界線上因開挖而產(chǎn)生的位移為0，其結果惹起硐室和圍巖變形，產(chǎn)生應力重散布，形成新的應力場，稱為圍巖二次應力場，這個范圍在橫斷面上約為6-10倍洞徑。因開挖地道而惹起的圍巖變形、損壞、應力流傳等所有巖石力學現(xiàn)象無一不與圍巖的初始應力場親密有關，都是初..始應力發(fā)展的連續(xù)。由于二次應力狀態(tài)的作用，若巖體強度很高，整體性好，斷面形狀合理，巖體的變形到必然程度就自行停止，也就是成立了新的平衡，圍巖是牢固的。反之，就需要設置支護系統(tǒng)，對圍巖位移進行拘束，相應的，支護結構承受圍巖壓力作用也將產(chǎn)生變形，變形后所能供應的阻力有所增加，而圍巖卻在變形中釋放了能量，也就是應力釋放，進一步變形的趨向有所減弱，一增一減，最后達到平衡，進而形成一個力學上牢固的地道結構系統(tǒng)，這就是三次應力狀態(tài)。P10.（2）地道地質(zhì)環(huán)境地道地質(zhì)環(huán)境包括地層特點,地下水情況,原始地應力狀態(tài),地溫梯度等，如:a、地道經(jīng)過地段的地形、地貌、地層、巖性(反應圍巖的層理情況、強度、阻水收效、風化特點等)、結構（斷層、褶皺、節(jié)理等）。b、洞身穿越地段可否經(jīng)過煤層、膨脹性地層等。c、不良地質(zhì)、特別地質(zhì)對地道的影響。d、地道地域的水文地質(zhì)條件、判斷地下水種類、水質(zhì)及補給本源，涌水量。e、剖析巖性、產(chǎn)狀、結構等。綜合剖析地道挖掘的牢固性。其中地道挖掘的牢固性是反應地質(zhì)環(huán)境的綜合指標.地道圍巖牢固性包括:（1）地道圍巖損壞或牢固的規(guī)律;2）影響牢固性的主要因素;3）標志圍巖牢固性的指標和判斷準則.長久以來,對地道工程地質(zhì)環(huán)境—圍巖牢固性問題的認識和辦理,主要以工程經(jīng)驗為依照,有些理論剖析方法,由于沒有很好地考慮地道圍巖“支護”和“載荷”的雙重作用,所以較難符合實質(zhì).P11.（3）地道開挖卸荷后圍巖彈、塑性區(qū)形成及特點地道開挖、支護，必定充分認識以下幾個方面的問題；..1）圍巖的初始應力狀態(tài)。2）地道開挖后圍巖的二次應力狀態(tài)和位移場。3）設置支護后圍巖的應力狀態(tài)，即圍巖的二次應力狀態(tài)和位移場，以及支護結構的內(nèi)力和位移。地道因開挖擾動，造成對應力的重散布，即二次應力場的形成。影響二次應力狀態(tài)的因素很多，如圍巖的初始狀態(tài)，巖體的結構因素（結構面、巖塊組合形態(tài)等）、斷面形狀、散布開挖斷面尺寸、埋深、坑道施工技術等?？拥篱_挖后圍巖應力位移可分為兩種情況：一種是開挖后圍巖仍處于彈性，是牢固的；一種是開挖后圍巖應力狀態(tài)高出圍巖的單軸抗壓強度，使坑道圍巖的一部分處于塑性、甚至廢弛狀態(tài)。圍巖碰到擾動后，從周邊開始漸漸向深部分為四個區(qū)域：松動區(qū)、塑性區(qū)（合成極限平衡區(qū)）、彈性區(qū)、原巖應力區(qū)。這四個區(qū)的輪廓線都是以巷道中心為圓心的同心圓。1）松動區(qū)：松動區(qū)由于施工擾動(比方施工爆破)，區(qū)內(nèi)巖體已經(jīng)被裂隙切割，越湊近巷道周邊越嚴重，其內(nèi)聚力趨近于0，內(nèi)摩擦角也有所降低，巖體強度顯然減弱，基本無承載能力，在重力的作用下，產(chǎn)生作用在支護上的松動壓力，顯然低于原巖應力，故也稱應力降低區(qū)，但巖體尚保持平衡，未發(fā)生冒落。在采用爆破等方法開挖的坑道中，易出現(xiàn)爆破松動區(qū)，該地域的范圍一般在0.5m左右。