新奥法施工技术文献综述

新奥法施工技术文献综述

随着隧道工程设计理论和施工工艺的不断发展, 特别是岩体力学的兴起, 在20世纪50 年代产生了新奥法, 它对隧道设计理论和施工工艺提出了新概念。奥地利学者腊布塞维奇于1934 年提出了在隧道中应用喷浆技术, 并于1942 年~ 1945 年在奥地利的劳普隧道开始使用喷射混凝土技术。二战后, 混凝土喷射机及速混凝剂的出现,使喷射混凝土技术有了很大发展, 以后又出现了锚杆。腊氏以锚喷支护的实践和岩体力学的理论为基础提出了新奥法,并于1954年~ 1955 年首次应用于奥地利的普鲁茨 依姆斯特电站的压力输水隧洞工程中, 于60 年代取得专利权并正式命名,被介绍到我国, 并得到迅速发展。事实证明,在铁路隧道设计施工中采用新奥法,可节省大量木材, 改善施工条件, 也为大型施工机械化作业提供了条件。

新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和和装饰美化作用。

1934年，新奥法主要创始人 L.V. 拉布采维茨在就试图将喷浆方法用于地下工程。他在1942～1945年建造的洛伊布尔隧道中采用了双层薄衬砌，即先喷一层

混凝土，待变形收敛后再喷一层。

1944年，他发表了有关喷混凝土的论文，并指出了围岩动态随时间变化的重要性。

1948年，又指出了量测工作的重要性。又无公害的新喷敷方法新奥法。

1948～1953年喷混凝土在奥地利首次用于卡普伦水力发电站的默尔隧洞。

最早在欧洲推广使用锚杆的是1951～1953年建造的伊泽尔-阿尔克电站的有压输水隧洞。

1953～1955年修建普鲁茨-伊姆斯特电站的有压输水隧洞时，按照拉布采维茨的建议，充分采用锚杆而获得成功。

1957～1965年是着手发展新奥法的时期。拉布采维茨于1963年将这一方法正式命名为新奥地利隧道施工法。

1964～1969年又提出了在岩石压力下隧道稳定性的理论分析，强调采用薄层支护，并及时修筑仰拱以闭合衬砌的重要性。根据实验证实，衬砌应按剪切破坏进行设计计算。

奥地利的马森贝格道路隧道由于地质不良，用比国法失败后，改用新奥法使闭合隧道衬砌环的经验取得成功，并在1971年及1974年分别用于地压很大的陶恩隧道和阿尔贝格隧道。

新奥法支护机理

其基本观点是根据岩体力学理论，着眼于洞室开挖后形成塑性区的二次应力重分布，而不拘泥于传统的荷载观念。所以它主要不是建立在对于坍落拱的“支撑概念”上，而是建立在对围岩的“加固概念”基础上。在合理的临界限度内，它所需要的表面支护抗力Pi是与围岩塑性区半径R、洞室周边位移ur、以及围

岩的内聚力с、内摩擦角φ等参数成反比，而支护能提供的抗力则与其刚度成正比。

新奥法的原理

新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的力学概念(或者说是一种隧道工程概念) , 是按科学制定的并已为实践所证明的原则和思想去修筑隧道。其主要意图是充分调动岩体自身的承载能力, 使隧道施工更安全,更经济, 科学性过去的隧道修筑方法高, 因而不能单纯地将它看成是一种施工方法或支护方法, 也不能片面理解, 将仅用锚喷支护或运用新奥法部分原理施工隧道, 就认为是采用新奥法修建。事实上锚喷支护并不能完全表达新奥法的含义, 新奥法的内容及范围是相当广泛、深入的。因此, 新奥法应遵循一系列原则。关于新奥法原理, 有的列了 22 条, 有的归纳了7 条, 还有的归纳了5 条。但其基本精神1 条, 运用各种手段(开挖方法、支护、测量及地层预处理等)控制围岩, 最大限度地保护和调动围岩的自身能力。为了便于理解, 我认为以MULL ER 所列的 22 条基本原理为基础进行归纳整理, 介绍如下:

(1)隧道是衬砌混凝土和围岩的整体化结构物, 从根本上讲, 起到隧道支护作用的是围岩。

(2)

(2)开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破, 并尽量采用大断面或较大的断面开挖, 以减少对围岩的扰动, 保证围岩起到支护作用,在开挖时必须不破坏围岩的原有强度, 极力防止围岩松弛。尽可能避免围岩处于单轴或二轴应力状态。

(3)隧道开挖后, 尽量利用围岩的自身能力, 充分发挥围岩自身的支护作用。采用喷射混凝土及时封闭开挖表面, 能有效地防止围岩松动。

(4)根据围岩的特征采取不同的支护类型和参数, 及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护, 以控制围岩的变形和松驰。防止得越好, 安全性和经济性就越高。

(5)衬砌要在恰当的时候进行, 控制时间, 太早或太迟都不行。支护的刚度要适宜,太硬不行, 太柔软也不行, 同时必须使用能发挥围岩强度的支护形式。

(6)在软弱破碎围岩地段, 使断面及早闭合, 以有效地发挥支护体系的作用, 保证隧道的稳定。

(7)为了把握衬砌时机, 要正确了解围岩的时间因素, 在事先进行室内试验的同时, 在隧道内进行变位测定, 掌握各类围岩的稳定时间和变形速度。因此, 进行变位和变形量测是新奥法必不可少的工序。

(8)预计围岩有大的变形和松驰情况时,全部开挖表面要做防护, 以约束围岩, 最合适的办法是喷混凝土。

(9)衬砌必须是薄层的, 这是为了减少弯矩, 使因弯矩产生的破坏减到最小。不仅一次衬砌要薄, 二次衬砌同样也要薄, 对于衬砌需要加强的地方, 不采用加

厚衬砌的办法, 而是用钢筋网、钢支护或锚杆来加强。

(10)隧道是一个厚壁圆筒, 即由围岩支承环和支护(衬砌)组成的结构, 所以必定是存在围岩和支护的相互作用, 也就是说衬砌和围岩是相互支持的结构。

(11)圆筒只有在没有封口时能起力学上的“圆筒作用” , 所以, 衬砌闭合成环是特别重要的, 底板自身不能起闭合环作用。因此, 除了围岩特别坚硬认为没有必要设闭合环的情况之外, 都应该设仰拱。

(12)围岩的动态主要取决于衬砌闭合时间, 因此, 采用台阶开挖时, 上下两部开挖距离不宜太大, 掘进的速度要相适应。

(13)

(13)隧道从应力重分布的角度考虑, 采用全断面开挖非常有利, 若用分布开挖, 则会使岩层的应力反复重新分布, 围岩因之受到破坏。

(14)尽量使隧道断面周边轮廓圆顺, 避免棱角突变处应力集中。

(15)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, 并不增加衬砌厚度。在有涌水时,要考虑整个衬砌的稳定和锚杆防腐问题。

(16)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