新奥法的22条原则

1、新奥法的22条原则新奥法的创始人之一，奥地利的L米勒（LMuller）教授根据多年来新奥法设计、施工与实践的经验教训、存在的问题与对策，于1978年总结出新奥法基本原则22条。（1）隧道是以其自身的围岩来支护的，衬砌与围岩应紧密地贴合在一起，使围岩与衬砌形成整体性结构。（2）在隧道的开挖过程中，应最大限度的保持围岩的原始强度。（3）尽可能地防止围岩松动，因围岩松动必将导致其强度降低。以往惯用的木支架、石材支架及钢拱支架不能与围岩紧密贴合，故不可避免的出现围岩松动。而采用喷射混凝土可以及时封闭围岩，因此可以防止围岩松动（图1）。图1防止引起岩体强度降低的围岩松动（4）应尽量避免围岩出现单向或双向

2、应力状态。井巷开挖后，岩体由三向应力状态转变为双向应力状态，岩体强度大大下降。若能及时锚喷，可提供足够大的径向支护抗力，使围岩从最不利的双向应力向三向应力状态转化。（5）恰当地控制围岩变形，即一方面要允许围岩向巷道空间收缩变位，以便形成岩石支撑环，而另一方面，又要限制其产生过大变形造成围岩强度降低。其措施是在围岩壁面施以支护结构来阻止围岩发生松动破坏（图2）。图2恰当地控制围岩变形（6）应适时地进行支护。既不能过早，也不能太晚。支护结构的刚度不宜太大，也不要过柔，以便充分发挥围岩自身的承载能力。（7）应该正确地确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素。（图3）是以隧道开挖后围岩能保持稳定的时间为

3、基础，对围岩进行分类。图3按围岩稳定时间对围岩分类根据不同的围岩其自承时间不同而采用不同的支护方式。作者在图中给出了1秒到100年的时间范围，根据围岩的自承时间将围岩分为AG共七类。可从图3中看出围岩A、B、C三类围岩的自承时间在3个月以上，主要支护形式为锚喷支护，D类为锚喷网支护，E、F、G三类为钢拱喷射混凝土支护。（8）如果预计在隧道开挖时围岩产生较大变形或松动，则所采用的支护应能覆盖全部开挖岩面并能与围岩紧密贴合。使用喷射混凝土能够达到这两点要求，而木支架或钢拱支架与围岩为点支撑，它只能有效地阻止围岩变形或松动。（9）第一次支护应该是薄壁柔性结构，以便最大限度地限制弯矩和由弯矩而引起的拉

4、裂破坏。一般采用的支护厚度为150mm250mm。（10）如果第一次支护的喷层的承载能力确实不能保证围岩的稳定性时，应通过打锚杆、挂金属网或增设钢拱架联合支护来解决（图4）。图4锚杆、喷混凝土、钢拱架联合支护（11）从力学角度上看，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与第一次支护、第二次支护构成的厚壁圆筒。围岩支承环和支护结构是在形变协调条件下共同工作的结构物。而传统的观点则是把隧道看成是双墩拱，认为该拱是承担围岩荷载的结构物。新奥法把围岩从加载的因素（或把支护从支撑概念）转变成承载的因素（或把支护变为加固概念）是个飞跃（图5）。图5围岩支承环与支护结构共同工作（12）当隧道为双层支护时，内

5、圈支护不宜太厚，且内外两层支护要紧密贴合，粘结为一个整体，不要成为摩擦结合，要使两层支护之间仅能传递径向力。（13）若采用二次支护时，第一次支护所形成的围岩支护系统就应该是稳定的。第二次支护（内衬砌）的作用在于进一步提高工程的安全性。但在有大量涌水时，或在围岩变形尚未稳定前就构筑第二次支护时，则一次支护与二次支护都需要考虑结构的稳定性问题。当渗水具有侵蚀性时，只有采取了防腐蚀措施时才能把锚杆看成是永久性支护的一个组分。（14）从力学上看，圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才能起到圆筒的作用，因此隧道要封底（围岩非常坚硬除外），形成闭合圆筒，且封底要及时，一般为仰拱（图6）。图6设仰拱形成闭合圆筒

