隧道新奥法施工的原理及常见施工方法.ppt

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1、隧道新奥法施工的原理及常见施工方法 新奥法的发展 新奥法的发展可谓历尽坎坷。1951 1953 年建成的伊泽雷-阿尔斯电站的压力隧洞,采用锚杆支护取得成功。径向设置的锚杆与隧道的围岩及喷射混凝土一起形成了一个拱圈。可以说,锚喷支护的发展直接为新奥法理论奠定了基础。新奥法自1958 年申请专利以来,在奥地利、德国、日本、中国、英国、美国、意大利、法国、瑞士、巴基斯坦、希腊、韩国等国家得到了应用。应用的隧道类型有:水工隧洞、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道以及几乎所有其它的地下工程。新奥法开始在岩质较好的地层中应用,后来随着经验的不断丰富,较差地层中也开始应用新奥法并获得成功。目前,新奥法原理已经成为

2、世界各国隧道及地下工程中普遍遵循的原理。伴随新奥法原理的推广应用,其有关技术(如喷射混凝土技术、量测技术以及隧道开挖技术等)得到不断发展和完善,尤其以钢格栅代替传统的型钢支撑,使得新奥法应用范围扩大到较差围岩的领域。经过几十年的不断发展和完善,新奥法及其相关技术已经达到相当高的水平。但是但是,近年来近年来,由于由于将新奥法应用于将新奥法应用于难度越来越大难度越来越大的工程中的工程中,其失败的工程案例有所增加其失败的工程案例有所增加,特别特别是英国希思罗机场隧道和德国慕尼黑地铁隧道的塌方是英国希思罗机场隧道和德国慕尼黑地铁隧道的塌方,在国际上引起了对在国际上引起了对新奥法使用界限以及新奥法原理正

3、确性的大讨论。国外有些学者对新奥法新奥法使用界限以及新奥法原理正确性的大讨论。国外有些学者对新奥法提出了质疑提出了质疑,有的甚至完全否定了新奥法的存在价值。有的甚至完全否定了新奥法的存在价值。新奥法的发展我国在二十世纪七十年代引入新奥法，得到迅速推广，取得了良好的技术经济效果。无论在硬岩隧道还是在软岩(土)隧道中，应用新奥法都有不少的成功实例，并积累了不少经验，制定了众多的“规程”或“标准”。在软岩(土)隧道中采用新奥法，一开始就抓住了问题的关键，提出了既科学又全面的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字诀，避免了国际隧道界围绕

4、新奥法的激烈争论和有些国家照搬硬岩隧道新奥法经验的弯路。但中国铁路、公路等隧道在应用新奥法施工中也发生了很多不应该发生的安全事故。很多人对新奥法的理论和实践也都产生了迷茫和怀疑。新意法新意法进入中国就代表这样的一种思想潮流。新奥法的发展但是我国应用新奥法也存在发展不平衡的问题。实际上，软岩(土)中的新奥法与硬岩中的新奥法是有原则区别的，需充分了解隧道开挖过程中地层需充分了解隧道开挖过程中地层发生的变化，采取相应的加固方法和相应的支护措施，达到安全、经济的发生的变化，采取相应的加固方法和相应的支护措施，达到安全、经济的目的，这才是新奥法的精神实质目的，这才是新奥法的精神实质。世界各地有足够多的成

5、功实例证明，只要针对地层采用适当的施工方法，并采取正确的监测手段和实行严格的管理和纪律，新奥法才是安全的、有效的、经济的。新奥法的理论基础是认新奥法的理论基础是认为围岩具有自承能力，分析围岩自承能力形成的力学机制对于正确选择设为围岩具有自承能力，分析围岩自承能力形成的力学机制对于正确选择设计和施工方案有重要意义。计和施工方案有重要意义。但我理解新奥法实际上属于一种发展观，一种隧道文化，而不但我理解新奥法实际上属于一种发展观，一种隧道文化，而不是方法论范畴。是方法论范畴。新奥法的发展围岩的自承能力来源于围岩自身强度 开挖前岩体处于三向原岩应力状态，隧道开挖后，在岩土体中形成新的空间，导致隧道周边

6、岩土体失去原有的支撑，径向应力降低。围岩向隧道洞内移动，围岩相互挤压，切向应力升高，局部可能出现拉应力，围岩应力状态趋于恶化。围岩稳定性是围岩强度与二次应力一对矛盾比较的结果。此处的围岩强度不是指围岩中岩石块体的强度，是包含了结构面分布与性质、岩石块体(结构体)强度和工程因素等多方面影响的综合指标。隧道工程中不支护而长期稳定的实例则证明了围岩的自承能力，西北窑洞即是一个生动的例证。新奥法的发展 如果围岩强度低于二次应力围岩发生破坏，破坏由表面向深处发展，围岩内应力不断调整，破坏不断发展，在围岩内形成三个区，由围岩表面向深部依次是、和。三个区的岩体处于不同的变形阶段:围岩处于峰值后变形阶段，即塑

