5 新奥法施工
5.1 概述
传统的矿山法施工，为地下铁道暗挖施工技术奠定了基础。到本世纪60年代，由于喷射混凝土和锚杆技术的出现，创造了新奥地利施工法(New Austria Tunnelling Method)，简称新奥法(NATM)。新奥法的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测+监控来指导地下工程的设计与施工，其施工程序见图5-1。
图5-1 新奥法施工程序
新奥法的基本要点是：
(1) 隧道的承载部分主要是围岩；
(2) 尽可能不破坏作为承载要素的围岩强度；
(3) 极力防止围岩松动；
(4) 避免围岩处于单轴及两轴受力状态；
(5) 对围岩的变形加以控制；
(6) 适时进行衬砌；
(7) 衬砌要薄以防止产生弯矩；
(8) 用钢筋网、锚杆加强衬砌而不要增加厚度；
(9) 依据围岩变形量测来决定衬砌方法和时间；
(10) 隧道可视为支护及岩石承载环所组成的厚壁管；
(11) 衬砌不能有缺口，以保证圆环作用；
(12) 全断面开挖比分部开挖有利；
(13) 施工方法对结构安全起决定作用；
(14) 圆化衬砌棱角，以避免应力集中；
(15) 如为复合式衬砌，内层衬砌也要薄；
(16) 初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备；
(17) 测定衬砌应力及围岩的变位，才能正确的进行设计和施工；
(18) 要用排水的方法降低岩体中水的渗透压力。
5.2 施工方法分类
施工方法根据断面分块情况和开挖顺序分类如下：
(1) 全断面法
常用在Ⅰ～Ⅱ类硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度，可采用深孔爆破。
(2) 台阶法
①长台阶法一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨，施工中上下部可配属同类型较大型机械平行作业或交替作业。在短隧道或Ⅰ～Ⅱ类硬岩长隧道可一次将上半断面挖通后，再挖下半断面，施工干扰少，机械配套，测量较简单，可进行单项作业。
②短台阶法上台阶长度小于5倍洞跨，但大于1～1.5倍洞跨，适用于Ⅳ～Ⅴ类围岩，可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但上台阶施工干扰较大。
③超短台阶法上台阶仅超前3m～5m，断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助施工措施稳定开挖工作面以保证施工安全。
(3) 分部开挖法
①台阶分部开挖法(环形开挖留核心法)适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护，增强开挖工作面稳定。在拱保护下开挖核心土，安全性好，一般环形开挖进尺为0.5m～1.0m左右，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖。上下台阶距离在洞跨10m左右时取一倍洞跨，洞跨为5m左右时可取2倍洞跨；
②单侧壁导坑法适合于围岩较差、跨度大、地表沉陷难于控制时。此法单侧壁导坑超前，中部和另一侧断面采用正台阶法施工，故兼有正台阶法和双侧导坑法的优点，且洞
跨可随机械设备和施工条件决定；
③双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩条件特别差时配合辅助施工方法安全可靠，但是速度慢、造价高。
采用台阶法施工时，下半断面的落底和封闭应在上部断面初期支护基本稳定后进行。
新奥法施工应根据地质和施工机具条件，尽量采用对围岩扰动少的开挖支护方法。