2）塑性加強區(qū)：區(qū)內(nèi)巖體呈塑性狀態(tài)，但擁有較高的承載能力，巖體處于塑性強度階段。區(qū)內(nèi)巖體應力大于原巖應力，最大的應力集中由圍巖周邊轉(zhuǎn)移到彈性區(qū)與塑性區(qū)的交界面上。塑性加強區(qū)這一地域是圍巖產(chǎn)生變形的本源。地道開挖后損壞了地層的原狀應力，在洞體周圍產(chǎn)生了很高的應力，此時，該處只存在切向應力和指向地道中心的徑向不平衡..力，切向應力由承載拱擔當，而關于徑向應力，毛洞是無法擔當?shù)?，所以要釋?在有支護的情況下一部分被初期支護擔當)。這就造成了洞體開挖后周圍的圍巖向地道中心發(fā)生位移，周邊的徑向應力漸漸趨向零，而切向應力隨著徑向位移而增大。這一應力狀態(tài)的變化致使巖體從初始的二軸(這里只察看平面應力狀態(tài))受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變成單軸受壓狀態(tài)，使得這一地域圍巖處于特別不利的受力狀態(tài)，當這一應力狀態(tài)高出巖體的強度極限時，洞室周圍出現(xiàn)了塑性地域或許損壞地域，產(chǎn)生塑性變形。若是洞室周圍塑性地域擴展不大，隨著徑向位移的出現(xiàn)，地層塑性地域達到牢固的平衡狀態(tài)，圍巖沒有達到承載能力的極限值；可是若是塑性地域連續(xù)擴展，則必定采用支護舉措拘束地層運動，才能保持洞室圍巖處于牢固狀態(tài)，這時為了阻攔地層運動，就顯出塑性變形壓力。3）彈性變形區(qū)：區(qū)內(nèi)巖體在次生應力作用下仍處于彈性變形狀態(tài)，各點的應力均高出原巖應力，應力消除后能夠恢復到原巖應力狀態(tài)；其次，開挖眼前面地層對已開挖區(qū)域的圍巖有某種程度上的縱向支撐作用，即產(chǎn)生縱向的承載拱，承載拱的跨度約為一倍洞徑。所以在開挖過程中不同樣橫斷面上的二次應力散布和變形是不同樣的，這種開挖面效應使得在開挖眼前面和后方必然范圍內(nèi)的二次應力場呈三維散布狀態(tài)。（4）原巖狀態(tài)區(qū)：巖體未受影響，仍處于原巖狀態(tài)。P12.（3）硐室圍巖應力重散布比較硐室開挖圍巖應力重散布狀態(tài)，取決于二次應力與圍巖強度的關系。若是洞周邊應力小于巖體強度，周邊處在彈性區(qū)，圍巖牢固，如Ⅰ、Ⅱ級圍巖；否則周邊圍巖將產(chǎn)生損壞或較大的塑性變形，圍巖一旦松動，若是不進行支護，則會向深處發(fā)展，形成必然的應力廢弛區(qū)，如纖弱圍巖。a、洞身周邊處于彈性區(qū)應力重散布地道開挖后的彈性二次應力狀態(tài)，能夠認為對位于自重..應力場的深埋地道，它形成的初始應力場為常量，也就是能夠假設圍巖的初始應力各處都是同樣。地道開挖后，在硐室周邊上主應力σθ、σr的差值最大（2σ），由此合成的剪應力最大，所以硐室周邊是最簡單損壞的，實踐證明，硐室的損壞老是從周邊開始，并漸漸向深處發(fā)展。而且漸漸向深處發(fā)展，從圖中能夠看出，隨著r增大，σθ、σr均快速湊近圍巖的初始應力，當r/r0高出5時，相差都在5%以內(nèi)。b、洞身周邊處于彈、塑性區(qū)應力重散布在松動圈形成過程中，原來周邊的高應力漸漸向深處轉(zhuǎn)移，形成新的應力增高去，該地域巖體被擠壓親密，形成主要承載圈，此圈之外為初始應力區(qū)。對出現(xiàn)松動圈的情況，需賞賜適合的支護阻力，控制塑性區(qū)不斷的向縱深處發(fā)展，但其開挖變形與支護時間，參數(shù)取決于塑性區(qū)情況，影響塑性區(qū)因素：（1）巷道所在處的半徑越大，塑性區(qū)半徑越大，且兩者成正比關系；（2）反應巖體的強度指標值越小、巖體強度越低，塑性區(qū)越大；（3）支架對圍巖的反力越大，塑性區(qū)范圍越小；若是不加支架，及支架對圍巖的壓力為0，則巷道圍巖中，塑性區(qū)為最大；（4）巷道中原巖應力越大，巷道埋深越深，則塑性區(qū)半徑越大。