隧道工程第9章-新奥法教材课件

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与19.1.1新奥法的由来与产生的历史背景新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即NewAustrianTunnelingMethod，缩写为NATM。9.1新奥法的基本概念第9章新奥法1.新奥法的由来9.1.1新奥法的由来与产生的历史背景新奥29.1新奥法的基本概念9.1.1新奥法的由来与产生的历史背景2.产生的背景1.锚杆支护在20世纪初出现2.喷射混凝土机在1940年代末研制成功3.岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据

第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.1新奥法的由来与产生的39.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念1.新奥法用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念1.49.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念2.新奥法的三大要素控制爆破喷锚支护监控量测3.三项作业开挖初次支护二次支护第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念2.59.1新奥法的基本概念9.1.3新奥法原理的要点1.承载体系：支护结构+围岩2.少扰动围岩3.即允许又限制围岩的变形4.复合式衬砌（初期支护和二次衬砌）5.初期支护应尽量做成柔性的6.要尽可能使结构做得园顺7.进行有效的监控量测8.通过“排堵措施”解决衬砌渗水第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.3新奥法原理的要点16

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与79.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开挖后的应力状态1.三种应力状态初始应力状态（原岩）二次应力状态（开挖后）三次应力状态（支护后）2.基本假定视围岩为均质的、各向同性的连续介质只考虑自重应力场隧道形状以规则的圆形为主无限体中的孔洞问题第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开89.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开挖后的应力状态3.隧道开挖后的应力状态弹性应力状态:围岩强度高、稳定性好。弹塑性应力状态:围岩屈服，塑性区有一定的承载力。第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开99.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.2围岩稳定性判据1.岩体强度判据洞室周边围岩应力>岩体强度极限1）脆岩：σ二次>强度极限2）软岩：σ二次>强度极限2.围岩变形判据u>[u]第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.2围岩稳109.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲1.围岩特征曲线第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特119.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲2.支护特征曲第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特129.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲3.围岩与支护结构平衡状态的建立

第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特13

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与149.3新奥法的施工技术9.3.1施工程序第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.1施工程序第9章159.3新奥法的施工技术9.3.2施工基本原则新奥法施工的基本原则可扼要地概况为：“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”9.3.3喷射混凝土1.喷射混凝土的特点

充填裂隙加固围岩封闭围岩壁面防止风化喷射混凝土与围岩组成共同承载体系第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.2施工基本原则新奥法施169.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土2.喷射混凝土的优缺点

优点：柔性支护支护及时不用模板、拱架施工工艺简单缺点：回弹量大、止水性弱第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土2.喷射179.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式1）干喷：干喷是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后以高速喷射到岩面上。第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射189.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射199.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式2）潮喷：潮喷是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥拌均匀，从而降低上料合喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射209.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式3）湿喷：第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射219.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成1）喷射混凝土的材料（1）水泥

喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优先采用325号以上的普通硅酸盐水泥。第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射229.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成1）喷射混凝土的材料（2）砂子（3）石子（4）速凝剂一般为水泥质量的2%～4%（喷拱部时可用3%～4%，喷边墙时可用2%～3%），水泥浆初凝应不大于5min，终凝应不大于10min。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射239.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成2）喷射混凝土的配合比和水灰比质量比

—水泥：中砂或中粗砂：石子

隧道边墙采用1:(2～2.5):(2～2.5)隧道拱部采用1:2:(1.5～2.0)

水灰比

—一般为0.4～0.5

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射249.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备

喷射作业的机械(具)设备主要包括：混凝土喷射机、上料机、搅拌机、机械手、混凝土运送搅拌车、混凝土喷射三联机等。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射259.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备第9章新奥法1）混凝土喷射机（1）双罐式混凝土喷射机

（2）转体式混凝土喷射机9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射269.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备1）混凝土喷射机（3）转体式混凝土喷射机(4)转盘式混凝土喷射机9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备1279.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备2）搅拌机