5.3 岩石地层的新奥法施工
岩石地层当采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破和预裂爆破技术，尽量减少欠挖和超挖。
5.3.1 光面爆破与预裂爆破
根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，严格控制周边眼的装药量和装药结构，采用小直径药卷和低爆速炸药，采用毫秒微差有序起爆，爆破参数可采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，无条件试验时，可参考表5.1，5.2选用。
表5.1 光面爆破参数
岩石种类饱和单轴抗压
极限强度
R b (MPa)
装药
不偶合系数K
周边眼
间距
E (cm)
周边眼最小
抵抗线
W (cm)
相对距
E/W
周边眼装药
集中度
q (kg/m)
硬岩>60 1.25～1.50 55～70 70～85 0.8～1.0 0.30～0.35 中硬岩>30～60 1.50～2.00 45～60 60～75 0.8～1.0 0.20～0.30 软岩≤30 2.00～2.50 30～50 40～60 0.5～0.8 0.07～0.15
岩石种类饱和单轴抗压
极限强度
R b (MPa)
装药不偶合系
数K
周边眼间距
E(cm)
周边眼至
内圈崩落眼
间距(cm)
周边眼装药集
中度
q (kg/m)
硬岩>60 1.2～1.3 40～50 40 0.35～0.40 中硬岩>30～60 1.3～1.4 40～45 40 0.25～0.35 软岩* ≤30 1.4～2.0 30～40 30 0.09～0.19 *软岩隧道的爆破相对距离宜取较小值
5.3.2 爆破振动速度要求
若采用光面爆破，爆破振动速度应小于下列数值：硬岩15cm/s、中硬岩10cm/s、软岩5cm/s。隧道上方有建筑物时，爆破振动对建筑物的破坏左右，取决于爆破地震波到达建筑物时的强度，爆破振动地震波的传播方向与建筑物相对位置，爆破地震波延续时间，建筑物的类型、形状、高度、破损程度，爆破振动频率与建筑物固有频率之间的关系等等。虽然评价爆破振动对建筑物的破坏作用是一项及其复杂的工作，但是人们通过一系列爆破对建筑物破坏影响的调查研究，仍然提出了相应的破坏判据，见表5.3，5.4。
表5.3 建筑物破坏和震动速度的关系
震级一般建筑物震动速度（cm/s）
1 无损坏<2.5
2 简易房屋轻微损坏 2.5～5.0
3 简易房屋一般房屋轻微损坏 5.0～10.0
4 简易房屋破坏，一般房屋损坏，砂浆地面出现裂缝10.0～25.0
5 建筑物破坏和严重破坏10.0～50.0
6 建筑物严重破坏>50
表5.4 建筑物允许震动速度值
建筑物抗震级别建筑物特性
震动速度
（cm/s）
1 设计烈度7度及以上的工业建筑5～7
2 一般工业建筑，基础好，质量好的砖墙瓦顶民房3～5
3 基础土质好，一般的砖瓦房，有主要设备的厂房 1.5～3.0
4 基础土质差，一般的砖瓦房，陈旧的砖墙瓦顶房屋，木骨架瓦房，质
量好的土坯瓦顶房
0.8～1.5
5 具有历史价值的建筑物。砾石墙民房，土坯墙民房，民居窑洞，安装
有精密设备的实验室
0.4～0.8
为了减少爆破对环境的影响，国外发明了岩石隧道全断面掘进机，使隧道掘进速度加快，效率提高，大大减轻劳动强度，有的月进度达到1Km以上。此外，采用隧道掘进机还有施工安全、开挖面平整、超挖小、节约衬砌混凝土、没有爆破振动、对围岩振动破坏小等优点。但在较短的隧道中使用是不经济的，一般要求隧道长度/直径>600时才适用。隧道掘进机对有溶洞、断层的地层适应能力差，因此在选用前应对工程地质进行详细调查。
对于较软的岩石也可使用机械预切槽法及水利切割法等工艺。