6、（15）围岩的性态受封底时间的影响较大，若掘进工作面推进过快而延长了封底时间则使上拱圈承受不利的纵向弯矩，而下拱圈的岩石承受很高的应力。（16）隧道开挖后，破坏了原岩应力状态，围岩应力重新分布。为了不使应力重新分布过程复杂化并损坏岩体，应该采用全断面一次开挖。（17）隧道的施工方法影响着围岩的时间效应。因此，正确的施工方法对保证隧道的稳定性起着决定性作用。例如，一次掘进的长度、第一次支护的时间、封底时间、顶板上拱圈长度以及支护的反力等，均应系统地调整，以便控制围岩与支护系统的稳定过程。（18）为了避免隧道断面上尖角处的应力集中现象，应采用光滑的圆形断面。（19）正确确定围岩自承时间的手段是室内

7、实验、现场实验、围岩变形量测等。此外，围岩的裸露时间、变形速度和岩石分类也可以为确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素（第（7）条）提供重要数据。自1952年以来对围岩的变位量测工作就已成为新奥法施工不可缺少的工作了。（20）第一次支护的形式及其设置的时间应根据所测得的岩体变形来确定（图7）。图7岩体变形量测（21）混凝土应力测定、支护与围岩接触面应力测定及施工期间进行的收敛变形量测等测得的数据反馈到设计与施工中，是指导设计与施工的重要依据（图8）。图8支护压力的量测（22）围岩的渗流压力以及作用于支护上的静水压力可通过各种排水设施或手段使之消除。必要时，要在第一次支护和第二次支护之间，设置专

8、门的防水层来解决防水问题。上述的22条基本原理表明，不能把新奥法单纯地看成是一种施工方法或支护方法，而是一系列思想的综合和系统化，是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念。根据以上22条原理，新奥法的核心思想可归纳为以下三个方面：一、支护要充分发挥围岩的承载能力。新奥法根据现代岩石力学支护围岩共同作用原理，明确指出围岩是承载的主体，初次支护和最终衬砌的目的，是为了保证和调动围岩的强度，帮助围岩实现自撑，使隧道尽快形成一个能自撑的土壤或岩石承载环。围岩一旦风化松动，岩体强度会大幅度降低，要发挥围岩的承载能力，首先一点就是尽可能不损害围岩原有的强度。贯用的木支架和钢拱支架不能避免围岩出现松动，采

9、用喷混凝土或锚喷支护封闭围岩壁面可以防止围岩风化和松动，减少围岩强度的降低。因此，喷锚或锚喷支护是新奥法的重要特征。从力学角度讲，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与一次被覆、二次被覆构成的厚壁圆筒（图5）。支承环厚壁圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才能起到圆筒的作用，形成闭合环非常重要。围岩的工作特性取决于衬砌的封闭时间，因此，除非确认底板围岩是非常坚硬而无需设置底拱外，一般都要设仰拱，并且在施工过程中要尽快对底板进行支护以形成闭合环。二、建立二次支护概念。巷道开挖初期的应力调整过程中，围岩变形量大、速度快。为适应这一特点，新奥法要求支护既能抑制围岩变形、防止围岩开裂松动，又要具有一定的

10、可缩性，允许围岩适度变形，只有这样才能最大限度地减少支护受力，充分发挥围岩的支承能力。锚杆支护是一种可缩性支护，但是喷层、混凝土衬砌却是刚度较大的脆性支护；喷层厚度大则刚度大，在变形压力作用下很快就会破坏。为提高喷层和衬砌的柔性，初次支护要采用厚度较薄的薄壁结构，以减少弯矩，提高其变形适应能力。当初次支护强度需要增强时，可以使用锚杆、钢筋网及钢拱架，而不是增加喷层或衬砌的厚度。初次支护在于有控制地允许围岩变形，充分发挥围岩的支护能力，以较低的成本获得较好的支护效果。二次支护的作用是提高支护的安全度，根据新奥法原则，二次支护也应采用薄壁结构，当围岩变形稳定后适时地完成。三、建立隧道施工量测体系。

