新奥法施工

钢架可分为：
型钢钢架和格栅网构钢架两种类型。
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。
工字型钢拱架
格栅网构钢架
质量轻，制作容易，架设方便，省工省料； 特点：

按施工经验来确定锚杆长度： 中等以上硬质围岩：
1 1 L （ ～ ）B 3 4 1 1 L （ ～ ）B 2 3
软弱围岩：
4）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。


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。



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。
短台阶法
3）微台阶法
1 2
1
2 L
3~5m
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。
3、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。
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。
双侧壁导坑法
② ① ③ ① ③
② ①
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。
3）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。
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：
a
则锚杆直径d：
d2
4
N
d
4N
a
常用的锚杆直径一般为18～22mm。
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。 软弱围岩中系统布臵的锚杆：岩体视为单一塑性体， 锚杆的长度应穿过塑性区。
新奥法施工
同济大学浙江学院 张广兴
一、概 述
1、新奥法的概念
新奥法(New Austrian Tunnelling method－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。
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
1、新奥法的施工工序
2、新奥法施工的基本原则
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。
1、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。
全断面法施工特点 (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。
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。

与喷射混凝土结合良好，能形成整体钢筋混
易与锚杆、超前小导管形成整体。
凝土结构；

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 ，两榀钢架之间设臵直径为 20～22mm的纵向钢拉杆。
格栅网构钢架
四
新奥法的辅助施工方法
预 留 核 心 土 挡 护 开 挖 面 稳 定 工 作 面 喷 射 混 凝 土 封 闭 工 作 面 超 前 锚 杆 锚 固 前 方 围 岩 临 时 仰 拱 封 底 短 管 棚 管 棚 超 前 支 护 前 方 围 长管棚 岩 插 板 超 前 小 导 管 注 浆 注 浆 加 固 围 岩 和 堵水 超 前 深 孔 围 幕 注 浆
3、新奥法的锚杆支护施工 1）锚杆的支护效应
（1）悬吊效应
（2）组合梁效应
（3）加固效应
2）锚杆的种类
机械式锚固锚杆
粘结式锚固锚杆
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。
3）锚杆的尺寸
锚杆直径
2、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。
1）长台阶法
1 2 L
1 2 > 5L
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 。
2） 短台阶法
1 2 L >(1~1.5)L 1
2
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。
3、新奥法的应用范围
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。
2、 新奥法的基本内容
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。
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、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。
① ③ ④ ⑥ ⑥ ⑤ ④ ③ ② ①
②
⑤
三 新奥法的施工技术

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。


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。
② ③ ①
② ③ ③
② ①
4）中隔壁法(CD)
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑥ ⑤ ③ ④ ② ①
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。
①
③ ① ③
②
②
②
2）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。
② ② ① ③ ③ ①
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。
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。 1）全断面开挖法 2）台阶法
包括：长台阶法 、 短台阶法 、 超短台阶法
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
隧道机械化施工，有三条主要作业线，见下表
作业线
பைடு நூலகம்
采用的大型机械设备
钻孔台车、装药台车、装载机配合自卸 开挖作业线 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） 混凝土喷射机、混凝土喷射机械手、喷 喷锚作业线 锚作业平台进料运输设备及锚杆灌浆设备 模筑衬砌作 混凝土拌和作业厂、混凝土输送车及输 业线 送泵、施作防水层作业平台、衬砌钢模台车
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。
5、新奥法的钢架施工
使用条件： 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。

钢架的最大特点：
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。
4、新奥法的喷射混凝土的施工 1）喷射混凝土的作用
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

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
3）喷射混凝土的喷射方式
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。