新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法锚喷结构设计
新奥法原理及施工要点
新奥法原理及施工要点摘要：新奥法原理修建隧道已成为一种主要施工方法。
尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
本文介绍了新奥法原理及其施工要点。
关键词：隧道新奥法施工Abstract: the new Austrian law principle to build a tunnel has become a main construction method. Particularly in the construction site is restricted, complicated geological conditions, and underground structure form complex of New Orleans with construction method is particularly important. This paper introduces the new Austrian law principle and key points of construction.Key words: New Orleans tunnel construction method一、隧道设计施工的两大理论（1）松弛荷载理论其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。
这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。
这是一种传统的理论。
（2）岩承理论其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。
由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理：而后一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。
由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。
喷锚支护技术
喷锚支护技术喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护及喷混凝土与锚杆、钢筋网联合支护的统称。
它是地下工程和边坡工程支护的一种新型式，也是新奥地利隧洞工程法（以下简称新奥法）的主要支护措施。
喷锚支护适用于不同地层条件、不同断面大小的地下洞室工程，既可用作临时支护，也可用作永久性支护。
喷锚支护是在隧洞开挖后，及时在围岩表面喷射一层厚3～5cm的混凝土，必要时加上锚杆、钢筋网以稳定围岩。
这一层混凝土一般作为临时支护，以后再在其上加喷混凝土至设计厚度作为永久支护。
这种施工方法称为新奥法。
新奥法所依据的理论与现浇混凝土支撑拱的理论显著不同。
现浇混凝土衬砌的理论是把围岩当作衬砌设计的主要荷载，而新奥法是在隧洞开挖后围岩产生大量变形以前在围岩石表面喷射一层混凝土，以期达到以下目的：密封围岩、防止围岩风化；粘结和填充围岩裂隙，防止围岩松动；加固围岩，提高其强度和整体性。
新奥法的理论依据是通过对围岩的适时支护，来控制和调整围岩中的应力，防止围岩开挖后产生过渡松动或坍塌，使围岩在与喷锚支护的共同变形中取得稳定。
新奥法把“围岩是结构的荷载”的理论转化为“围岩是承载结构的重要组成部分”，围岩荷载由围岩与支护共同承担，从而减少衬砌的厚度。
从我国已建隧洞工程的实际来看，采用喷锚支护，可以减少衬砌工程量50%以上，节约水泥1/3～1/2，减少劳动力和工程投资50%左右，缩短工期50%以上。
喷锚支护，不需要安装模板，也不需要进行回填灌浆，操作方便，施工安全。
一、锚杆支护锚杆是为了加固围岩而锚固在岩体中的金属杆件。
锚杆插入岩体后，将岩块串联起来，改善了围岩的原有结构性质，使不稳定的围岩趋于稳定，锚杆与围岩共同承担山岩压力。
锚杆支护是一种有效的内部加固方式。
（一）锚杆的作用）悬吊作用。
即利用锚杆把不稳定的岩块固定在完整的岩体上，如图14-1 （1（a）所示。
图14-1 锚杆的作用（a）悬吊作用；（b）组合岩染；（c）承载岩拱图14-2 张力锚杆（a）楔缝式；（b）胀圈式1—楔块；2—锚栓；3—垫板；4、8—螺帽；5—锥形螺帽；6—胀圈；7—凸头（2）组合岩梁。
隧道施工中“新奥法”是一种施工方法还是施工原则？请简要说明!_百度知道
新奥法
新奥法即新奥地利隧道修建方法的简称。原文是New Austria Tunnelling Method简写懔NATM。安与法国称为的收敛——约束法或有些国家所称的动态观测设计施工方法的基本原则相一致。在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下施工必要降水后方可施工。