11、新奥法强调在隧道施工过程中进行系统的现场监测工作，以掌握围岩活动规律和巷道安全程度。新奥法的初次支护参数设计，是在岩石力学基本理论基础之上，按照围岩分类及工程类比方法确定的，只有通过现场实测，才能对设计参数进行进一步的优化，达到最佳支护效果。因此，量测工作是评价初次支护是否合理、施工方法与工艺是否正确、围岩状态是否稳定和确定二次支护时机的科学依据。监测工作伴随着巷道施工的全过程，量测工作的好坏，是按新奥法施工能否成功的重要前提。（23）新奥法的应用范围 大家都公认新奥法是隧道设计和施工可以接受的一种方法，它已有40多年的历史，而且今后肯定还会继续发展。近几年来，由于在松软地层中采用新奥法施工的

12、慕尼黑地铁、伦敦希思罗快车隧道、圣保罗地铁等工程发生了严重的坍塌事故，从而引起了对新奥法的非议。本文从工程设计程序上考察了新奥法的设计范围、危险程度和实施方面。1 什么是新奥法 首先应当弄清什么是新奥法。隧道与隧道工程杂志1981年发表的布朗的新奥法展望一文中明确地阐述新奥法是一种探索或基本原理，而不是一种施工方法和概括的主要法则。他指出，许多论文根据隧道开挖和施工谈到新奥法，好象所用技术是施工方法的组成部分，尤其是与使用格梁和喷射混凝土支护有关系。 相互制约的支护系统主要依靠锚杆和喷射混凝土支护相结合来有效地控制围岩变形。但支护系统并不局限于此，其他支护技术同样能满意地提供稳定性和控制变形的

13、效果。因此，新奥法是有关应用一套原理作为可靠的隧道工程施工的组成部分。 在自稳时间很短或有屈服可能的地方，尽可能保持岩体的剪切强度是一关键要素和重要法则。施工中应用这一法则的最佳手段由拉布希威兹、米勒和潘切尔在50年代和60年代就形成公式并明确表达，标志着隧道工程技术大大前进了一步。 由于分析方法越来越复杂和有关地层支护技术的进步，很容易忘记40年代、50年代还没有计算机。而现在看来过于简单的叙述，当时则为重要的用途服务。同样，另一些人也得到类似的结论。这应归功于拉布希威兹和他的同事们，(他们)提出了解和促进相互制约支护(主要是锚杆)的使用和严格施工程序。荣誉也应归功于他们坚韧不拔地应用这些原

14、理，尤其是在检验和提出需要系统检测的要点上。他们对检测的尝试产生了更好地用仪器仪表量测的方法，而且首先集中在了解岩石强度、地应力和所需支护特性之间的关系。 1996年，针对科瓦里的批评，高鲁萨扩展了新奥法概念。在“岩体承载功能、一般法则和特殊法则”的讨论中，高鲁萨详细陈述了在不同地层条件下多年的施工经验总结。在岩体承载功能上直接回答了科瓦里的批评，即拱的形成，可能需要某些帮助来维持稳定性是很自然的，而且不需要新奥法的帮助就能实现。自然，科瓦里是对的，但不幸的是绝大多数新奥法论文在序言中都叙述了有关“自承”拱的形成。 布朗的观点，尤其是高鲁萨强调涉及设计和施工的基本原理的框架已经用公式表示。它采

15、用了一些实际情况和很早以前就确立的法则，且由于没有把新奥法的内在联系作为一种设计概念，使其简化或允许其作为某些隧道工程的独特之处，不能把它认为是方法。 已经接受该概念及其法则的应用是可靠的隧道工程实施的组成部分。有许多新奥法刊物提出了新奥法应用的真实见解，施工中对管理及应用需要采取的措施，以及需要保证其成功实践的观察水平。 这些论点强调了对其应用需下个定义并合理地管理。如果地层特性不能准确确定(在设计阶段很少能准确确定)，而采用特定支护系统和施工顺序要达到一定地层和支护特性的目标，则必然会有风险。所以，根据设计和施工形成任一方法的基础就是风险管理，建议称作新奥法。安德生和兰斯推荐的施工中一套风

16、险管理系统中，开始追踪在隧道工程项目中执行风险管理和控制程序的需要。这是可喜的，也许限制了讨论性质，或者根本认为是需要的。结果给人们的印象是新奥法及使用喷射混凝土，尤其是在城市地区，不知何故而存在缺陷。 象其他任何方法一样，新奥法要求在许多方面加以判断。并非新奥法本身有毛病，而是需要在工程设计过程中保证有充分的核实，对那些判断进行适当平衡，以获得降低成本、保证安全的效果。这样就能适用于所有隧道工程项目，而不管它使用什么方法。 由此可知，新奥法是一个基本原理，就此而论，它能够以多种形式出现。隧道施工中所有这些形式都在提出框架的有效范围内，而且保持有效的成拱作用。需要更多地注意实际执行情况，重点是

