新奥法施工课件

新奥法施工1

新奥法(NewAustrianTunnellingmethod－NATM)是新奥地利隧洞施工法的简称，它是一种集设计、施工、监测于一体的科学的隧道施工方法。将地层视为连续介质体，在粘、弹、塑性理论的指导下，充分考虑了地层开挖隧道后，从变位发生、发展到岩土体出现破坏过程的时间效应特性，适时构筑柔性、薄壁、能与周围地层贴紧的支护结构，保护隧道周围地层的天然承载力，使其成为支护结构的重要组成部分，与人工构筑的支护结构共同作用，形成可靠的洞周支撑环，使隧道结构能保持长期稳定。

一、概述1、新奥法的概念23

新奥法是完全不同于传统矿山法的一种新理念，它摒弃了应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论，其基本内容可归纳为如下几点：1）钻爆开挖时宜采用对围岩扰动较小的控制爆破，尽可能采用大断面少部分的开挖方法，减少对围岩的扰动，以免破坏岩体的稳定。2）隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩的自身支护作用。2、新奥法的基本内容

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3）根据围岩级别，采用不同的初期支护，及时施作密贴于围岩的柔性支护（如钢拱架、喷射混凝土和锚杆等），以控制围岩的变形和松弛；4）在软弱破碎地段，使断面及早闭合，从而增加支护结构的刚度，有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性；5）二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修建，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高支护体系的安全度。5

6）尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑、圆顺，避免棱角突变处应力集中；7）在施工中对围岩和支护结构进行合理的监控测量，以便能够合理安排施工程序，修整不合理的设计和施工方法。

6总之，新奥法不能单纯理解为隧道施工的某一种方法，它是把隧道的设计与施工合为一体，以弹塑性理论的成果进行支护结构的设计，并以现场量测的手段修正设计、指导施工的一种新理念。这一新理念集中体现在支护结构种类、支护结构构筑时机、围岩压力、围岩变形这四者的关系上，自始至终贯穿于不断变更的设计、施工的过程中。光面爆破、锚喷支护和现场测量被称为新奥法的三大支柱。7

新奥法的适用范围很广，不同的地质条件—不论是好岩石还是差岩石，都可以采用，甚至在土层中都可以采用。但是，在地下水很旺盛的地层中若要采用新奥法，必须首先解决地下水的问题，否则开挖后的一次支护就很难做。

各种不同深度均可采用新奥法。

各种不同形状、不同断面的洞室均能采用新奥法。目前，新奥法的隧道类型有铁路、公路、水工隧洞、地铁以及几乎所有的其他地下工程。3、新奥法的应用范围8

4、新奥法的发展新奥法是在1948年由奥地利学者提出，并在1958年申请专利，1963年正式命名，随后得到逐步发展。起初用于自承能力较强的岩石隧洞，后来在软弱围岩中也得到了大量应用。近年来，在松散软弱的砂土质地层中采用新奥法技术修筑隧道也获得成功。应用工程的埋深从深达1000多米的山岭隧道到仅有几米的城市浅埋隧道。目前，新奥法原理已经成为世界各国隧道及地下工程中普遍遵循的原理。9

新奥法在我国也得到广泛应用和发展。早在20世纪60年代，新奥法的思想即被引入我国，70年代末至80年代初得到迅速发展。至今，重点难点的地下工程中都离不开新奥法的应用。如复杂隧道：大秦线军都山隧道的黄土浅埋段和洞内泥石流、大瑶山隧道的9号断层、宝中线大寨岭隧道等。10如长隧道：大瑶山隧道、米花岭隧道。如大断面隧道：二滩电站的导流洞（最大断面面积600m2以上）、太平驿电站直径达28.6m的调压井。如特殊地质隧道：南昆线家竹箐隧道（软岩高地应力大变形）。目前高速公路隧道已全面推广新奥法施工，同时，许多重点难点地下工程的建成带动了我国整个地下工程的发展。11包括：长台阶法、短台阶法、超短台阶法1）全断面开挖法2）台阶法3）分部开挖法

台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)

中隔壁法(单侧壁导坑法、CD、CRD法)