光面爆破设计涉及到很多方面的内容，包括炸药的选择，起爆器材的选择，起爆方法的选择等，其中最重要的便是光爆参数的选择。这其中，又以最小抵抗线、周边眼密集系数和周边眼线装药密度为光面爆破的三大要素。在爆破过程中，还要考虑工程计划进度，施工机械的供应情况等等，只有在各方面条件都具备的情况下，光面爆破才能全面的体现其优越性。但，工程中不能只用计算出的结果，还要经过工程类比和试验的方法来调整光面爆破参数，才能让实际效果与设计的预期效果相符合。
全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少、干扰少，便于施工组织和管理。缺点是由于开挖面积较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，因此就要求施工单位应具有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，茅荆坝？：v类围岩中采用了全断面开挖，达到了预期效果。
全断面施工开挖工作面大，钻爆施工效率较高，采用深眼爆破可加快掘进速度，且爆破对围岩的振动次数较少，有利于转帐岩稳定。缺点是每次深孔爆破震动较大。因此要求进行精心的钻爆设计和严格控制爆破作业。
随着我国隧道工程的增多，新奥法得到越来越广泛的应用，作为新奥法的重要环节：光面爆破，也越来越得到广泛施工单位的采用。用光爆方法施工，岩层能较精确地沿设计轮廓断裂下来，使岩面平整，规则，并使围岩的整体性和稳定性不遭受明显的破坏。由于其显著的优越性，光面爆破已经成为我国推广应用新奥法中公认的三大技术措施之一。
【隧道方案】“新奥法”隧道施工方案
隧道施工方案1洞身开挖施工1.1洞身开挖根据隧道各里程段的特点及围岩情况，各级围岩段采用相宜的开挖和超前支护方法，短进尺、强支护，确保施工安全。
隧道洞身开挖严格按照“新奥法”原理组织施工。
机械化掘进，机械化装运。
Ⅴ级围岩断层破碎带、浅埋或偏压地段采用单侧壁或双侧壁导坑法施工；Ⅳ级围岩其余地段采用三台阶临时仰拱封闭法施工。
Ⅲ级围岩地段采用短台阶法施工，必要时预留核心土分部开挖。
岩层稳定且完整性较好的Ⅱ级围岩全断面法施工。
开挖采用凿岩台车钻眼，人工装药并连接起爆网络实施光面爆破，爆破施工遵循短进尺、强支护、弱爆破、勤量测的原则。
装载机装碴,大型自卸汽车运输出洞。
洞身开挖施工中严格控制开挖断面，控制超欠挖。
经监理工程师确认不影响衬砌结构的稳定和强度时，岩石个别突出部分（每平米内不大于0.1m）可侵入衬砌不大于50mm。
拱脚、墙脚以上1m内断面严禁欠挖。
为保持断面稳定和节约成本，施工中严格控制超挖量，使断面圆顺平整。
1.1.1Ⅱ级围岩全断面法施工Ⅱ级围岩完整、稳定，采用全断面法施工。
全断面法施工工序简单，工作面宽敞，运输、通风、排水方便，管路易于布置，便于进行机械化施工。
全断面开挖断面图。
a 、施工方法采用凿眼台车或作业台车配合人工手持风钻进行钻眼，进尺可以控制在2~4m 。
爆破后机械出碴装运至弃碴场，进行网、锚、喷混凝土初期支护。
一般适合采用全断面施工的围岩，其支护参数多为系统锚杆和网喷混凝土联合支护。
因此全断面施工工序简单：钻眼爆破→出碴→网、锚、喷支护→进入下一循环钻爆。
b 、施工工艺施工工艺见全断面开挖施工工艺流程图ⅢⅡⅠⅡⅢⅠ图2.3-01 全断面法开挖断面图二次衬砌初期支护网喷混凝土系统锚杆全断面开挖施工工艺流程图c、作业要点（1）测量放线在开挖面上进行测量并绘出中线与水平线，水平线可绘在轨平高度上，然后绘出开挖断面轮廓线，在按照钻爆设计准确标出炮眼位置，炮位误差不应大于5cm。
最好采用激光导向和幻灯布眼，以减少测量放线的时间，并提高炮眼位置的精度。
隧道新奥法施工的原理及常见施工方法
管德鹏
云南.保山.2011.10
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。
新奥法的发展
理论研究表明，塑性强化区和弹性区是围岩承载的主体，塑性软化区 是支护的对象。 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。
动态管理决定乾坤or如何对待图纸的问题？
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：这是对硬岩的要求。 • 必须延伸：软岩不允许变形，必须采用刚性支护
地下结构工程施工技术第四章新奥法与锚喷支护
隧道施工的力学分析
围岩压力
围岩压力是隧道施工中的主要外力，其大小和分布对隧道施工的 安全性和稳定性有很大影响。
隧道支护结构受力分析
隧道支护结构是维持隧道稳定的重要措施，其受力分析是隧道设计 的重要依据。
隧道施工过程中的力学行为
隧道施工过程中的力学行为是一个动态变化的过程，需要根据实际 情况进行实时监测和分析。
隧道施工的稳定性分析
围岩稳定性分析
01
围岩稳定性是隧道施工安全性的重要保障，需要对围岩进行详
细的地质勘察和稳定性分析。
支护结构稳定性分析
02
支护结构是维持隧道稳定的重要措施，需要进行详细的结构设
计和稳定性分析。
施工过程稳定性分析
03
隧道施工过程中的稳定性分析是一个动态变化的过程，需要进
行实时监测和分析，以确保施工安全。
02 新奥法的基本原理
岩石力学的基本概念
岩石的物理性质
包括密度、孔隙率、含水量等，这些性质直接影响岩石的强度和稳 定性。
岩石的力学性质