17、设计和施工管理。这是新奥法发展中合乎逻辑的步骤。2 观察的方法 在岩层多变环境中，合理的支护要素能控制变形。虽然，最终支护水平和施工时间的选择，包括一次支护和二次支护，只能通过观察地层和支护系统的性能(变形)来确定。在施工各阶段，要求保持地层和衬砌的应变与稳定性并存是十分必要的和实用的，但总不能在设计阶段就准确地确定这种平衡。 在施工中如果发现设计有问题需停止施工，则很难实现“全过程进行监督”的设计。“全过程进行监督的设计”的定义是在详细设计之后不再需要进一步修改的设计。施工中可能进行修改是观察方法的基本要求，也就是说，施工中靠观察方法对设计进行必要的调整，而且与风险和这种探索有关，需进行管理

18、。 最大概率(MP)和最大不利(MU)条件的概念普遍使用这种方法。虽然如此，不论设计是按照潘克斯的建议，或某些其他根据，都取决于风险水平和破坏后果。3 工程设计程序 从应用新奥法施工的许多隧道工程中明显看出(假设管理程序是合理的)，如果在正确的理论指导和合理的范围使用，就能非常成功。这要根据工程设计程序看。工程设计程序一般分初步设计、技术设计和施工三个阶段。 这三个阶段的划分适用于所有隧道工程而不论这些工程是否采用新奥法(附图)。这就提出了一个切合实际的框架，包括新奥法，并承认有些设计并不是新奥法或相似方法，而且也不需要在可能变动的施工中互相制约的设计方法。附图 工程设计程序方框图 重点有两种

19、密切相关的管理程序，包括设计和风险。区分这种差别十分重要，以便把新奥法作为一种设计方法来理解。例如，从设计观点看，不能将新奥法同大多数设计方法对比，因为它们不是同等的。在这个意义上，只有拉布希威兹和高鲁萨的半经验选定隧道断面尺寸才能提供某些对比。 根据分析，能很方便地进行快速、简单的收敛-封闭计算，预测有支护和无支护的变形量。可以做冯耐尔-潘切尔式图解来帮助评价最适合这种条件的支护方法。这阶段准备的设计大纲能有助于采取这种分析，或根据过去的实例提出可供预想地层条件使用的一种岩石支护。 这些能直接用于施工，或在设计阶段进行更系统的分析。如果用设计大纲直接指导施工，就代表高风险策略。这种方法能否归

20、于新奥法，更多地取决于设计人员的经验和偏爱。 在风险管理方面，弄明确将确定最佳的设计和施工方法的危险是很重要的，这要取决于鉴定复杂的地层条件和选择与这种评价协调的设计和施工方法。这一程序必然会导致决定风险水平是否需要一种全过程进行监督的设计，或者是否能使用观测的方法。合理的支护系统和观测的方法结合符合作为一种方法的新奥法的要求。 只要和新奥法的基本原理一致，不论使用那一种方法，在这一点上都不能加以限制。经验的、分析的(包括拉布希威兹和高鲁萨半经验地选定隧道断面尺寸)、或数值的、或这三者的任意结合，都是可以接受的。对于一般质量好的岩石，经验法是可接受的。对于复杂的岩石条件，总是需要更严密地考虑地

21、层-支护的相互作用。这是经验法的一大缺点。施工中适当地反应地层条件需要了解支护地层的岩石力学性质，这方面的知识要靠培训和大量的施工经验积累获得。 英国施工和设计管理(CDM)细则规定，设计人员进行风险评估是一项法定程序。看来，新奥法的文章很少谈到这一点；而在使用观测的方法时，安全仍是其关心的问题之一。某些大断面隧道坍塌的事例表明，不仅在施工阶段，而且在初步设计和技术设计阶段同样需要作出切合实际的决定。 英国希思罗快车隧道坍塌事故导致健康安全执行委员会提出对新奥法作为一种方法进行综合考察。得出的结论是新奥法是隧道设计和施工的一种可以接受的方法，只要开发的管理和控制程序能和风险水平一致。合理的控制