由于采用干式喷射机，喷射时混合料是干料，拌合时易产生粉尘。因此，应采用涡轮浆强制式混凝土搅拌机，最常用的是J4-375型(原JW－375型)搅拌机。3）压缩空气机(俗称空压机)

为了防止压缩空气中的油水混入喷射混凝土中，在高压风进入混凝土喷射机前必须先通过油水分离器，把油水过滤排掉，避免喷射混凝土产生结块、堵管等现象。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备2289.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备4）机械手9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备4299.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备5）混凝土喷射三联机9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备5309.3.4喷射混凝土的施工工艺1.喷射混凝土的施工准备材料、机械(具)的准备施喷场地准备

2.施喷作业（指干式喷射）1）风、水压

风压：风源风压应稳定在0.4～0.65MPa。

水压：规定喷射作业区的系统水压应大于0.4MPa。

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺1.喷射混凝土的施工准备319.3.4喷射混凝土的施工工艺2.施喷作业（指干式喷射）2）喷嘴与受喷岩面之间的距离和角度

距离：喷嘴与受喷岩面之间的距离以0.8～1.2m为宜角度：垂直向刚喷射过的混凝土部位倾斜不大于10°3）一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间

厚度：根据喷射效率、回弹损失等因素确定。

间隔时间：当采用红星一型速凝剂时可在5～10min以后进行下一次喷射。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺2.施喷作业（指干式喷射329.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理原因：

粗集料过大(粒径大于25cm以上)水泥硬块或其它杂物混合料(主要是砂)湿度过大(大于6%)风压偏低另外若司机操作不对混合料未吹完就停风误开放气阀而停风9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理原因339.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理处理：喷射机司机应立即关闭马达，随后关闭风源。喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处。找到堵管部位后，可将风压升到0.3～0.4Mpa(不超过0.5Mpa)，并用锤击堵管部位，使其畅通。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理处理349.3.4喷射混凝土的施工工艺4.喷射混凝土的养护

《铁路隧道施工规范》规定：喷射混凝土终凝后2h起即应开始洒水养护，洒水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为定，养护期不得少于14昼夜。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺4.喷射混凝土的养护359.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土工艺

国内目前多使用SEC法喷射混凝土施工技术。优点：粘结性能良好回弹量少(低于15％)粉尘浓度低(小于10mg/m3)强度高且稳定一次喷射厚度大(可达10～40cm)有涌水时也容易喷敷9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土369.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土工艺

SEC法喷射混凝土施工的工艺流程

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土379.3.4喷射混凝土的施工工艺6.钢纤维喷射混凝土工艺7.喷射混凝土的质量检查原材料进库检查与验收喷射混凝土强度检查喷层与围岩粘结情况的检查喷层厚度的检查9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺6.钢纤维喷射混凝土工艺38

9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（1）悬吊效应

（2）组合梁效应

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（1399.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（3）加固效应9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（3）加固效应9.3409.3.5锚杆2.锚杆的种类1）机械式锚固锚杆

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类1）机械式锚固锚杆9.419.3.5锚杆2.锚杆的种类2）粘结式锚固锚杆

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类2）粘结式锚固锚杆9.429.3.5锚杆2.锚杆的种类3）摩擦式锚固锚杆

当隧道通过软弱围岩等地段时，机械式锚杆锚固容易失效，粘结式砂浆锚杆施工不便，而采用摩擦式锚杆则可以收到良好的支护效果。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类3）摩擦式锚固锚杆439.3.5锚杆3.锚杆的布置锚杆的布置分为局部布置和系统布置

1）局部布置

锚杆局部布置的原则：

拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉。拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。

锚杆的间距：

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置锚杆的布置分为局部布置和449.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置9.3459.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置