包括抗压、抗拉、抗剪等强度指标，以及弹性模量、泊松比等弹性 指标，这些性质决定了岩石在受力时的行为和响应。
岩石的变形特性
岩石在受力过程中会发生变形，其变形特性包括弹性变形、塑性变形 和脆性变形等，这些变形特性对隧道施工的稳定性有很大影响。
锚喷支护技术的应用范围
01
隧道工程
在隧道施工中，锚喷支护技术常用于洞口段、浅埋段、断层破碎带等围
岩稳定性较差的地段，提供有效的支撑和加固作用。
02
地铁工程
在地铁施工过程中，由于地铁线路通常穿越城市繁华区域，周边建筑物
众多，采用锚喷支护技术可以减少对周边环境的影响，保障施工安全。
新奥法ppt课件
合用条件及要求
深埋、浅埋、中档埋深 均可； 勘测、设计、施工、控制各环节亲密配合； 尽量地发挥围岩旳自承作用 ，采用控制爆
破（光面爆破、预裂爆破）。
新奥法旳优点
（1）经济、迅速。
若以面积A为100，设计衬砌量 B和超挖量旳面积C。能够看出，
因为采用控制爆破、柔性 薄衬砌，新奥法旳开挖量为老
喷射混凝土关键是控制冠石，此时，喷射 混凝土需能承受冠石旳重量。
喷层对局部不稳定危岩块体旳抗拉承 载力应按下式验算（冲切）
0.6c ft hur 1.1 QG0
c ——喷层工作条件系数，取0.6；
ft——喷射混凝土抗拉强度设计值（kPa）； h——喷层厚度 ur——不稳定危岩块体出露面旳周围长度
而在松软、破碎岩体中，因为岩体不能承受增 大旳应力，在一定范围内旳岩石就要松动、破 坏并向隧道内坍塌。
围岩压力类型有垂直压力、侧压力和底压力，
4.2.2 隧道围岩压力旳拟定
1）深埋隧道围岩压力旳拟定
q 0.45 26s 1 i(B 5)
i——为每增减1m时旳围岩压力增减率。 以B＝5.0m旳围岩垂直均布压力为准，当 B<5.0m时，取i＝0.2；当B＝5.0— 15.0m时，取i＝0.1。
配合光面爆破等控制爆破技术，使开挖 断面轮廓平整、精确，便于锚喷成型， 并降低回弹量；
减轻爆破对围岩旳松动破坏，维持围岩 强度和自承能力。
4.1.3 新奥法与锚喷支护
不能将新奥法等同于锚喷支护； 既有亲密联络又有原则区别； 锚喷支护旳迅速有效旳支护施工手段，才
有可能使新奥法旳基本原则得以实现。 不把围岩看成自承构造，不充分发挥围岩
T未知
Q浅 W 2T ' W 2T sin
隧道新奥法设计和施工的基本理念和原则是什么
隧道新奥法设计和施工的基本理念和原则是什么？“新奥法”全称“新奥地利隧道修建方法”(NATM)；新奥法应该理解为新奥法原则（包括设计和施工理念），而不能将其片面理解为施工的一种方法；在很多场所提到新奥法，大家都片面的将其理解为施工的一种方法，其实新奥法是一种理念，包涵了设计和施工，它的原则是采取有效的技术手段充分保护、利用围岩自身的承载能力形成自稳，其承载体系为复合式衬砌：围岩+初支结构+二衬结构；采用设计、施工和监测三位一体的动态作业模式，目前新奥法是我国公路、铁路隧道设计和施工的主要依据方法。
新奥法施工的三大核心要素：◆控制爆破◆喷锚支护◆监控量测新奥法的八大施工要点：◆(1)承载体系：支护结构（初支+二衬）+围岩◆(2)控制爆破，少扰动围岩◆(3)即允许又限制围岩变形◆(4)初期支护应尽量采用锚喷等柔性支护◆(5) 支护结构尽可能施作圆顺◆(6)实施有效的监控量测◆(7)复合式衬砌（初期支护和二次衬砌）◆(8)通过排堵措施解决衬砌渗水和水压问题传统“松弛荷载理论”核心内容是：稳定岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定岩体可产生坍塌，需用外部支撑结构。
作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内（塌落拱高度）由于松弛并可能塌落的岩体重力。
【我国隧道规范依然将该法过渡使用】现代“围岩承载理论”核心内容是：开挖后围岩丧失稳定有一个时间过程，如过程中提供必要的技术措施限制变形，则围岩仍然能够进入稳定状态。
【新奥法设计和施工的理论依据】两种理论的根本区别是：◆传统“松弛荷载理论”（塌落拱理论）主要着力如何对围岩施加外部支撑（如临时性钢木构件和混凝土衬砌）承受松弛围岩压力，以期维持围岩稳定，即将围岩视为荷载来源。
◆现代“围岩承载理论”（岩承理论）是强调如何对围岩施加内部加固，注重过程和对过程的控制，即将围岩视为隧道的结构主体和承载主体，主动控制开挖后围岩的变化过程，并采取积极有效措施加固围岩，以充分利用围岩固有的自稳能力。
新奥法隧道工程施工方案
一、工程概况本工程为某城市地下隧道工程，隧道全长1000米，埋深10-20米，隧道断面采用圆形，直径为6.5米。
隧道地质条件为软岩，围岩稳定性较差，地下水丰富。
本工程采用新奥法施工技术，以确保工程质量和安全。
二、施工方案1. 施工准备（1）现场勘察：对隧道地质、水文、地形等条件进行全面勘察，为施工提供依据。
（2）编制施工组织设计：根据勘察结果，编制详细的施工组织设计，明确施工流程、施工顺序、施工方法等。
（3）施工人员培训：对施工人员进行新奥法施工技术、安全操作规程等方面的培训。
（4）设备准备：准备必要的施工设备，如钻机、挖掘机、运输车、喷射混凝土机、锚杆机等。
2. 施工流程（1）隧道开挖：采用台阶法进行隧道开挖，先开挖上台阶，再开挖下台阶。