22、程序包括估计控制变形极限和衬砌支护上的压力，如果监测结果表明可能有问题的话，需确定临时加固措施予以补救。 任何施工方法都能用观测法提出与新奥法基本原理一致的有关结果。当评价所选择的方法时，必需了解能允许有效应力再分配的隧道开挖断面的几何形状，最大可能范围维持岩体强度或者在自稳时间短的地方完全支护地层的支护系统。 这就要求工程师们到达现场，他们应弄清新奥法的基本原理，而且能把这些原理应用到有关的施工技术中。对于新奥法来说，这是基本的，也是其成功的一个主要原因。与有关分析相比，更需要了解施工关键阶段的反应。 如附图所示，观测法需要在该系统中形成回路，允许不断地重新计算参数供设计采用，并在施工中监测

23、、反馈后，在“所需要的”基础上调整设计。如果只考虑这一程序，潘克就能概括出标准，或任何类似的符合新奥法的标准。这是维护其自身权益的一项主要研究。虽然如此，如果一条运行隧道是用盾构或全断面隧道掘进机施工，或以钢筋混凝土预制弧板作永久支护，则没有回路返回到设计阶段，只在检验性能时进行有关监测。 施工过程中的管理程序目前已有了很好的文件，这是对隧道工程的一大贡献，它将符合象新奥法一类的方法。但必须考虑到风险管理是设计程序的补充，在任何重大工程项目上，都是一般管理和控制程序的组成部分。（24）新奥法的研发与特点新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 （L. V. RABCEW ICZ） 教授于 50 年代提

24、出的， 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础， 将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究， 于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展， 已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国， 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今，可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM.新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。 1 新奥法施工特点： 1.1及时性 新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时

25、空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。 在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。 1.2封闭性 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。 巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节

26、理和凹穴，大大提高了围岩的强度。（提高围岩的粘聚力C和内摩擦角）。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。 1.3粘结性 喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用： 联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。 复和作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷

27、锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。 增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。 1.4柔性 喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩

28、的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。 2新奥法理论要点及施工要点： 2.1 新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。 新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施

29、。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。 新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。 2.2保护巷道围岩自身的承载能力 新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围筵强度。使其与人工支护结构共同承受巷道压力。 2.3允

30、许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时巷道的支护结构，也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。 围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。 2.4新奥法施工过程中量测工作的特殊性 由于岩体生成条件与地质作用的复杂性，施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，得要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测。并用监测结果修改初步设计，指导施工。 量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改

31、设计的依据，因而能够预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。 由上所述，新奥法的支护原则是：围岩不仅是载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。 3新奥法的主要支护手段与施工顺序： 新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，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。 施工顺序可以概括为：开挖一次支护二次支护。 3.1开挖 开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次

32、支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为2-2.5米，在膨胀性地层中大约为0.8-1.0米。 3.2第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土 在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（3-5mm），为争取时间在较松散的围

33、岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。 按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后应达到设计厚度（一般为10-15mm），并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。 完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。 在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的

34、作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。 在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度。 一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。 对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。 4新奥法适用范围： 具有较长自稳时间的中等岩体； 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩

35、； 强风化的岩石； 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩； 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土； 微裂隙的，但很少粘土的岩体； 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 有强烈地压显现的岩体； 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）； 在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合； 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 大量涌水的岩体； 由于涌水会产生流砂现象的围岩； 极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体； 开挖面完全不能自稳的岩体等。 5 新奥法的缺点主要有： 实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人

36、员都十分熟练，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。 开挖暴露出的地质会立即|考试大|改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题； 用能控制的施工量测，往往给施工带来不便； 干喷射带来的灰尘以及由于易|考试大|受化学药品的损害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体。 新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路

37、隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。 不可否认，新奥法也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。隧道工程的进步建国以来我国隧道工程建设作了回顾，并以秦岭隧道、广州地铁、北京地铁、以及上海地铁等重大工程为例，论述了浅埋矿山法、掘进机法、盾构法和沉埋管段法等现代隧道修建方法的运用和技术进步。 1我国隧道工程建设的发展 1.1. 历史的回顾 1999年8月，我国最长的铁路隧道位于西安安康铁路上的秦岭隧道贯通。当人们在为这条18.4km长的顺利建成而激动不已的时候,很容易想到50年代在宝成铁路上修