7、性软化变形阶段；围岩处于峰值前的塑性变形阶段，即塑性强化阶段；围岩处于弹性变形阶段。新奥法的发展 理论研究表明，。新奥法的发展 围岩处于塑性软化变形阶段时，岩石已破碎，围压较低，围岩变形处于非稳定状态，其承载力来源于破裂面的摩擦力。软化区的承载力具有双重作用，一是有利于自身的稳定，但必须通过施加支护才能实现软化区围岩的稳定；二是软化区对强化区围岩具有作用力，增大了强化区围压，提高围岩强度，促进强化区围压进入稳定状态。因此软化区工作状态对强化区的承载力有重要影响。强化区围压较软化区大，围岩结构面处于紧密挤压状态，围岩变形处于稳定状态，是主要的承载区之一。强化区对弹性区围岩具有支撑作用，增大了弹性

8、区围压，提高了岩体屈服强度，促使弹性区的形成。弹性区围压高于软化区、强化区，使得围岩处于弹性工作状态，岩体应力和变形关系服从胡克定律，是主要承载区之一。塑性软化区、强化区和弹性区是相互关联、相互影响、相互作用的整体。塑性强化区和弹性区是承载的主体，但都位于围岩深处，一般不能对其进行支护加固，而塑性软化区是支护的主要对象，通过对浅部(软化区)围岩进行加固或支护，提高其强度，使其达到稳定。除了对浅部(软化区)围岩的加固措施外，在矿山法开挖隧道时采用光面爆破的目的是减轻爆破对围岩的震动，尽可能保持原始状态。在稳定性差的围岩条件下，常采用，在隧道开挖前围岩即得到强化。浅部支护、光面爆破和预支护等措施都

9、是工程施工中常用的技术手段，其目的都是在施工时尽可能维持围岩的原始状态，保持原有强度，达到围岩稳定。从上述分析可见，围岩自承能力源于围岩强度，因此保持围岩原始状态，即是保持原有围岩强度，这是发挥围岩自承能力的充分必要条件。任何山体在我们开挖前都处于自然平衡状态，由于洞室的形成，山体自然平衡被破坏，围岩应力、应变重新分布，洞室周边发生着剧烈的位移，同时，洞室附近也形成了降水漏斗，山体饱含的裂隙水需要不断渗流到洞室排出(塑形区自重加大、骨架破坏、节理面润滑)，整个山体的内循环被破坏。如何快速的使山体恢复到原始的自然平衡状态就是隧道工程师面对的课题。我们可以把大山比作是一只老虎，不能在他醒的时候去捆

10、绑它，但可以在他沉睡的时候。因此，超前预报、超前支护、超前加固的意义就在于此，通过这些超前措施的核心意义就是让山体恢复到它原有的自然平衡状态，不能让他的威力苏醒。每座大山都是有生命的，惊醒了它，它会凶狠的报复我们的。总之，新奥法“充分发挥围岩的自承能力”的观点可进一步表述为“基本维持围岩原始状态”。两种表述方法的区别还在于，“充分发挥围岩的自承能力”是从力学层面所作的“隐性”表述，“基本维持围岩原始状态”既是从力学层面所作的表述，同时又是与工程措施密切结合的，因此是一种“显性”表述。新奥法的基本要点及解读 岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过

11、度破坏岩体的强度。延伸理解1：围岩是核心，所有问题必须在掌子面解决，所有的问题都是掌子面问题。延伸理解2：预支护是关键，这里在强调新意法。但我们加固谁，怎么加固？在何部位加固？延伸理解3：工法得到提醒，如何分块？怎么临空？多大临空？新奥法的基本要点及解读 为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。必须理解：这是对

12、硬岩的要求。必须延伸：软岩不允许变形，必须采用刚性支护新奥法的基本要点及解读为了的受力性能，施工中应，而成为。另外，新奥法的基本要点及解读通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。1、观察、监控、量测是新奥法的眼睛，意思就是发现问题。2、纠正错误，调整程序。3、为后续施工提供指导。新奥法的基本要点及解读二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。1、围岩与初期支护变形基本稳定后修筑二次衬砌；2、围岩与初期支护变形不稳定呢？多次支护？3、围岩与支护结构形成一个整体；工法开局，抢占

13、先机延伸理解：1、不同工法的转换能力衡量企业生产力水平，检验现场管理者动态管理能力。2、工法需要措施配合，脱离了支护措施的工法如同没有利器的勇士。3、工法和进尺紧密相关，随时转换。工法开局，抢占先机工法开局，抢占先机。工法开局，抢占先机例：单线铁路隧道如何在全断面、台阶法、三台阶做选择？1、全断面法 开挖时掌子面能够形成竖直面、拱架能够全换紧贴围岩，没有掉块、超挖现象时，选择全断面法。2、台阶法 开挖时掌子面不能形成竖直面、掉块、超挖现象时有发生，并能够形成上下台阶时，选择台阶法。（短台阶的意义）、三台阶法 同理，在不能行成上下台阶的情况下，采用三台阶施工法。如果还不能稳定，再增加分部就没有意义，就需要借助超前支护来解决。当然，在选择台阶法或三台阶时，也存在选择全断面+超前支护+循环进尺缩短好呢？还是选择台阶法+超前支护+循环进尺缩短？还是三台阶+超前支护+循环进尺缩短？这就取决于进度、成本、安全的全面选择，也是最考验现场管理者水平的时候。我们反复讲：隧道大成本决于两大项：工效及超欠挖。复杂地质隧道超欠挖的控制就是如上所叙。如果想靠光爆解决，你会发现，穷尽一生，也是徒劳。