（2）初期支护：在开挖过程中，及时进行初期支护，包括锚杆、喷射混凝土等。
（3）二次衬砌：初期支护完成后，进行二次衬砌，采用现浇混凝土结构。
（4）防水处理：在隧道结构表面设置防水层，防止地下水渗透。
（5）隧道排水：设置排水系统，将地下水排至隧道外。
3. 施工方法（1）隧道开挖：采用台阶法进行隧道开挖，先开挖上台阶，再开挖下台阶。
上台阶开挖长度控制在2-3米，下台阶开挖长度控制在1-2米。
（2）初期支护：在开挖过程中，及时进行初期支护。
锚杆采用φ25mm、L=2.5m的锚杆，间距为1.0m×1.0m。
喷射混凝土厚度为15cm，强度等级为C25。
（3）二次衬砌：二次衬砌采用现浇混凝土结构，厚度为30cm，强度等级为C30。
（4）防水处理：在隧道结构表面设置防水层，采用防水板和防水砂浆进行防水。
（5）隧道排水：设置排水沟和排水泵，将地下水排至隧道外。
4. 施工监控（1）监控量测：对隧道围岩、支护结构、二次衬砌等关键部位进行监控量测，确保施工质量和安全。
（2）施工进度：制定施工进度计划，合理安排施工任务，确保工程按期完成。
（3）质量控制：严格执行质量标准，对施工过程进行全过程质量控制。
公路隧道工程新奥法设计与施工技术
1997年正在修建的秦岭隧道(长19.45km), 引进德国WIRTH公司TB880E型隧道掘进机，预计2000年贯通
新奥法的局限
在下列情况下，一般都应采取适当的辅助措施才能施工： ①涌水量大的地层； ②因涌水产生流沙现象的地层； ③围岩破碎使锚杆钻孔和插入都极为困难场合； ④开挖面不能自稳的围岩。
隧道工程术语
喷锚支护lock bolt support with shotcrete——借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用(根据地质情况也可分别单独采用)加固岩层，分为临时性支护结构和永久性支护结构。 围岩偏压non-uniform rock pressure——由于地质构造作用或局部突变的地形以及施工的影响，在洞室衬砌上产生的不对称的岩石法向应力。 岩爆rockburst——在地应力高度集中的岩层中开挖时，围岩应力因突然释放而引起的岩块爆裂向外抛射的现象。
新奥法的基本要点
②预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设，过早或过迟均不利。其刚度不能太大或太小，又必须是能与围岩密贴，而要做成薄层柔性，允许有一定变形，以使围岩释放应力时起卸载作用，尽量不使其有弯矩破坏的可能。
新奥法的基本要点
③衬砌需要加强的区段,不是增大混凝土的厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道全长范围采用大致相同的开挖断面。此外，因为新奥法不在坑道内架设杆件支撑，空间宽敞，从而提高了安全性和作业效率。
新奥法的基本要点
④为正确掌握和评价围岩与支护的时间特性，可在进行室内试验的同时，在现场进行量测。量测内容为衬砌内的应力、围岩与衬砌间的接触应力以及围岩的变位，据以确定围岩的稳定时间、变形速度和围岩分类等最重要的参数，以便适应地质情况的变化，及时变更设计和施工。
隧道施工新奥法
隧道施工新奥法
新奥法就是应用岩体力学的基本理论，以维护和利用围岩的自承能力，通过采用及时的“锚喷支护”或更进一步的喷锚预支护等联合支护手段有效的抑制围岩的松弛变形，并通过监控量测手段及信息处理，调整支护参数，从而使围岩成为支护体系的重要组成部分的一种施工原理。
概括的说，新奥法隧道施工的三大要素实质就是“光面爆破（控制爆破）、锚喷支护及监控量测”。
新奥法施工原则：“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”，结合实际制订出施工方案，确保安全生产。
具体措施如下：
(1)施工前应对设计提供的地质资料进行详细的了解、分析，进行必要的现场调查核实（超前地质预报）。
(2)超前预注浆，根据工作面地质情况，拟定注浆的方案，精心布管，严格注浆工作，控制好注浆压力，密切关注注浆量，确保达到理想的加固效果。
(3)严格控制开挖循环进尺，对不良地质地段，应适当缩短开挖进尺，环形开挖留核心土，必要时喷混凝土封闭开挖工作面，并选用具有足够刚度和早强的支护设计，适当加厚喷射混凝土喷层，及早完成锚喷网联合支护，必要时采用双层钢筋网或增设临时钢支撑措施，以控制围岩变形。
(4)及时施作仰拱形成封闭结构，为保证仰拱及早受力，仰拱设计可选用早强混凝土。
(5)初期支护封闭后及时进行背后回填注浆。
(6)加强施工现场监控量测，选择合理的监测项目，及时反馈信息，以掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以确定施工工序，保证施工安全。
水利工程施工6-10 新奥法与锚喷支护原理
新奥法与锚喷支护的原理
新奥法的核心思想
在充分考虑围岩自身承载能力的基础上，因地制宜地搞好地下洞 室的开挖与支护
强调运用：
控制爆破 锚喷支护 围岩稳定量测
也称为新奥法的三大支柱
新奥法运用锚喷支护的原理
