地下工程施工技术论文2

新奥法及其在水平巷道施工简述

摘要：简要叙述新奥法指导思想、阐明其原则并结合水平巷道施工实例，具体从安全、进度、质量、经济四个方面来说明新奥法是如何实现目标控制的。 关键词：新奥法；施工；目标控制

1、概述

二十世纪五十年代，奥地利学者缪勒、腊布希威表等人经过综合研究和实践, 提出了掘进地下工程新的原则。它于1951年～1955年首次应用于奥地利的普鲁茨—伊姆斯特发电站的压力隧洞施工中，在1962年第八次国际土力学会会议上被命名为奥地利坑(隧) 道掘进新方法(New Austrian Tunnelling Method)，简称新奥法(NATM) 。

新奥法是根据岩石力学理论，通过对隧道围岩动态的量测,积极调动围岩自承能力的隧道设计和指导施工的方法。其要点是及时依靠密贴于围岩的薄层喷混凝土及锚杆支护,以控制围岩的变形和松动,从而调整围岩的应力重分布而达到新的平衡，以便最大限度地保持住围岩的固有强度。它适用于各种不同的地质条件，尤其是较弱围岩或不良地质条件下施工。因此新奥法也常被称作为欧洲隧道掘进法、最小支承法、收敛约束法或特性曲线法等。它的原理适用于一切类型的支护，但不应只把喷锚支护误解为新奥法的同义语。喷混凝土锚杆、量测常被称为新奥法的三大要素。新奥法产生发展的历史与这三者密切相关【1】。

2、新奥法的指导思想和原则

地下工程是在岩(土) 体中挖掘的,施工中既要破碎工程内的岩体，又要保护工程四周的围岩。为了解决这一矛盾,人们经过长期的研究和实践，逐步发展了岩体力学、工程地质学和相应的量测技术，创造了光面爆破和喷锚支护新方法， 推动了地下工程的科学技术进步，为新奥法的形成和发展提供了理论，技术和经验。新奥法问世以来，已经过大量的实践检验，证明是成功的方法。它从当代岩体力学的一个重要观点出发，即围岩不仅是造成地下工程荷载的主要来源，也是地下工程承载结构的一个主要组成部份和承载结构的基本材料，十分重视坑道周边岩体的动态，要求利用围岩的承载能力和量测信息进行切合实际的设计与施工；十分强调在破岩掘进过程中要严格控制爆震,保护围岩的稳定性，充分发挥岩体的承载作用，以减少对支护作业的要求，提高施工的安全性和经济效益。总之, 保持围岩和利用围岩的承载能力是新奥法的指导思想和基本观点。

根据新奥法的创建人之一米勒教授的说明，新奥法不完全是一种开挖和支护的方法，而是一种新的概念新奥法开挖隧洞能否成功，取决于能否很好地遵循一

第2页 系列原则。米勒教授将新奥法的基本原则归纳成22条，其中主要的是： （一）隧洞的主要承载部分是围岩。围岩的强度主要取决于单个岩块之间的摩擦力，因此，必须尽一切可能防止围岩的松动，保持围岩的原有抗 力。在过去采用木支护或钢支护时，围岩的松弛是难以避免的，如采用喷混凝土及时封闭新开挖的岩面，就能防止圈岩松弛。

（二）支护的目的是为了更好地发挥和促进围岩的承载作用，和在岩体中建立承载环。为了能有效地形成承载环，必须正确地了解时间对围岩（或围岩加衬砌系统）性状的影响。为此,一方面要事前进行室内试验，另一方面要在隧洞内进行变形测量和变位测量。变形和变位测量是新奥法中不可缺少的工作。在隧洞开挖之前先设置量测地点，在量测地点安设观测仪表，在开挖过程中量测围岩变形。另外，围岩的分类、变形速度和稳定时间，也都是重要的因素。