锚杆系统布置的原则：锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵横间距为0.6～1.5m。系统锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，在Ⅴ、Ⅵ级围岩中，锚杆间距宜为0.5～1.2m。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置锚杆系统布469.3.5锚杆4.锚杆的尺寸1）锚杆直径锚杆一般采用16Mn或5号钢，条件不具备时可用3号钢。对于端部锚固的锚杆，其抗拉力大于或等于设计锚固力，即：

则锚杆直径d：常用的锚杆直径一般为18～22mm。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆4.锚杆的尺寸1）锚杆直径锚杆479.3.5锚杆4.锚杆的尺寸2）锚杆长度起悬吊作用的锚杆：长度须穿透不稳定块体并在坚硬稳定岩体内有一定锚固长度。软弱围岩中系统布置的锚杆：岩体视为单一塑性体，锚杆的长度应穿过塑性区。按施工经验来确定锚杆长度：中等以上硬质围岩：软弱围岩：9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆4.锚杆的尺寸2）锚杆长度起悬吊作489.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺1)材料及配合比

钢筋：宜采用螺纹钢筋；水泥：选用不低于325号的普通硅酸盐水泥；砂子：严格过筛的粒径不大于3mm的中、粗砂；速凝剂：红星一型，掺量为水泥质量的2%～4%；骨料比：1：1～1：1.2；水灰比：0.4～0.45。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺1)材料及499.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺2）灌浆设备

孔径应大于锚杆直径15～20mm，在灌浆前应用高压风将孔眼吹净。3）钻孔

4）注浆及安装锚杆

将注浆管插入到孔底，在注浆的同时，将注浆管徐徐向外拔出，待注浆管口距钻孔口20～30cm时，停止注浆，然后将锚杆插入至孔底部将砂浆挤满钻孔。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺2）灌浆设备509.3.5锚杆6.锚杆的质量检查

锚杆质量检查，包括长度、间距、角度、方向、抗拔力等。其中主要是抗拔力试验，对于重要工程可增作灌浆密度试验。如抗拔力不符合要求时，一般可用加密锚杆予以补强。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆6.锚杆的质量检查519.3.6钢架对于自稳时间很短的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道；浅埋偏压隧道；隧道处于粉细砂、大面积淋水等地段；为了抑制围岩过大的变形。使用条件：

架设后立即受力，且强度和刚度均较大，可承受开挖时引起的松动压力。钢架的最大特点：钢架可分为：型钢钢架和格栅网构钢架两种类型。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架对于自稳时间很短的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道；使用529.3.6钢架1.型钢钢架

工程上采用的型钢钢架有：工字型钢、H型钢、槽钢、U型钢、钢管及钢轨等材料。缺点：钢架较重，架设困难；不便于加工制作；钢架与喷射混凝土结合不良，粘结力较小。目前现场只有十分必要时才使用。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架1.型钢钢架工程上采用53工字型钢拱架工字型钢拱架549.3.6钢架2.格栅网构钢架特点：质量轻，制作容易，架设方便，省工省料；与喷射混凝土结合良好，能形成整体钢筋混凝土结构；易与锚杆、超前小导管形成整体。

钢架的纵向间距应根据所支护的围岩而定，一般为0.75～1.2m，两榀钢架之间设置直径为20～22mm的纵向钢拉杆。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架2.格栅网构钢架特点：质量轻，制作容55格栅网构钢架

格栅网构钢架56

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与579.4新奥法的监控量测9.4.1目的为设计和修正支护结构形式和参数提供依据；正确选择开挖方法和支护施作时间；为隧道施工和长期使用提供安全信息；是研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。第9章新奥法9.4新奥法的监控量测9.4.1目的为设计和修正支护589.4新奥法的监控量测9.4.2监控量测的内容和方法1.基本要求尽快埋设测点；进行一次量测的时间宜尽量短；传感元件要有较好的防震、防冲击波的能力，且能长期有效；测设的数据要求直观、正确、可靠；测试仪器要有足够的精度。第9章新奥法9.4新奥法的监控量测9.4.2监控量测的内容和方法599.4.2监控量测的内容和方法2.量测内容和方法1）工程地质与支护状况的观察2）隧道地表沉降量测

