地 下 结 构 工 程.ppt

平衡状态下的三向应力 ：
z H

x
y
z

H

1
隧道开挖前后的变化
硬岩及软岩在隧道开挖后应力重新分布 范围的大小与地质条件有关，一般为隧道开挖跨度的
0.5~2.5倍。
在坚硬、完整岩体中，由于岩体强度高，影响 范围小，岩体能承受周边急剧增大的应力，可 使隧道保持稳定，一般只有弹性变形而不会破 坏；
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地下结构工程
第04章 主讲教师 ： 穆保岗
上一章要点
悬臂支护、单撑单锚支护、土层锚杆、 水泥挡土墙、土钉墙、SMW方法、逆作
拱墙的设计过程； 了解逆作法施工。
第4章 新奥法与锚喷支护
4.1 概述 4.1.1 新奥法简介
奥地利学者L.V.Rabcewicz二十世纪60年代出提出了“新奥 地利隧道施工法” 。
爆破（光面爆破、预裂爆破）。
新奥法的优点
（1）经济、快速。
若以面积A为100，设计衬砌量 B和超挖量的面积C。可以看出，
由于采用控制爆破、柔性
薄衬砌，新奥法的开挖量为老 方法的73％（110/151），衬 砌量为老方法的20％。此外， 还可省去全部木模和40％以上 的混凝土，降低支护成本30％ 以上
围岩类别 s
VI :呈巨块状整体结构硬质岩石, Rb>60MPa V :呈大块状砌体结构硬质岩石, Rb>30MPa
IV :呈块（石）碎（石）状镶嵌结构 III :略具压密或成岩作用的粘性土 、砂性土 II :湿的一般碎、卵石土，圆砾、角砾土及黄
土 I：软塑状粘性土及潮湿的粉细砂等
围岩类别 Ⅵ、Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
e
0
<0.15q (0.15~0.3)q (0.3~0.5)q (0.5~1.0)q
必须同时具备下列条件：
（1）H/B<1.7，H为隧道开挖高度，B为
隧道开挖宽度。 （2）不产生膨胀力的围岩及偏压不显著
的隧道； （3）采用钻爆法施工的隧道。
2）浅埋隧道围岩压力的确定
而在松Leabharlann Baidu、破碎岩体中，由于岩体不能承受增 大的应力，在一定范围内的岩石就要松动、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 隧道围岩压力的确定
1）深埋隧道围岩压力的确定
q 0.45 26s
1 i(B 5)
i——为每增减1m时的围岩压力增减率。以B＝ 5.0m的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。
New Austrian Tunnelling Method简称为“新奥法” （NATM）。
“欧洲隧道掘进法”或“收敛约束法”（Convergence Confinement Method）。
新奥法 ：围岩本身具有“自承”能力，若采用正 确的设计施工方法，最大限度地发挥这种自承能力， 即可以使得经济效果达到最佳 。
按荷载等效高度的判定式为：
H p (2.0 ~ 2.5)hq
q
hq
在新奥法施工的条件下，Ⅰ~Ⅲ类围岩 取 H p 2.5hq ，Ⅳ~Ⅵ类围岩 H p 2.0hq。
支护施工应及时快速，使围岩尽快封闭而处于三向受力状态。 （5）洞室尽可能为圆形断面，或由光滑曲线连接而形成的
断面，以避免应力集中。 （6）良好的施工组织和施工人员的良好素质对洞室结构施
工的安全、经济非常重要。
4.1.2 锚喷支护简介
锚喷支护（Shotcrete and Bolting）是采 用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚 杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土 等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固 的结构。
2）安全、适应性强
表4-1 老方法与新奥法 工程量对比
有效使用面积A
混凝土衬砌面积B 超挖面积C B+C
老方法 100
36 15 51
新奥法
100
7 3 10
新奥法的主要原则
（1）围岩是洞室的主要承载结构，而不是单纯的荷载，它 具有一定的自承能力。
（2）尽量保持围岩原有的结构和强度； （3）尽可能作到适时支护。 （4）支护本身应具有薄、柔、与围岩密贴和早强等特性，
要点
尽可能不扰动周边围岩，开挖之后及时 进行一次支护，然后视需要进行二次支 护。
支护都是柔性的，以适应围岩的变形。
目前采用经验统计类比的方法做预设计， 再在施工过程中不断监测围岩的应力、 应变状况，按其发展规律来调整支护措 施。
适用条件及要求
深埋、浅埋、中等埋深 均可； 勘测、设计、施工、控制各环节密切配合； 尽可能地发挥围岩的自承作用 ，采用控制
本身的作用，即使大量采用锚喷支护，也 不能认为是应用了新奥法。
4.2 隧道围岩压力的确定
4.2.1 围岩压力 开挖隧道使围岩原有的平衡状态破坏了，
对隧道周围一定范围内的围岩产生了不 同程度的扰动。 支护结构要阻止围岩的移动、变形，支 护结构就必然要受到围岩所施加的力， 即围岩压力 。
初始应力
1）锚喷支护的优点
节省、加快施工进度； 符合岩体力学原理的积极支护方法 ； 柔性好，它能与围岩变形一致，从而与
之构成一个共同工作的承载体系 ； 锚喷支护技术不再把围岩仅仅视作荷载
（松散压力），同时还把它视为承载结 构的组成部分。锚喷支护结构承受荷载 的性质为围岩的形变压力。
2）锚喷支护的适用条件及要求
表4-3 各类围岩的重度
围岩类别
Ⅵ
Ⅴ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ

(kN/m3)
25.5~27.4 24.5~26.5 22.5~24.5 18.6~21.6 16.7~19.6 14.7~16.7
注：对Ⅲ类围岩的老黄土采用16.7~17.6kN/m3； 对Ⅱ类围岩的新黄土采用14.7kN/m3。
表4-4 围岩水平均布压力e
配合光面爆破等控制爆破技术，使开挖 断面轮廓平整、准确，便于锚喷成型， 并减少回弹量；
减轻爆破对围岩的松动破坏，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； 既有密切联系又有原则区别； 锚喷支护的快速有效的支护施工手段，才
有可能使新奥法的基本原则得以实现。 不把围岩看成自承结构，不充分发挥围岩