（三）为了适合洞室开挖后应力重分布的需要，采用薄层和柔性衬砌，可减少挠曲破坏和弯矩。在衬砌需要加强时，不是增加其厚度，而是使用钢筋网、钢拱肋和锚杆。

（四）在静力学上，隧洞可视为由岩石承载环和支护或（和）衬砌组成的厚壁圆筒结构。因为圆筒只有在它没有缝口时才能在力学上发挥作用，所以，衬砌环的闭合特别重要，而不能指望由洞底岩层本身去起闭合环的作用。除了岩层特别坚固，不需要这种闭合的情况以外，都应设置仰拱。围岩的性状主要取决于衬砌环的闭合时间。如隧洞上班都掘进过快，延长了闭合时间，就会在隧洞纵的方向形成悬臂梁的状态，使拱部衬砌在纵的方向承受很大的挠曲作用，并使拱趾下面的岩体承受很高的荷载。

（五）从应力重分布的方面考虑，最好的开挖方法是全断面掘进。

（六）围岩和衬砌的整体化，在初次衬砌阶段就应该完成，此时围岩和衬砌已基本稳定。另外，为防止应力集中造成岩体破坏，断面要做成圆顺的形状，避免出现突变的角隔。【2】

根据我国对新奥法的实践经验，其施工基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。具体地说，无论用钻爆法还是部分断面掘进机法，均必须达到成型好，对地层扰动最小的要求，对开挖暴露面及时进行地质描述和锚喷加固，施工全过程应在监控量测下进行，并及时反馈，修正设计和施工方法，在软弱围岩地段应使断面及早闭合。

3、新奥法在水平巷道中的运用

新奥法是科学、先进、灵活的隧道施工方法。根据开挖后围岩的实际情况，灵活应用锚喷支护，使加固后的围岩形成自承能力。有人把新奥法和锚喷支护划等号。我们必须承认这种观点具有片面性，因为新奥法是以锚喷作为加固围岩的手段，但在实施锚喷支护过程中还应有非常严密的施工组织和现场围岩变形观测，必须通过观测来判断围岩的稳定状态，由观测获得的数据来指导施工，确定锚喷支护的合理参数，并提供2次衬砌的施作时间【3】。由此可见，锚喷支护仅仅是新奥法施工的一种手段，而不等同于新奥法，如果在巷道施工中能够灵活而正

第3页 确地应用新奥法，那么就可以减少或避免塌方。

3、1新奥法巷道施工

采用新奥法进行隧道施工，常用方法大致分为三类：

（1）全断面法 按照设计开挖面通过一次开挖成型，该法可以采用深孔爆破，常选用于IV－VI类硬岩的石质巷道。其开挖顺序是先进行开挖全断面，然后是支护锚喷，最后是灌筑砼衬砌。由于全断面开挖法施工作业空间比较大的，易于进行机械化作业，利用大型配套机械进行施工速度快，工序简单、干扰少，对施工的组织和管理比较方便。缺点是每循环工作量相对较大，围岩相对稳定性由于开挖面积较大而降低，施工单位进行全断面开挖时应具有较强的开挖、出渣与运输及支护能力。全断面施工开挖工作面大，缺点是每次深孔爆破震动较大，因为爆破对围岩的振动次数少，严格控制爆破作业，需要进行精心的钻爆设计。 （2）台阶法 将断面分成上半断面和下半断面两部分通过两次开挖施工成型成为台阶法。开挖顺序是上半部开挖后采用拱部锚杆喷射砼支护，进行拱部衬砌；下半部通过对中央部分和边墙进行开挖，边墙开挖时对锚杆喷射砼进行支护和衬砌。对于ⅱ、ⅲ类较软而节理发育的围岩中多适用台阶法。台阶开挖的特点在于：①台阶开挖不宜采用大型凿岩台车，而宜采用轻型凿岩机打眼。②台阶有利于开挖面的稳定性，台阶法开挖具有较快的施工速度和足够的作业空间。尤其是当上部挖通进行支护后，对下部作业桥安全支撑作用。③缺点：通过台阶法进行施工时上、下部台阶相互干扰彼此的施工作业，这是台阶法施工的不足之处。台阶开挖会增加对围岩的扰动次数，应注意下部作业时对上部稳定性的影响。 （3）分部开挖法 分部开挖法通常分为上下导坑法、台阶分部开挖法、单（双）侧壁导坑法、上导坑超前开挖法五种施工方案。分部开挖法利用对开挖断面进行局部开挖整体成型，因为分部开挖法是把某一部分作为前导提前开挖，所以又称导坑超前开挖法。与超台阶法相比，台阶分部法可以加长台阶，通常情况下单车道巷道为2倍洞跨，双车道巷道为1倍洞跨，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段；与单（双）侧臂导坑法相比台阶分部法机械化程度高，施工进度更快。对于上下导坑超前开挖法比较适用于Ⅱ、Ⅲ类围岩，在地层比较松软的地段开挖隧道，通常采用上下导坑超前开挖先拱后墙法。