把围岩视为具有弹性、塑性及粘性的连续介质 利用岩体开挖中洞室变形的时间效应与空间效应 适时采用既有一定刚度又有一定柔性的支护结构 主动加固近壁围岩，使围岩的变形受到抑制 与围岩共同形成具有抵抗外力作用的承载拱圈或称广义的复合支护系统 从而有效增加洞室围岩的稳定性。
新奥法与锚喷支护原理
围岩的稳定是地下工程施工 的关键问题
锚喷支护是围岩保护与加固的 主要技术措施
锚喷支护技术的类型
单一的喷混凝土或锚杆支护 喷混凝土、锚杆 (索)、钢筋网、钢拱架等
分别组合而成的多种联合支护
锚喷支护具有显著的技术经济优势 锚喷支护需要确定：
支护方案 支护结构 支护顺序 支护工艺 支护时机
支护与围岩变形的关系曲线
Pi
支
护
反
保证不坍塌
力
支护力范围
围岩变形△与最小支 护反力Pi的关系曲线
坍塌临界点k 已坍塌
不
坍ห้องสมุดไป่ตู้
塌
k
支 护
不坍塌支护的变形范围
时
间 范
无支护变形发展△-t曲线
围
Tk
△
围岩变形
T
时间
支护与围岩变形的关系曲线
Pi
支 护 反 力
P3
P1
P2
T1
T2 T3 Tk
T
时间
△2
新奥法
3、分部开挖法
分部开挖法可分为三种变化方案： 台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧 壁导坑法 。
工字钢
核心土
临时工作平台
⑴ 台阶分部开挖法(弧形导坑法)
又称环形开挖留核心土法，一般将断 面分成为环形拱部(图中的1、2、3)、上 部核心土(4)、下部台阶(5)等三部分。根 据断面的大小，环形拱部又可分成几块交 替开挖。环形开挖进尺为0.5-1.0m，不 宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一 般为1倍洞跨。
施工程序
二、新奥法原则： 1、 最大限度地保持围岩的固有强度，以发挥围
岩的自承能力。
2、预计围岩有较大变形和松弛时，应对开挖
面施作保护层，而且应在恰当的时候敷设， 过早或过迟均不利。 3、衬砌需要加强的区段，不是增大混凝土的 厚度,而是加钢筋网、钢支撑和锚杆，使隧道 全长范围采用大致相同的开挖断面。
● 工作空间大，便于大型机械化施工 ；
● 施工进度高，目前，我国公路隧道一 般都能保持月进成洞平均150m左右，高 者已接近300m／月。
● 施工环境较好
全断面开挖的缺点：
● 开挖面较大，围岩相对稳定性低；
● 循环工作量较大，要求施工单位有较 强的开挖、出渣、运输、支护能力；
● 采用深孔爆破时，产生的爆破震动较 大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。
当隧道跨度很大，或环境要求，或地 表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧 壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双 侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑 法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2 左右。
这种方法也是分成上下两部分，但 上台阶仅超前3~5m，只能采用交替作 业。
● 适用条件
超短台阶法适用于膨胀性围岩和 土质围岩，要求及早闭合断面的场 合。当然，也适用于机械化程度不 高的各类围岩地段。
8.锚喷支护结构设计
锚喷支护的概况
1
锚喷支护的受力分析和结构计算
2
柯憋聘毕席咯完激耽霞惭期笋岳成叛宁实照混婆兹擎廓宅适绍象腥躲姐烂8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
锚喷支护结构的设计
§1锚喷支护的概况
闰擎椽簇忘瓦努谤领葵惟域戈姥镭买鬃绣多嘴哀踢垣结来河际茄奏睦速樊8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
娃峪碍嗡桌咬晒杏霹膀沏悟蟹么菲万挫颈班犬敬猫纤六湿育爬虎英搓稍鹤8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
§2.锚喷支护设计
3.锚杆的设计与计算 ② 锚杆锚固长度确定 ◆锚固深度L1 根据锚杆抗拉强度与砂浆粘结力相等的等强度原则，可确定锚杆的锚固深度L1：
其中：d是锚杆直径， φ16~22螺纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系数，3-5； τ是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 L1大于30厘米；
留总要驹啤奈晚偏呵隋弄烧蟹崔剃方敝橱座绘唱卯显莽土科诅傲荷亿走殃8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
锚喷支护结构的设计
§2锚喷支护的设计
写卤洼春殆缮任喂庭悦狸级奇收颠文恒甲晨姜斧沪蹲完授淫咸茎远三子邓8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
§2.锚喷支护设计
