挪威法 NTM Norwegian Method of Tunneling

挪威法NTM Norwegian Method

of Tunneling

第一部分概述

最近,大家对挪威法议论纷纷,究竟挪威法是什么?,其内涵如何?挪威法(NTM)与新奥法(NATM)有何区别?等等,本文根据有关文献作一简要说明。

挪威法,简单地说,是由正确的围岩评价、合理的支护参数选定及高性能的支护材料三部分构成的一种经济而安全的隧道施工方法。它适用于铁路隧道、公路隧道、水工隧洞及大型地下岩石工程。

正确的围岩评价主要是采用Q系统,即:巴顿法(N·Barton)进行围岩分级。而合理的支护结构参数,最后是通过施工中的观察和量测记录求出的Q 值来选择的，其中包括各种支护体系的数值解析检验。在支护体系上的最大特点是把一次支护作为永久支护,即我们目前所谓的单层衬砌。只是在运营后,如果有涌水,冰霜等危害的情况下,才修筑二次支护（衬砌）。通常永久支护是采用高质量的(σck=40～50MPa)的钢纤维喷射混凝土和全长胶结型高拉力、耐腐蚀的锚杆。

根据挪威的经验,采用挪威法修筑断面积为45～110m2隧道的建筑费用是4000～8000美元。因不施作二次支护（衬砌）,其混凝土量比NATM小,约为NATM的1/2～1/5。因此,工期也得以缩短。

图1 NMT的设计和方法

下面简要说明NMT的基本内容和方法。

1、设计

·预设计基于现场调查、钻孔调查（室内试验）及弹性波探查；

·围岩分级通常采用Q法进行评价；

·各种支护模式的数值解析验证多采用不连续体解析的UDEC-BB、3DEC方

法进行；

·最终的支护设计根据施工中的观察和量测记录求出的Q值选定支护模式；

·NMT一次支护作为永久支护一部分，使用开始后的漏水对策、冰霜对策

可采用混凝土板或钢板施设二次衬砌

2、开挖与支护

·开挖视围岩状况采用爆破或机械方法进行；

·局部锚杆、系统锚杆、系统锚杆＋钢纤维喷混凝土构成的一次支护作为

永久支护一部分；

·永久支护的支护模式，边施工边选定；

·通常，永久支护由高品质（σck＝40～50MPa）钢纤维喷混凝土和全长附着型、高拉力、耐腐蚀的锚杆构成。

二、围岩评价——Q值

Q值围岩评价法是70年代初由N·Barton提出的一种围岩分级方法,在欧洲等国应用较广。由于最近20几年支护技术的发展,特别是高质量的钢纤维喷混凝土的开发,取得了很大的进展。但作为挪威法基本特征之一的Q系统围岩评价法变化不大,而仅仅是作为围岩应力的变量SRF,考虑到埋深增加时的

岩爆及软岩的膨胀性等,其范围值扩大了。Q值把围岩分为6级(0.001～1000),

反映了较为广泛的围岩条件（从膨胀性围岩、未固结围岩到裂隙不发育的整体

围岩）。围岩的变形系数分为3级(0.05～50GPa),抗剪强度分为2级(0.1～

20MPa)。根据这些变量可以求出Q值。

Q值是由下述6个变量组合而成的。

(1)

式中 RQD/Jn--相对块度尺寸

Jr/Jn--块体间摩擦系数

Jw/SRF--有效应力

6个变量示于图2的右侧。此图表示出各变量的变动范围（例如Jn－0.5～20）并做了简要说明（例如裂隙数为1、2、3时，Jn分别为2、4、9）。左侧

的图示说明各级别中频率高的值的组合情况。

因为,即使是同一种岩石学相同的围岩,因现场条件围岩的状态也会有所变化。因此,数据的统计处理是非常重要的。

图2的Q值判定卡是根据对隧道周边围岩性质的统计处理和RQD的补充数

据编制而成，实用性很强。

图2 决定Q值的判定卡

三、Q系统的经验支护设计

经验设计方法示于图3。

图3 决定Q系统支护设计参数的方法

图3的横轴表示Q值，围岩级别表示在上侧。这里记述的是基于挪威围岩

好坏的评价基准。纵轴是隧道宽度或高度被所谓的安全系数ESR除之值，单位

为m。干线公路隧道、铁路隧道及水力发电用的隧洞的ESR是0.9～1.1。水工

隧洞的ESR是1.6～2.0。ESR随支护规模而变，因此，费用和安全性也会变化。

现以具体例子说明图3的用法。图中的●表示宽18m的公路隧道（ESR＝

1.0），Q值＝

2.0的例子。永久支护的规模，根据图3，

B1.9m＋S（fr）10cm

其中：B表示系统锚杆，1.9m间距（横向），S（fr）表示钢纤维喷混凝土，厚度10cm。

系统锚杆的平均长度，根据图3的右纵轴，选定5m。但最终的锚杆长度和锚杆轴力（破断强度）的推定，要进一步进行详细的设计。

要注意的是，本表的支护参数是以高品质、早强度的钢纤维喷混凝土和高拉力耐腐蚀的锚杆为前提的。

四、Q值和各试验数据（弹性波速度V、σr、变形系数）的关系

基于在埋深比较浅的硬质围岩的弹性波速度的数据，图4的上图表示出P 波速度和Q值的关系。图中也表示出与RQD和裂隙率（F/m）的关系。图4的下图表示出埋深、围岩裂隙率、弹性波速度和Q值的最近的研究成果。下面举例说明图4的用法。

图4 V和Q值及变形系数的关系

例一

1)设定Q=2,即:Qr=1(钻孔岩心)，σc=50MPa（JⅡ级围岩:C(b)的砂岩)。

2)设定空隙率n=10%,埋深H=100m

3)结果,根据此图,假定围岩的弹性波速度为Vp =3.5km/s。

例二

1)设定Q=1、σc=10MPa,即:Qr =0.1

2)设定空隙率m=5%,埋深H=100m

3)根据此图的上侧,Qr=0.1、埋深H=100m时,从左纵轴

知,Vr=3.7km/s。从图的下侧,n=5%时,Vr减少0.8km/s。因此,Vr =3.7－

0.8=2.9km/s,变形系数M(meam)=6.5GPa。

五、NMT的数值解析