38、建的2km长的另一座“秦岭”隧道。 不同时期修建的穿越秦岭山脉的两座隧道是中国隧道工程技术进步的最好见证。40年前修建的2km长的秦岭隧道差不多是用人力艰难地修成的。那时，手持式凿岩机和小型矿车几乎是仅有的施工机具。40年后的今天，在西（安）（安）康铁路上18.457km长的秦岭隧道的修建中则使用了包括全断面掘进机在内的现代隧道施工机具，实现了隧道施工机械化。 追溯我国现代隧道工程的历史，总要提到1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上建成的216m长的狮球岭隧道。据说，这是我国最早修建的一条铁路隧道。 1908年，由杰出的工程师詹天佑博士主持，在北京至张家口的铁路上用18个月的时间修建了长109

39、1m的八达岭隧道,在中国近代隧道修建史上写下了重要的一页。然而，大规模地修建各种用途的隧道还是从新中国成立开始的。 在50年代初，为了避免修建长隧道，常常尽可能地采用迂回展线来克服地形障碍，使线路靠近地表。宝成铁路翻越秦岭的一段线路就是采用短小隧道群迂回展线的一个实例。在这段线路上有34座隧道，最长的秦岭隧道其长度仅为2363m。但是，根据当时的技术水平，修建这样一座长度在2km以上的隧道也并不是一件容易的事。由于在施工中首次使用了风动凿岩机和轨行式矿车，使得宝成铁路秦岭隧道的修建成为从“人力开挖”过渡到“机械开挖”的标志。 隧道工程技术发展第二个阶段的代表性工程是60年代中期修建的成都昆明铁

40、路。成昆铁路全长1085km,隧道竟占31%。其中关村坝隧道和沙马拉打隧道长度均在6km以上。在这批隧道的施工中采用了轻型机具，分部开挖的“小型机械化”施工，修建速度达到了“百米成洞”（平均每月单口成洞100m ）的水平。 我国修建长度10km以上的铁路隧道的实践是从修建14.295km长的双线隧道大瑶山隧道开始的。在这座隧道的施工中，采用凿岩台车，衬砌模板台车和高效能的装运工具等机具配套作业，实行全断面开挖。大瑶山隧道是我国山岭隧道采用重型机具综合机械化施工的开端，将隧道工程的修建技术和修建长大隧道的能力提高到一个新的阶段，缩短了同国际隧道施工先进水平的差距。 在此以后修建的许多长大隧道基本

41、上都是按“大瑶山模式”施工的。不久前建成的南昆铁路上长度为9388m米花岭隧道，就创造了单口月成洞502.2m的好成绩。 综合机械化施工和相关技术的发展大大提高了修建长隧道的能力。这引起了铁路线路设计思想的变化。正在修建中的西安安康铁铁路在穿越秦岭时就不再像40年前修建宝成铁路那样采用迂回曲折的展线,而决定修建18.4km的越岭隧道。显然，长隧道的修建使线路顺直，提高了运营标准。 1.2. 现代隧道修建方法 西康线秦岭隧道工程由1号线和2号线两座隧道组成，通过混合片麻岩及花岗岩。其中2号线隧道是用钻爆法开挖的。采用轨行门架三臂钻孔台车、挖掘装载机、大容积梭式矿车等重型机具先开挖断面为2630m

42、2的导坑，平均月进尺达264m。值得指出的是，在2号线导坑的开挖中采用直径1.3m的风管，110kW风机创造了单台风机独头通风距离6000m的记录。超过6000m 后，再串联一台风机，到独头通风距离9500m时，作业面空气仍符合标准要求。 秦岭隧道的1号线隧道则是用直径为8.8m的全断面掘进机开挖的。它遇到的是强度超过200MPa的硬岩，其困难是可想而知的。 “钻爆法和掘进机，孰优？”曾经引起隧道工程师们的讨论。结论很明显：尽管中国人发明了火药，足以让我们引以为自豪，但是我们并不认为钻爆法是开挖岩石隧道的唯一手段。英法海峡隧道使用掘进机的经验给了我们重要参考。实际上，在中国的一些水工隧道的开挖