9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法2.量测内容和方法1）609.4.2监控量测的内容和方法2.量测内容和方法2）隧道地表沉降量测

9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法2.量测内容和方法2）61地表沉降观测

地表沉降观测62地表沉降观测

地表沉降观测639.4.2监控量测的内容和方法3.隧道净空收敛量测9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法3.隧道净空收敛量测964洞周收敛量测

洞周收敛量测65洞周收敛量测

洞周收敛量测669.4.2监控量测的内容和方法4.拱顶下沉量测9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法4.拱顶下沉量测9.4679.4.2监控量测的内容和方法5.围岩内部位移量测

围岩内部相对位移的测孔，一般与周边位移测线相应布置，以便使两项测试结果能够互相验证，协同分析和应用。围岩内部位移测孔布置9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法5.围岩内部位移量测68围岩内部位移量测

围岩内部位移量测699.4.2监控量测的内容和方法6.钢支撑应力量测9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法6.钢支撑应力量测9.70钢支撑应力量测

钢支撑应力量测71钢筋计测格栅应力钢筋计测格栅应力729.4.2监控量测的内容和方法7.喷层应力量测9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法7.喷层应力量测9.4739.4.2监控量测的内容和方法7.喷层应力量测喷层应力测点的布置9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法7.喷层应力量测喷层应749.4.2监控量测的内容和方法8.二衬应力量测9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.2监控量测的内容和方法8.二衬应力量测9.475二衬应力量测二衬应力量测769.4.3监控量测数据处理与应用1.量测数据的处理与分析9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.3监控量测数据处理与应用1.量测数据的处理与分779.4.3监控量测数据处理与应用2.围岩稳定性判据

如果位移时态曲线始终保持，说明位移速率不断下降，这是稳定的标志。当位移—时间曲线出现反弯点，也即位移出现反常的急剧增长现象时()，表明围岩和支护已呈不稳定状态或危险状态，应加密监视，并适当加强支护，必要时应立即停止开挖并进行施工处理。9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.3监控量测数据处理与应用2.围岩稳定性判据789.4.3监控量测数据处理与应用3.量测数据的反馈信息反馈的目的，就是进行施工管理和调整支护设计，以确保施工的安全性和设计的经济性。

量测的动态管理分为“量”和“质”2个方面，凡可以用数字大小表述的量测项目，归结为“量”的管理，如周边位移、拱顶下沉、锚杆轴力等。1）施工管理9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.4.3监控量测数据处理与应用3.量测数据的反馈79施工方法变更的建议；施工工序的更改；预留变形量的修改或确认；设计参数的修改或确认；采用辅助施工措施的建议。3）反分析计算9.4.3监控量测数据处理与应用3.量测数据的反馈2）信息反馈修正设计信息反馈修正设计的内容：9.4新奥法的监控量测第9章新奥法施工方法变更的建议；3）反分析计算9.4.3监控量测数据80思考题：

1.什么是隧道工程的动态设计？

2.隧道开挖前后的应力状态是什么？

3.锚杆支护的原理表现在那些方面？第9章新奥法思考题：1.什么是隧道工程的动态设计？2.隧道开挖前后的81

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与829.1.1新奥法的由来与产生的历史背景新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即NewAustrianTunnelingMethod，缩写为NATM。9.1新奥法的基本概念第9章新奥法1.新奥法的由来9.1.1新奥法的由来与产生的历史背景新奥839.1新奥法的基本概念9.1.1新奥法的由来与产生的历史背景2.产生的背景1.锚杆支护在20世纪初出现2.喷射混凝土机在1940年代末研制成功3.岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据