1.锚杆的作用和效果
饭饿恫度天导酶除棒友享请胶笋塘崔诸音李任潦羹绩妻弟蜘售拭四启慕堂8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
如畏邱韦播复餐翟酵千鉴疼恋沁痴灶侯痊巴祈及法戍貌栽狮现结杯新邯中8.锚喷支护结构设计8.锚喷支护结构设计
§1锚喷支护的概况
3）要点： (五) 在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段。 (六) 要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。 (七) 在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。。 (八) 在隧道施工过程中，必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化的施工管理系统，以不断地提高和完善隧道施工技术。 上述隧道施工的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。
隧道施工新奥法、盾构法、TBM、浅埋暗挖法施工方法(121页)
工作示意图
竖井施工
竖井施工
盾构机安装
安装就位
推进
沙土搬运和管片运输
沙土搬运
衬砌
衬砌指的是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等 材料修建的永久性支护结构。衬砌技术通常是应用于隧道工程、水利 渠道中。衬砌简单说来就是内衬，常见的就是用砌块衬砌，可以是预 应力高压灌浆素混凝土衬砌。
探导坑。 美国罗宾斯(Robbins)公司1952年研制出第一台软岩TBM，1956年又成功研制
中硬岩TBM。
2020/5/12
53
TBM法的概述与应用
土压平衡盾构机结构图
刀盘
盾尾
施工
1.在盾构法隧道的起始端和终结端各建一个竖井，城市地铁一般利用 车站的端头作为始发或到达的竖井； 2.盾构在始发竖井内安装就位； 3.依靠盾构千斤顶推力（作用在竖井后壁或新拼装好的衬砌上）将盾 构从始发工作井的墙壁开孔处推出； 4.盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土（泥）和 安装衬砌管片； 5.及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置； 6.盾构进入到达竖井并被拆除，如施工需要，也可穿越竖井再向前推 进。
管片
管片运输
管片运输
管片运输
管片拼装
管片拼装
盾构到达竖井
TBM
TBM发展历史简介
隧道掘进机(Tunnel Boring Machine )是一种用机械破碎岩石、出碴与支护 实行连续作业的综合设备，它是由盾构技术发展而来的。
1818年英国布鲁诺(Brunel)受蛀虫钻孔启示，最早提出盾构雏形与施工方法。 1846年意大利人Maus发明隧道掘进机(盾构)。 1851年美国人查理士·威尔逊研制出TBM试用于花岗岩掘进未获成功。 1881年波蒙特开发出压缩空气式TBM，成功用于英吉利海峡隧道直径2.1m的勘
隧道新奥法施工方案
三、隧道新奥法施工方案新奥法施工是把岩体视为连续介质，根据岩体具有的粘性、弹性、塑性的物理性质，并利用了洞室开挖后围岩应力重新分布而产生的变形到松动破坏有一个时间效应的动态特性，适时地采用薄壁柔性支护结构（以锚喷为主）与围岩紧密贴合共同起作用，从而利用天然围岩的自身承载能力，以达到洞室围岩稳定的目的，光面爆破、锚杆支护、喷射混凝土和现场量测，是隧道新奥法施工的“四大支柱”。
1新奥法施工步骤图2 新奥法施工概论新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。
新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。
减少对围岩的震动，以保全其整体性。
同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。
新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。
Ⅱ等级的围岩在设计与施工中采用施工准备→拟订施工方案→洞口路堑土石开挖→洞口防排水设施→洞身开挖→二次衬砌防水隔离层的施工步骤，尽量采取大断面开挖,尽量减少对围岩的破坏程度，还必须采取其他补充措施,如超前灌浆,冻结、疏导涌水等，才能使新奥法取得成功。
3 在Ⅱ级围岩在设计施工中应采取的工艺在Ⅰ,Ⅱ级围岩在设计施工中应采取全断面开挖法，它是按巷（隧）道设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法。
其开挖方式主要有三种：即新奥地利全断面开挖法、护板全断面开挖法和掘进机护板全断面开挖法。
全断面开挖是一次开挖成形的施工工艺，适用于铁路客运专线隧道的Ⅱ级围岩地段，全断面开挖施工工艺循环进尺必须根据隧道断面、围岩地质条件、机械设备能力、爆破振动限制、循环作业时间等情况合理确定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