43、中已经取得了不少使用掘进机的成功经验。这些经验对于秦岭隧道掘进机施工十分有价值。 山岭隧道矿山法修建技术的发展仅仅是隧道工程技术进步的一个侧面。现代隧道技术的内容应涵盖适用于不同条件的各种不同修建方法。 据资料考证，狮球岭隧道是采用技术简单的明挖法修建的。而在一百多年后的今天，我们简直可以说，中国人已经掌握了所有的现代隧道修建方法和修建技术。 广州地铁就是一个十分有趣的例子，在刚刚建成的第一期工程中使用了现代隧道修建的各种方法。从烈士陵园站至天河体育中心站采用浅埋矿山法修建；从黄沙站至公园前站的区间隧道采用了二台泥水混合盾构；而从公园前站至烈士陵园站是用一台土压平衡盾构修成的；跨越珠江的水下隧

44、道则采用了沉放管段。其余部分区间隧道采用明挖法修建。 正在建设中的二号线，仍有一部份区间隧道用矿山法修建，而跨越珠江的水下隧道则采用盾构法施工。 1.3统计资料 根据不完全统计，目前我国大陆铁路隧道总数达5300余座，总长度为2500km ，其中5km以上隧道就有22座（表1）我国长度5km以上的铁路隧道表1编号 隧道名 全长(m) 铁路名 修建年代 1 秦岭 18457 西康 正在施工 2 大瑶山 14294.47 京广 1981-1987 3 长梁山 12780 朔黄 正在施工 4 米花岭 9383 南昆 -1996 5 军都山 8460 大秦 1982-1987 6 云台山 8145 侯

45、月 -1991 7 分水关 7228 横南 1997 8 驿马岭 7031.9 京原 1967-1969 9 寺铺尖 6407 朔黄 正在施工 10 沙马拉达 6383.3 成昆 1959-1966 11 八盘岭 6340 溪田 1987-1993 12 平型关 6188.6 京原 1967-1971 13 关村坝 6187 成昆 1961-1966 14 奎先 6152 南疆 1975-1978 15 南岭 6061.8 京广 1981-1987 16 红旗 5848.3 京通 1973-1975 17 彭莫山 5592 焦柳 1971-1973 18 大巴山 5334 襄渝 1970-19

46、73 19 六盘山 5240 宝中 1990-1994 20 武当山 5226.1 襄渝 1969-1973 21 平关 5139.87 盘西 1966-1970 22 白家湾 5058 大秦 1982-1986 80年代以来,由于我国高等级公路的兴建,公路隧道建设的发展也很快。目前，我国大陆已建成450多座公路隧道，总长度达120km。其中，3km以上的隧道15座。在四川省和重庆市的范围内，就有3座4km以上长度的隧道正在修建。 在水电站地下工程和水工隧洞方面，最引人注意的是黄河小浪底工程和万家寨引水工程。在总长192km的万家寨引水隧洞中，最长的达43km,直径为4.24.3m,用两台掘进

47、机开挖。 2.“新奥法”的引进和矿山法的发展北京地铁工程 在讨论我国矿山法隧道修建技术的发展的时候，不能不提到新奥法（NATM）理念的引进。新奥法的引进是从锚杆和喷混凝土一类“主动型”的新型支护技术的推广使用开始的。很快地，中国的隧道工程师就不但在实质上而且在名词上接受了新奥法。在国内举行的隧道及地下工程学术会议上，新奥经常成为热门话题。 工程师们对新奥法的津津乐道是有理由的：运用新奥法原则，已经成功地在软弱围岩中和困难条件下修建了各种类型的地下工程。 修建在砂夹砾石松散地层中的北京地铁复兴门折返段隧道就是一个典型的例子。该隧道位于北京最主要的街道长安街下，长358m，最大开挖断面高9m，宽1

48、4.5m隧道顶部复盖地层最小厚度仅9.0m。隧道采用部份断面掘进机开挖，格栅拱加强的喷混凝土初期支护以及小导管预支护，在不影响地面交通，确保地下管线安全的情况下修建成功。 在这个工程中所取得的经验，使中国工程师认识到，运用新奥法原则可以将一般用于山岭隧道的矿山法的应用范围拓展到在软弱围岩，甚至于在第四系地层中的浅埋市政隧道以取代传统的明挖法或盾构法。在中国，这种方法称之为“浅埋矿山法”。 继复兴门折返线隧道以后，同样在砾夹卵石的冲积层中又用浅埋矿山法修建了跨度为21.67m的西单地铁车站。 在修建位于长安街下的北京地铁新线工程时,浅埋矿山法被选择为主要的施工方法。例如，北京地铁天安门西站，长2