第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.1新奥法的由来与产生的849.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念1.新奥法用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念1.859.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念2.新奥法的三大要素控制爆破喷锚支护监控量测3.三项作业开挖初次支护二次支护第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.2新奥法的基本概念2.869.1新奥法的基本概念9.1.3新奥法原理的要点1.承载体系：支护结构+围岩2.少扰动围岩3.即允许又限制围岩的变形4.复合式衬砌（初期支护和二次衬砌）5.初期支护应尽量做成柔性的6.要尽可能使结构做得园顺7.进行有效的监控量测8.通过“排堵措施”解决衬砌渗水第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.1.3新奥法原理的要点187

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与889.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开挖后的应力状态1.三种应力状态初始应力状态（原岩）二次应力状态（开挖后）三次应力状态（支护后）2.基本假定视围岩为均质的、各向同性的连续介质只考虑自重应力场隧道形状以规则的圆形为主无限体中的孔洞问题第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开899.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开挖后的应力状态3.隧道开挖后的应力状态弹性应力状态:围岩强度高、稳定性好。弹塑性应力状态:围岩屈服，塑性区有一定的承载力。第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.1洞室开909.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.2围岩稳定性判据1.岩体强度判据洞室周边围岩应力>岩体强度极限1）脆岩：σ二次>强度极限2）软岩：σ二次>强度极限2.围岩变形判据u>[u]第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.2围岩稳919.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲1.围岩特征曲线第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特929.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲2.支护特征曲第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特939.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特征曲线与支护特征曲3.围岩与支护结构平衡状态的建立

第9章新奥法9.2隧道施工过程中的力学解析与分析9.2.3围岩特94

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与959.3新奥法的施工技术9.3.1施工程序第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.1施工程序第9章969.3新奥法的施工技术9.3.2施工基本原则新奥法施工的基本原则可扼要地概况为：“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”9.3.3喷射混凝土1.喷射混凝土的特点

充填裂隙加固围岩封闭围岩壁面防止风化喷射混凝土与围岩组成共同承载体系第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.2施工基本原则新奥法施979.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土2.喷射混凝土的优缺点

优点：柔性支护支护及时不用模板、拱架施工工艺简单缺点：回弹量大、止水性弱第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土2.喷射989.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式1）干喷：干喷是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后以高速喷射到岩面上。第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射999.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射1009.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式2）潮喷：潮喷是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥拌均匀，从而降低上料合喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射1019.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射混凝土的喷射方式3）湿喷：第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土3.喷射1029.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成1）喷射混凝土的材料（1）水泥

喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。优先采用325号以上的普通硅酸盐水泥。第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射1039.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成1）喷射混凝土的材料（2）砂子（3）石子（4）速凝剂一般为水泥质量的2%～4%（喷拱部时可用3%～4%，喷边墙时可用2%～3%），水泥浆初凝应不大于5min，终凝应不大于10min。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射1049.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射混凝土的材料及其组成2）喷射混凝土的配合比和水灰比质量比

—水泥：中砂或中粗砂：石子

隧道边墙采用1:(2～2.5):(2～2.5)隧道拱部采用1:2:(1.5～2.0)

水灰比

—一般为0.4～0.5

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土4.喷射1059.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备

喷射作业的机械(具)设备主要包括：混凝土喷射机、上料机、搅拌机、机械手、混凝土运送搅拌车、混凝土喷射三联机等。

第9章新奥法9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射1069.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备第9章新奥法1）混凝土喷射机（1）双罐式混凝土喷射机

（2）转体式混凝土喷射机9.3新奥法的施工技术9.3.3喷射混凝土5.喷射1079.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备1）混凝土喷射机（3）转体式混凝土喷射机(4)转盘式混凝土喷射机9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备11089.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备2）搅拌机

由于采用干式喷射机，喷射时混合料是干料，拌合时易产生粉尘。因此，应采用涡轮浆强制式混凝土搅拌机，最常用的是J4-375型(原JW－375型)搅拌机。3）压缩空气机(俗称空压机)