5.3.3 初期支护
围岩开挖后应立即进行必要的支护，并使围岩与支护尽量密贴，以稳定围岩。围岩条件比较好时，可简单支护或不支护。采用喷射混凝土、锚杆作为初期支护时的施工顺序，一般为先喷射混凝土后打锚杆；围岩条件恶劣时，则采用初喷混凝土→架钢支撑→打锚杆→二次喷射混凝土。锚杆杆位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求，锚杆杆体露出岩面的长度不宜大于喷混凝土层厚度，锚杆施工质量应符合有关规范要求。
对有水地段的锚杆施工经常采取以下措施：如遇孔内流水，可在附近另钻一孔，再设锚杆，亦可采用管缝锚杆；或采用速凝早强药包锚杆；或采用管形锚杆并向围岩压力注浆等。
5.4 松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法)
5.4.1概述
近年来,采用浅埋暗挖法施工的地下铁道工程已越来越多,它的优越性也越来越明显，目它已经成为城市地下铁道施工采用的主要方法之一。
浅埋暗挖法是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的。城市浅埋地下工程的特点主要是：覆土浅、地质条件差(多数是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等)自稳能力差、承载力小、变形快，特别是初期增长快，稍有不慎极易产生坍塌或过大的下沉，而且在隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求等。
与其他施工方法相比，浅埋暗挖的法具有许多特点。
①适用于各种地质条件和地下水条件；
②具有适合各种断面形式(单线、双线及多线、车站等)和变化断面(过渡段、多层断面等)的高度灵活性；
③通过分部开挖和辅助施工方法，可以有效地控制地表下沉和坍塌；
④与盾构法相比较，在较短的开挖地段使用，也很经济；
⑤与明挖法相比较，可以极大地减轻对地面交通的干扰和对商业活动的影响，避免大量的拆迁；
⑥从综合效益观点出发，是比较经济的一种施工方法。
有关深浅埋的分界问题，一直是工程界所关注的问题。对深浅埋隧道的认识，有许多不同的观点，根据国内外近50个试验段的试验资料和工程实例，将覆土厚度(H)和隧道开挖宽度(B)的比值等于或大于2.0，作为深浅埋分界深度是合适的。
目前，在浅埋的概念中，由于施工方法选择的需要，根据工程特点，又将浅埋分为浅埋和超浅埋2种。一般说来，上层覆土发生整体下沉的可能时，就属于超浅埋。或当覆土厚度与隧道开挖宽度之比值小于0.4，也可认为属于超浅埋。
5.4.2 浅埋暗挖法的施工技术
5.4.2.1.施工的基本原则
根据国内外的工程实践，浅埋暗挖法的施工应贯彻如下原则：
(1) 管超前：指采用超前小导管注浆防护，实际上就是采用超前支护的各种手段，提高掌子面的稳定性，防止围岩松弛和坍塌；
(2) 严注浆：指在导管超前支护后，立即进行压注水泥浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力；
(3) 短开挖：指一次注浆，多次开挖，即限制一次进尺的长度，减少对围岩的松弛；
(4) 强支护：指在浅埋的松软地层中施工，初期支护必须十分牢固，具有较大的刚度，以控制开挖初期的变形；
(5) 快封闭：指在台阶法施工中，如上台阶过长时，变形增加较快，为及时控制围岩松弛，必须采用临时仰拱封闭，开挖一环，封闭一环，提高初期支护的承载能力；
(6) 勤量测：指对隧道施工过程进行经常性的量测，掌握施工动态，及时反馈，是浅埋暗挖法施工成败的关键。
5.4.2.2 地层预加固和预支护技术