PPT文档演模板
• 其中，γ是岩体容重；b锚杆间距， 一般L1>新2奥b法隧；道结k构安设计全隧道系工程数新奥2法-3。
锚喷结构设计
•⑷ 支护块状围岩：围岩塌落总是从危石开始，可能形成 连锁反应。
•砂浆锚杆的承载力：
• ⑸ 加固裂隙围岩：若在隧道顶部出现裂隙，为防止进一步扩 展危及顶部岩体稳定，可采用预应力锚杆加固。
PPT文档演模板
•整体加固作用
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•⑶ 锚杆的设计与计算 •① 锚杆承载力计算
• 当块体危石坠落时，除使锚杆受拉外，还对锚杆产生剪切 作用，如图所示，根据静力平衡及正弦定理有：
•式中：N是锚杆所受拉力；Q是锚杆所受剪力；G是危石重量 或一根锚杆承担的岩石重量；是锚杆与地质结构面的夹角；是 锚杆与垂直线夹角。
• ① 一切方法、手段和措施都围绕围岩稳定为目的；
• ② 支护与围岩视作统一的复合体，支护合围岩共同作用；
• ③ 在复合体中，围岩是承载主体，最大限度的发挥围岩的自 承能力，同时也要发挥支护结构的承载能力；
• ④ 凭借现场试验和监测手段，划定围岩级别，获得力学参数， 指导设计施工；
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑤ 支护结构要根据坑道围岩的实际动态，及时进行调整和修 改，以适应不断变化的围岩状态；
•3、锚喷支护与传统支护的区别
•⑴ 对围岩和围岩压力的认识上：
•●传统支护理论：围岩压力由洞室塌落的围岩“松散压力”造成 的;
•●锚喷支护理论：围岩具有自承能力，围岩作用在支护上的压力 不是松散压力，而是阻止围岩变形的形变压力。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑶ 整体稳定原理
• 喷混凝土层与围岩体表面紧密粘结、咬合、使洞室表面 岩体形成较平顺的整体，依靠结合面处的抗拉、抗压、抗剪 能力，与岩体密贴组成“组合结构”或“整体结构物”共同 工作。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑤ 对不同的地质条件，力学特征的围岩，灵活采用不同支护 方式，力学计算模型。如荷载-结构模型、经验类比模型等；
•⑵ 基本要求
• ① 支护必须与周围岩体大面积的牢固接触，即保证支护-围岩 作为一个统一的支护体系而共同工作；
• ② 重视初期支护的作用，并使初期支护与二次支护相互配合， 协调一致的工作；
• ③ 要允许围岩及支护结构产生有限的变形，以允许发挥围岩 的承载作用而减少支护结构的受力。为此要求对支护结构的刚 度、构造给予充分的注意；
• ④ 必须保证支护结构及时施作。如支护施作过晚，会使围岩 暴露时间过长，产生过渡的位移而濒临破坏，所以应在坑道围 岩达到极限平衡之前发挥其承载作用；
PPT文档演模板
• ● 开挖方式（全断面开挖小）
• ● 掘进速度（速度越快位移越小）
• ● 支护时机
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ● 支护方式 • ② 隧道周边容许位移量的确定原则 • ● 城市地下隧道的下沉量尽量小，一般不能超过5~10毫米； • ● 浅埋山岭隧道容许位移量可以大些，一般小于30毫米； • ● 深埋隧道洞周的位移不致引起有害松动为原则，一般30
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ② 二次支护（内拱）设计与计算
• ●内拱的承载力常是一种安全储备，安全系数
• ●内拱承载力：
K=1.5~2.0
• ●内拱厚度：
• (4) 隧道围岩位移量的容许值
• ① 影响隧道周边最终位移量的因素
• ● 岩体的物理力学性质
• ● 原始地应力大小
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑨ 围岩支护特性曲线
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑶ 锚喷支护结构承载力计算 • ① 初期支护（外拱）设计与计算 • ●初选喷层厚度t，可按照经验公式：t=0.017r0， r0是隧道半
径 • ●确定锚杆直径、长度和间距 • ●喷层支护抗力： • ●承载环内岩体的抗力： • ●锚杆的抗力： • ●其它支护提供的抗力： • ●总支护抗力：
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•⑶ 60年代后发展期来的现代支护理论阶段：
•● 特点：围岩和支护结构共同组成了承载的支护体系，其中围 岩是主要的承载结构，而支护结构是辅助性的，但也不可缺少。
•● 代表：新奥法理论是其典型代表。
•2、现代支护理论与设计要点
•⑴ 现代支护理论
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ⑵ 局部稳定原理 • 危石除用锚杆支护外，也可用喷射混凝土层支护。在危
石重力作用下混凝土喷层可能出现冲切破坏和撕裂破坏。