为了防止压缩空气中的油水混入喷射混凝土中，在高压风进入混凝土喷射机前必须先通过油水分离器，把油水过滤排掉，避免喷射混凝土产生结块、堵管等现象。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备21099.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备4）机械手9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备41109.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备5）混凝土喷射三联机9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.3喷射混凝土5.喷射混凝土的机械(具)设备51119.3.4喷射混凝土的施工工艺1.喷射混凝土的施工准备材料、机械(具)的准备施喷场地准备

2.施喷作业（指干式喷射）1）风、水压

风压：风源风压应稳定在0.4～0.65MPa。

水压：规定喷射作业区的系统水压应大于0.4MPa。

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺1.喷射混凝土的施工准备1129.3.4喷射混凝土的施工工艺2.施喷作业（指干式喷射）2）喷嘴与受喷岩面之间的距离和角度

距离：喷嘴与受喷岩面之间的距离以0.8～1.2m为宜角度：垂直向刚喷射过的混凝土部位倾斜不大于10°3）一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间

厚度：根据喷射效率、回弹损失等因素确定。

间隔时间：当采用红星一型速凝剂时可在5～10min以后进行下一次喷射。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺2.施喷作业（指干式喷射1139.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理原因：

粗集料过大(粒径大于25cm以上)水泥硬块或其它杂物混合料(主要是砂)湿度过大(大于6%)风压偏低另外若司机操作不对混合料未吹完就停风误开放气阀而停风9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理原因1149.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理处理：喷射机司机应立即关闭马达，随后关闭风源。喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处。找到堵管部位后，可将风压升到0.3～0.4Mpa(不超过0.5Mpa)，并用锤击堵管部位，使其畅通。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺3.堵管问题的处理处理1159.3.4喷射混凝土的施工工艺4.喷射混凝土的养护

《铁路隧道施工规范》规定：喷射混凝土终凝后2h起即应开始洒水养护，洒水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为定，养护期不得少于14昼夜。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺4.喷射混凝土的养护1169.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土工艺

国内目前多使用SEC法喷射混凝土施工技术。优点：粘结性能良好回弹量少(低于15％)粉尘浓度低(小于10mg/m3)强度高且稳定一次喷射厚度大(可达10～40cm)有涌水时也容易喷敷9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土1179.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土工艺

SEC法喷射混凝土施工的工艺流程

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺5.水泥裹砂法喷射混凝土1189.3.4喷射混凝土的施工工艺6.钢纤维喷射混凝土工艺7.喷射混凝土的质量检查原材料进库检查与验收喷射混凝土强度检查喷层与围岩粘结情况的检查喷层厚度的检查9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.4喷射混凝土的施工工艺6.钢纤维喷射混凝土工艺119

9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（1）悬吊效应

（2）组合梁效应

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（11209.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（3）加固效应9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆1.锚杆的支护效应（3）加固效应9.31219.3.5锚杆2.锚杆的种类1）机械式锚固锚杆

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类1）机械式锚固锚杆9.1229.3.5锚杆2.锚杆的种类2）粘结式锚固锚杆

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类2）粘结式锚固锚杆9.1239.3.5锚杆2.锚杆的种类3）摩擦式锚固锚杆

当隧道通过软弱围岩等地段时，机械式锚杆锚固容易失效，粘结式砂浆锚杆施工不便，而采用摩擦式锚杆则可以收到良好的支护效果。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆2.锚杆的种类3）摩擦式锚固锚杆1249.3.5锚杆3.锚杆的布置锚杆的布置分为局部布置和系统布置

1）局部布置

锚杆局部布置的原则：

拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉。拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。

锚杆的间距：

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置锚杆的布置分为局部布置和1259.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置

9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置9.31269.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置