P13.（3）支護阻力對圍巖周邊位移散布的影響以前面可知，地道角應力是靠圍巖承載拱擔當，地道徑向引力依賴支護阻力拘束。地道開挖后立刻支護并取作用，只需支護阻力達到必然值，圍巖內(nèi)就能夠不出現(xiàn)塑性區(qū)，當支護阻力等于圍巖的初始應力時，洞壁徑向位移就會等于0；其次實踐證明，任何類其他圍巖都有一個極限變形量，高出這個極限值，巖體的強度急劇下降，造成巖體廢弛和塌落。而在較纖弱的圍巖中，這個極限值一般都小于無支護阻力時的最大徑向位移量，因此，在洞壁徑向位移高出后，圍巖就將失穩(wěn)，若是此時進行支護以牢固圍巖，其所需的支護阻力必然增大。..P14.支護與圍巖平衡狀態(tài)的成立（1）當支護特點曲線與圍巖特點曲線在D點以前的任意地點達到平衡，地道結構系統(tǒng)是牢固，主要由圍巖承載（變形壓力）；（2）當支護特點曲線與圍巖圍巖特點曲線在D點以前的沒有達到平衡，就會致使圍巖松動，失穩(wěn)，此時由支護結構承載（松動壓力）P15.核心——充分利用圍巖的自承能力1）二次應力一部分經(jīng)過變形由圍巖擔當，另一部分由支護擔當；2）圍巖與支護結構在不同樣地點成立平衡，作用在支護結構上的荷載是完滿不同樣，剛度大的支護不合理；3）圍巖松坍塌后，作用在支護結構上的荷載會急劇增大；4）較佳的支護工作點應該在D點以前，周邊D點處。P16.控制爆破——保護圍巖自承能力P17.錨噴支護——發(fā)揮圍巖自承能力P18.監(jiān)控量測——控制圍巖過大變形（坍塌）P19.（6）小結圍巖牢固性判據(jù)地道圍巖失穩(wěn)是圍巖二次應力與巖體強度特點作用的結果。二次應力的存在可否造成圍巖的失穩(wěn)損壞要擁有必然的轉(zhuǎn)變條件，即所謂判據(jù)。理論上鑒別地道圍巖牢固性的正確方法還沒有成立，工程實踐經(jīng)驗的判據(jù)包括以下三個方面；①圍巖的二次應力狀態(tài)與巖體強度的關系。知足巖體的強度條件是圍巖失穩(wěn)和損壞的必要條件。②圍巖的位移狀態(tài)和巖體變形能力的關系。知足圍巖的變形條件是造成圍巖失穩(wěn)損壞的充分條件。③圍巖局部落石的牢固性。局部損壞與整體牢固的關系，“要點塊”的塌落可造成整體失穩(wěn)。..2）收斂與拘束的見解地道開挖后，由于臨空面的形成，圍巖開始向洞內(nèi)產(chǎn)生位移，將這種位移稱之為收斂?？捎袃煞N發(fā)展趨向——牢固和損壞。在地道周邊設置支護結構，對巖體的搬動產(chǎn)生阻力，進而形成拘束。地道圍巖與支護結構的相互作用會素來連續(xù)到平衡為止，進而形成一個力學上牢固的地道結構系統(tǒng)。為了經(jīng)濟合理地設計支護結構，必定進一步研究地道圍巖的收斂與支護結構的拘束作用的機理。（3）支護阻力對圍巖位移的影響①在極限位移范圍內(nèi),圍巖贊同的位移大了,所需支護阻力就小,而應力重散布所惹起的結果大部分由圍巖擔當;②圍巖贊同的位移小了所需的支護阻力就大,圍巖的承載能力則得不到充發(fā)散揮。③支護結構能夠給圍巖供應拘束.任何一種支護結構總能對圍巖供應必然的拘束力,即支護阻力.4）支護結構的施作原則①必定與圍巖大面積牢固接觸，即保證支護結構與圍巖作為一個整體進行工作；②要贊同地道結構系統(tǒng)能產(chǎn)生有限制的變形，以充發(fā)散揮圍巖的承載能力；③要能分期施工，并使初期支護和后期支護主動配合，“主動”控制圍巖的變形；④支護結構最好設計成關閉