在城市地下铁道浅埋暗挖法施工中，经常遇到砂砾土、砂性土、粘性土或强风化基岩等不稳定地层。这类地层在隧道开挖过程中自稳时间短暂。往往初期支护尚未来得及施作，或喷射混凝土还未获得足够强度时，拱墙的局部地层已经开始坍塌。为此需要采用地层预支护和预加固方法，来提高地层自稳能力。
(1) 小导管超前注浆
这是在地下铁道单线区间隧道开挖过程中常采用的方法。注浆小导管采用?38mm～?50mm的焊接钢管制成，导管沿上半断面周围轮廓线布置，间距0.2～0.3m，仰角控制在10°～15°，如图5-2所示。
图5-2小导管注浆施工示意图
注浆小导管管头为25°～30°的锥体，管长3m～5m，其中端头花管长2.0m～2.5m，花管部分钻有?6mm～?10mm的孔眼，每排4个孔，交叉排列，间距10cm～20cm左右。注浆小导管用风钻打入。
注浆材料及配合比应根据地质条件和施工要求，通过现场实验确定。水泥浆或水泥水玻璃浆液，主要使用渗透系数大于10－4cm/s的填土层、砂土层和夹砂的粘土层；对于大于10－5cm/s的细砂层壳采用化学浆液(聚氨酯类、丙烯酰胺类)。在北京砂性土中曾采用过水泥水玻璃双液浆，水灰比控制在0.8:1～1:1,水玻璃浓度35Be～40Be，水泥浆与水玻璃浆的体积比为1:0.6～1: 1，凝胶时间在1min左右。经过注浆，在浆液扩散范围内，砂石均被胶结，7d抗压强度可达到5MPa～15MPa。在隧道轮廓线以外，形成一个厚0.6m～1.2m 的硬壳。提高了施工安全条件，减少了地表沉降，方便了初期支护的锚杆喷射混凝土作业。
控制注浆压力是这项作业的又一重要技术环节，应根据地质条件、周围建筑物情况及施工要求，通过现场试验确定，一般控制在0.3MPa～0.7MPa之间。
(2) 开挖面深孔注浆
对于断面比较大的双线隧道或跨度比较大的渡线部分，因注浆小导管加固范围有限，故一般采用开挖面深孔注浆。对于70 m2～100m2断面的隧道可布置12～18个注浆孔，其
中15 m左右的长孔布置6～11个，5 m左右的短孔布置6～7个，见图5-3，并采用隔孔注浆的方法。水泥浆的配合比及注浆压力通过现场试验确定。其工艺流程，见图5-4。
图5-4 深孔注浆工艺流程框图
注浆量应根据地层孔隙率确定，一般可按照下列公式计算：
Q = RЛHnβα
式中Q——浆液注浆量(m3)；
R——浆液有效扩散半径(m)；
H——注浆段长度(m)；
n ——土体孔隙率(或岩体裂隙率)％，(土、砂土n ＝30％～60％)； β——浆液充填率：β＝0.3～0.9，(土、砂土，β＝0.3～0.5)； α——超耗系数(含超注量、冒浆、损耗等)，α＝1.2～1.5。
(3) 管棚超前支护
当地下铁道通过自稳能力很差的地层，或地表通过车辆荷载过大，威胁施工安全，或临近有重要建筑物，为防止由于地铁施工造成超量的不均匀下沉，往往采用管棚法。
所谓管棚，就是把一系列直径位10cm ～60cm 的钢管，沿隧道外轮廓线或部分外轮廓线，顺隧道轴线方向依次打入开挖面前方的地层内，以支撑来自外侧的围岩压力。管棚排列的形状有帽形、方形、一字形及拱形，见图5-5，可依据工程需要及断面形式确定。而管棚设置的范围、间距、管径则应根据工程地质合水文地质条件以及隧道的埋置深度等因素确定。
管棚施工的工艺流程，如图5-6所示。 5.4.2.3 区间隧道土方开挖
在松散不稳定地层中采用浅埋暗挖法开挖作业时，所选用的施工方法及工艺流程，应保证最大限度的减少对地层的扰动，提高周围地层自承作用和减少地表沉降。根据不同的地质条件及隧道断面，选用不同的开挖方法，但其总原则是预支护、预加固一段，开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段，封闭成环一段。初期支护封闭成环后，隧道处于暂时稳定状态，通过监控量测，确认达到基本稳定状态时，可以进行二次衬砌的混凝土灌注工作。如量测结果表明尚未稳定，则需继续监测；如监测结果表明支护有失稳的趋势时，则需及时通过设计部门共同协商，确定加固方案。