双侧壁导坑法(眼镜法)等二新奥法施工的分类按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。

121、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。

13(1)开挖断面与作业空间大、干扰小；(2)有条件充分使用机械，减少人力；(3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件；(4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。

全断面法施工特点14适用条件

(1)I-Ⅲ级围岩，在用于Ⅲ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。(2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。(3)隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。15作业线采用的大型机械设备开挖作业线钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸汽车（无轨运输时）、装渣机配合矿车及电瓶车或内燃机车（有轨运输时）喷锚作业线混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备模筑衬砌作业线混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车隧道机械化施工，有三条主要作业线，见下表162、台阶法根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定：第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短。第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。

171）长台阶法

长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，一般适用于地质条件较差的Ⅰ-V级围岩。长台阶法12>5L12L182）短台阶法

12L12>(1~1.5)L短台阶法短台阶法适用于地质条件差的Ⅲ-V级围岩，台阶长度定为10-15m，即1-2倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。

19123~5m微台阶法12L3）微台阶法

适用于Ⅴ-Ⅵ级围岩，一般为3-5m的台阶长度。微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。

203、分部开挖法

分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。

1）环形开挖留核心土法环形开挖留核心土法常用于Ⅵ级围岩单线和V-Ⅵ级围岩双线隧道掘进。

③①②②③①②212）侧壁导坑法

根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。单侧壁导坑法

单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。

侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞跨，高度以到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定，一般以施工互不干扰为原则。22①②③①②③由于单侧壁导坑法每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以它适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。23双侧壁导坑法

①①①②②③③适用于V～Ⅵ级围岩双线或多线隧道掘进。具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但进度慢，成本高。

243）中洞法中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。

①②②②①③③③254）中隔壁法(CD)

①②③④④⑤⑥①②③⑤⑥适用于V-Ⅵ级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。

265、交叉中隔壁法(CRD)

交叉中隔壁法适用于V-Ⅵ级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分为二至三步开挖中隔墙的一侧，并及时支护，待完成1-2部后，即开始另一侧l-2部开挖及支护，形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。

⑥①①②②③③④④⑤⑤⑥27新奥法的施工工序新奥法施工的基本原则新奥法的锚杆支护施工新奥法的喷射混凝土的施工新奥法的钢架施工三新奥法的施工技术281、新奥法的施工工序29少扰动——开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。

早支护——开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。

勤量测——指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法

紧封闭——一方面指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。

2、新奥法施工的基本原则30

（1）悬吊效应

（2）组合梁效应

3、新奥法的锚杆支护施工1）锚杆的支护效应31（3）加固效应32机械式锚固锚杆

2）锚杆的种类33粘结式锚固锚杆

34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。35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。3）锚杆的尺寸36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：37

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。

4）锚杆的质量检查38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4、新奥法的喷射混凝土的施工1）喷射混凝土的作用39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2）喷射混凝土的优缺点40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。3）喷射混凝土的喷射方式41湿喷：

湿喷是将砂、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。

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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：5、新奥法的钢架施工43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。44

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。

型钢钢架45工字型钢拱架46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。

格栅网构钢架

47格栅网构钢架

48四新奥法的辅助施工方法491、超前锚杆1）构造组成超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。

超前锚杆502）性能特点及适用条件特点：柔性较大，整体刚度较小。适用条件：应力不太大，地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。512、管棚1）构造组成管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。52a)棚管的环向布置b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向联接532）性能特点及适用条件特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。适用条件：主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎围岩隧道工程中。

543、超前小导管注浆b)注浆半径及孔距选择a<40cmrrb(取30cm)钻孔15oa)超前小导管布置小导管钢支撑0.2m3.5~6.0mc)小导管全图管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ25~35mm有缝钢管55

特点：浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。

适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。

564、超前深孔围幕注浆正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆57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。

8.4新奥法的监控量测1、监控量测的目的58

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。2、监控量测的基本要求593、量测内容和方法工程地质与支护状况的观察隧道地表沉降量测隧道净空收敛量测拱顶下沉量测围岩内部位移量测钢支撑应力量测喷层应力量测二衬应力量测60隧道地表沉降量测

61地表沉降观测

62地表沉降观测

63隧道净空收敛量测

64洞周收敛量测

65洞周收敛量测

测点666768拱顶下沉量测6970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