锚杆系统布置的原则：锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵横间距为0.6～1.5m。系统锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，在Ⅴ、Ⅵ级围岩中，锚杆间距宜为0.5～1.2m。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆3.锚杆的布置2）系统布置锚杆系统布1279.3.5锚杆4.锚杆的尺寸1）锚杆直径锚杆一般采用16Mn或5号钢，条件不具备时可用3号钢。对于端部锚固的锚杆，其抗拉力大于或等于设计锚固力，即：

则锚杆直径d：常用的锚杆直径一般为18～22mm。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆4.锚杆的尺寸1）锚杆直径锚杆1289.3.5锚杆4.锚杆的尺寸2）锚杆长度起悬吊作用的锚杆：长度须穿透不稳定块体并在坚硬稳定岩体内有一定锚固长度。软弱围岩中系统布置的锚杆：岩体视为单一塑性体，锚杆的长度应穿过塑性区。按施工经验来确定锚杆长度：中等以上硬质围岩：软弱围岩：9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆4.锚杆的尺寸2）锚杆长度起悬吊作1299.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺1)材料及配合比

钢筋：宜采用螺纹钢筋；水泥：选用不低于325号的普通硅酸盐水泥；砂子：严格过筛的粒径不大于3mm的中、粗砂；速凝剂：红星一型，掺量为水泥质量的2%～4%；骨料比：1：1～1：1.2；水灰比：0.4～0.45。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺1)材料及1309.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺2）灌浆设备

孔径应大于锚杆直径15～20mm，在灌浆前应用高压风将孔眼吹净。3）钻孔

4）注浆及安装锚杆

将注浆管插入到孔底，在注浆的同时，将注浆管徐徐向外拔出，待注浆管口距钻孔口20～30cm时，停止注浆，然后将锚杆插入至孔底部将砂浆挤满钻孔。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆5.钢筋砂浆锚杆的安装工艺2）灌浆设备1319.3.5锚杆6.锚杆的质量检查

锚杆质量检查，包括长度、间距、角度、方向、抗拔力等。其中主要是抗拔力试验，对于重要工程可增作灌浆密度试验。如抗拔力不符合要求时，一般可用加密锚杆予以补强。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.5锚杆6.锚杆的质量检查1329.3.6钢架对于自稳时间很短的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道；浅埋偏压隧道；隧道处于粉细砂、大面积淋水等地段；为了抑制围岩过大的变形。使用条件：

架设后立即受力，且强度和刚度均较大，可承受开挖时引起的松动压力。钢架的最大特点：钢架可分为：型钢钢架和格栅网构钢架两种类型。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架对于自稳时间很短的Ⅴ、Ⅵ级围岩隧道；使用1339.3.6钢架1.型钢钢架

工程上采用的型钢钢架有：工字型钢、H型钢、槽钢、U型钢、钢管及钢轨等材料。缺点：钢架较重，架设困难；不便于加工制作；钢架与喷射混凝土结合不良，粘结力较小。目前现场只有十分必要时才使用。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架1.型钢钢架工程上采用134工字型钢拱架工字型钢拱架1359.3.6钢架2.格栅网构钢架特点：质量轻，制作容易，架设方便，省工省料；与喷射混凝土结合良好，能形成整体钢筋混凝土结构；易与锚杆、超前小导管形成整体。

钢架的纵向间距应根据所支护的围岩而定，一般为0.75～1.2m，两榀钢架之间设置直径为20～22mm的纵向钢拉杆。9.3新奥法的施工技术第9章新奥法9.3.6钢架2.格栅网构钢架特点：质量轻，制作容136格栅网构钢架

格栅网构钢架137

9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与分析9.3新奥法的施工技术9.4新奥法的监控量测第9章新奥法9.1新奥法的基本概念9.2隧道施工过程的力学解析与1389.4新奥法的监控量测9.4.1目的为设计和修正支护结构形式和参数提供依据；正确选择开挖方法和支护施作时间；为隧道施工和长期使用提供安全信息；是研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。第9章新奥法9