新奥法自五十年代正式提出以来，发展迅速，先后在西欧、北欧、日本、美国以及其他国家和地区的各种地下工程中得到推广应用。应用范围包括城市地铁、地下水电站、水工隧洞、铁路和公路隧道以及其他地下工程。

我国自七十年代以来，也先后在一些隧道和地下工程中运用新奥法的原则进行设计和施工，取得了一些成效，但在铁路隧道中应用还不够普遍。今后应在实践的基础上，不断总结应用新奥法的经验，开展科研工作，以推动地下工程技术的发展。

3、2新奥法及其施工过程中的目标控制

（1）安全性

新奥法是一项有效地利用围岩强度、保持坑道稳定的方法。它重视开挖作业,

第4页 保持围岩强度, 重视岩体应力和位移量测, 增加许多量测和监测手段, 通过量测信息修改初步设计和指导施工, 从而有利于克服脱离实际的设计和盲目施工。这就使新奥法施工具有一定的安全可靠性, 可以认为它是一种治本的安全施工方法, 与过去侧重或只考虑支护结构, 而不注意岩体本身稳定性的治标方法有着很大的不同。

（2）经济性

新奥法实质上是掘进坑道的一种指导思想和原则，不能够片面地理解为某种开挖与支护的方法。把新奥法认为是一种支护方法或者采用锚喷支护就是新奥法的观点都是不对的。当然新奥法在支护方面确有其显著的特点，表现在通过量测信息、指导支护设计和施工，以薄壁柔性支护结构为主，支护顺序是在岩体松弛破坏之前先喷一层薄混凝土，然后根据量测信息，需要加强时再增加二次喷射混凝土、锚杆、金属网或钢拱支撑等。如不需要， 则可减少或不再支护。因此, 用新奥法的原则指导支护作业比较科学、灵活，支护时间和厚度合理，符合岩石多变的实际情况，不仅能够保证施工安全，并且能取得良好的经济效果。例如，美国一向使用钢拱支架与混凝土衬砌, 但纽约地下铁包给奥地利采用新奥法施工,按旧法造价700美元/m3 ,用新奥法为200～300美元/m3。

（3）进度和质量

新奥法重视开挖作业的质量，超挖少，塌垮少，装运岩石和支护工作量都相对较少。因此严格按照新奥法的要求施工，不仅工程质量好，并且可以缩短装运岩和支护时间，加快掘进速度。【4】

4、结束语

当前的隧道施工技术中，容易看出新奥法给传统的隧道施工方法、施工技术甚至隧道设计理念带来了重大冲击。尽管如此，在过程施工中也不乏失败的案例，我国推行新奥法的情况仍然应该说是不尽如人意。造成失败的原因很多，除了施工管理、质量控制、相关技术掌握等方面的因素外，有时隧道工程师对新奥法的实质缺乏正确的理解也是不可忽视的原因，今后应认真理解应用新奥法施工技术，以便使其更好地为我国的隧道工程项目服务。【5】

参考文献

[1] 徐伯梁.新奥法简介[J].非金属矿.1985年02期

[2] 伍修焘.什么是新奥法[J].《水力发电》.1981年03期

[3］李晓红.隧道新奥法及其量测技术.［M］.北京:科学出版社.2002． [4] 王守海.试谈新奥法的基本原则和特征[J].《探矿工程》.1984年06期 [5] 陈宝.谈新奥法隧道施工技术.[J].《中小企业管理与科技（上旬刊）》.2013

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