• ① 抗冲切计算
• 喷层厚度必须满足：
• 其中： 为喷射混凝土抗拉强度（理论上应是抗剪强度，
因抗剪强度较大，计算不安全）；u为危石底面周长，k是安
• 锚杆是利用围岩自身强度来支护围岩，属于内部支护，其对 围岩的力学效应主要有以下作用：
• ①悬吊作用：将不稳定岩 层悬吊在坚固岩层上，阻止围 岩移动滑落。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ② 减跨作用：在隧道顶板岩层中大入锚杆，相当于在顶板上 增加了支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体应力减小。
• ⑧ 由洞周位移计算围岩压力 • ● 弹性区引起的应力增量：
• ● 围岩引起的径向应变：
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•● 由以上关系得： •● 弹塑性边界上的径向位移： • •● 据弹性区应力和摩尔库仑关系得： •● 变形过程中假设塑性区体积不变：
•● 用洞周位移 表达的围岩压力
全系数3～5。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•② 抗撕裂计算
•其中： 是喷层和岩石之间的计算粘结强度。
•为此，需求出危石自重作用下在喷层与岩石之间的拉应力q的
大小，利用弹性半地基上的半无限长梁公式：
；其
中
；K岩体弹性系数；E是混凝土弹性模量。当x=0端
点时，有最大值：
•减跨作用
•组合梁作用
• ③ 组合梁作用：在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固 在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ④ 挤压加固作用（整体加固作用）：预应力锚杆群锚入围岩 后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的 锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。压缩 带中的岩体处于三向应力状态，显著提高围岩强度。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• 其中：d是锚杆直径， 螺纹钢筋；D是钻孔直径；k安全系 数，3-5； 是砂浆与岩孔之间的抗剪强度。实践中要求 大于30 厘米； • ● 锚杆长总度L：
• 式中：L1是锚固深度；L2为不稳定岩层厚度；L3是外露长 度（约小于喷射混凝土厚度）； • ⑶ 锚杆间距的确定：若等间距布置，每根锚杆所负担的岩体 重量即为所受荷载。
• 3、锚喷联合支护 • ⑴、锚喷联合支护修建隧道的基本概念
• 锚杆是深层加固围岩，喷射混凝土是表层及局部加固围 岩
• 锚喷支护不单纯是一种施工方法，而且是一种指导原则和 思路
• ● 围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特 性
• ● 支护结构要薄而具有柔性，并与围岩密贴，使因产生弯
矩而破坏的可能性达到最小，当需要增加支护衬砌强度时，
• 随着开挖深度的增加，人们越来越多的发现，古典压力理论 不符合实际情况，于是出现了散体压力理论。
•⑵ 1920～1960年代的松散体理论阶段：
• ● 特点：当地下工程埋深较大时，作用在支护结构上的压力， 不是上覆岩层的重量，而只是围岩坍落拱内的松散岩体的重量。
• ● 代表：太沙基(K.Terzaghi)和普氏理论
例均匀的搅拌后送入喷射机，借助压缩空气将干混合料通过
管道压送到喷头与高压水混合，以很高的速度喷射到岩壁表
面凝结而成的砼。它是通过局部稳定围岩和整体稳定围岩起
支护作用。
• ⑴ 喷射砼的作用
• ① 充填裂隙加固围岩；
• ② 找平，封闭围岩表面防止风化；
• ③ 喷砼与围岩组成共同承载结构。
PPT文档演模板
宜采用锚杆、钢筋网以及钢支撑等加固，而不宜大幅度增
加喷层或衬砌厚度。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•⑵ 支护与围岩共同作用的力学原理 • ① 锚喷支护结构设计的力学原理：采用的是围岩体和柔性支 护共同变形的弹塑性理论。 • ② 弹塑性理论的基本概念：基于材料试验弹塑性曲线 • ③ 对于圆形隧道，作如下假定： •● 围岩为均质、各向同性的连续弹塑性体； •● 初始应力为自重应力场； •● 隧道视为无限体中的孔洞问题； •● 采用莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则为塑性屈服判据。
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
•7.2 锚喷支护结构的受力与计算
•1、锚杆支护结构 • ⑴ 锚杆类型 • ① 全长粘结型
•全长粘结型
• ② 端头锚固型
•端头锚固型
PPT文档演模板
新奥法隧道结构设计隧道工程新奥法 锚喷结构设计
• ③ 摩察型
• ④ 预应力型
•⑵ 锚杆的力学作用
PPT文档演模板