49、26m，为双层两柱式结构。 广州地铁东段也是采用浅埋矿山法修建的。经验证明，从地面环境的保护,地表沉降的挖制，以及造价、工期等角度看，浅埋矿山法同明挖法或盾构法相比都具有一定的竞争力。 中国工程师从欧洲引进了新奥法，并且结合中国的情况对新奥法及其相关技术，诸如支扩手段，量测和监控技术等作了进一步的开发。作为新奥法的一项重要背景技术的喷混凝土在中国已经被广泛使用。同国际上的情况一样，为了解决长期以来困扰着人们的粉尘污染环境，回弹严重以及混凝土品质的不均匀性等问题，正在大力推行湿喷工艺。最近由铁道科学研究院西南分院开发了一种“转子活塞”型的新型喷射机，这种机型采用湿喷工艺，即往机器中加入按配合比制

50、备好的成品混凝土拌和料，但物料输送又区别于一般的泵送式湿喷机，采用稀薄流输送方式。因此机器结构紧凑，使用方便。目前已在国内推广。 可以毫不夸张地说，新奥法的推行确实引起了矿山法修建技术在开挖方法、施工技术乃至于隧道设计思想方面的重大变革。尽管如此，仍然应该说我国推行新奥法的情况并不尽如人意。在诸多工程中也不乏失败的实例。除了施工管理、质量控制和相关技术的掌握等方面的原因外，主要在于隧道工程师们有时对新奥法的实质缺乏正确的理解。 对于“新奥法”一词的内涵，人们的认识有一个发展的过程。诚如它的名词本身New Austrian Tunnelling Method所表述的那样，新奥法的创始人最初是将它

51、作为一种同新型支护相关的隧道修建方法提出来的。但后来发现，将新奥法拘泥于一种特定的施工方法或具体的支护技术将会使其推行受到很大的局限。于是，在一些文献中强调新奥法是一种“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。阐明这一点，有重要的现实意义。事实上，在一些工程中，由于照搬某些新奥法工程中具体施工方法而不注意结合本工程的实际来体现新奥法的原则而遭到失败。我本人经历过一个软弱围岩中的特浅埋隧道施工，在使用新奥法的过程中曾发生坍通地表的大坍塌。其原因种种，其中有一条就是照搬某些高地应力地层中隧道的做法，片面强调支护的柔性，强调在初期支护施作后要尽可能让变形释放，而

52、没有及时施作二次支护。 那么，什么是新奥法概念的内涵？有人归结为22条，有人归结为7条。其实，只有一条，那就是保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。从这样一个原则出发，可以根据隧道工程具体条件灵活地选择开挖方法、爆破技术、支护形式、支护施作时机和辅助工法。至于对围岩变形的控制，根据不同情况，有时应强调释放，有时应强调限制。其目的都是为了“保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。 3.盾构法修建技术上海地铁工程 同北京不同，上海的市政隧道大部份要通过淤泥质粘土或淤泥质亚粘土，承载力低，含水量高，灵敏度大，渗透系数小。盾构法势必成为隧道修建的主要方法。 1970年上海隧道工程公司使用直径为10.2m的挤

53、压式盾构法修建了穿越黄浦江的第一条水下隧道，从而实现了中国在盾构法修建隧道“零的突破”。 如今，盾构已在土层隧道的施工中广泛使用。上海地铁一号线总长为18.5km单线园形区间隧道（内径5.5m，外径6.2m）就是全部采用盾构法开挖的。 用于上海地铁一号线的土压平衡盾构外径为6.34m，由法国FCB公司设计，主要部件及控制设备从法国进口。车架、拼装机、螺旋机、皮带机、搅拌机等设备则由上海配套制造。一号线完成后，这些盾构经修复已用于二号线的掘进。盾构推进时地表沉降可控制在-1cm+3cm的范围内。 在修建穿越黄浦江的延安东路南线水下隧道时从日本三菱重工引进了直径11.22m的大型泥水平衡盾构，取得了很好的使用效果。事实表明，适当地从国外进口一些先进的盾构设备，不仅满足了建