图5-5管棚超前支护布管形式示意图
当周围地层稳定性较好时，可采用长台阶半断面施工方法，这时施工机械可布置到上台阶进行施工，加快施工进度。但拱部初期支护长时间无法封闭，当拱部地层压力较大，拱脚部位土体不能够提供足够反力时，整个拱部将连同支护一起下沉，严重时拱脚部位土体将产生滑移，涌入隧道。当遇到这种不利情况时，可施作临时仰拱，形成半断面临时闭合结构，促使地层稳定。临时仰拱的安设与拆除必然将增加工程量，增大工程费用。因此，当土体稳定性并不十分可靠时，要慎重选用这种施工方法。
浅埋暗挖法施工中所选用的施工机械，除局部遇有坚硬岩石需要爆破以外，各类土层或严重风化的基岩均可采用短臂反铲机械进行开挖，或采用S—50 型单臂掘进机。
出渣可采用有轨运输，也可以通过斜井，采用汽车无轨运输。但由于城市条件，往往不允许在白天用汽车将渣土运至卸渣场，需在工地存渣场暂存，等夜间在市容管理允许的时间内将渣土倒运至卸渣场。在这种情况下，汽车进入隧道实行无轨运输的组织方式就无太大实际意义了。故一般多采用有轨运输，通过竖井提升到井口堆渣场，然后进行倒运。
施工用的竖井或斜井应尽可能的设在未来的区间风道位置上，这样待工程结束后，便于将其改建成通风井，减少废弃工程量。竖井和斜井的断面尺寸是根据工程需要和可能进入隧道内的最大部件或机具设备最大尺寸进行规划的。竖井可做成方形、矩形或圆形。井壁可采用地下连续墙，现浇模注混凝土或拱架锚喷混凝土，根据工程地质条件、工程需要和施工单位具有的施工经验确定。
隧道开挖轮廓线是根据隧道设计轮廓尺寸、施工误差及最大变形量而定的，施工中要严格控制开挖轮廓线，防止超挖，但是不得欠挖。当采用机械开挖时，沿轮廓线预留10cm 人工找平层，用手工修边。
一般工程控制断面轮廓线得方法为断面支距法，见图5-7，以开挖轮廓线得中线拱顶点为起点，沿中线由上向下，每隔0.5m向两侧量出支距L1左、L1右、L2左、L2右等，各支距点的连线，即为断面轮廓线。
为保证区间隧道中线及水平标高准确无误，应加强施工测量工作。当有两个工作面相对开挖时，往往难以避免出现贯通误差，所以在接近贯通时，两侧应加强联系，统一指挥，待接近20m左右时，其中一个工作面停止开挖，由另一个工作面实现贯通，便于逐步调整中线及水平标高。
5.4.2.4 浅埋暗挖法的初期支护
在软弱破碎及松散、不稳定的地层中采用浅埋暗挖法施工时，除需对地层进行预加固和预支护外，隧道初期支护施作的及时性和支护的刚度和强度，对保证开挖后隧道的稳定性、减少地层扰动和地表沉降，都具有决定性的影响。在诸多支护形式中，钢拱锚喷混凝土支护是满足上述要求的最佳支护形式。所以国内外在不稳定地层中采用浅埋暗挖法时的初期支护，均采用由钢拱或无钢拱支撑的锚喷混凝土。这类支护的特点如下：
a 开挖后能及时施作，并且施作后能尽快承受荷载；
b 施工简便，不需要大型施工场地及大型施工机械；
c 支护与周围地层之间密贴不留空隙，减少地层扰动；
d 适用于不同断面形式和断面尺寸；
e 支护的强度和刚度便于调整，便于后期补强；
f 工程造价相对比较便宜。
(1) 喷射混凝土
喷射混凝土时借助喷射机械，利用压缩空气或其它动力，将按照一定配合比的拌合料通过管道输送并高速喷射到受碰面上，凝结硬化而成的一种混凝土。
喷射混凝土在高速喷射时(速度可达到70m/s)，水泥和集料反复连续撞击而使混凝土密实，故可采用较小的水灰比0.4～0.5，以获得较高的强度和良好的耐久性。特别是与受喷面之间具有一定的粘结强度，可以在结合面上传递拉应力和剪应力。对于任何形状的受碰面都可以良好的结合，不留空隙。喷射混凝土拌合料中加入速凝剂后，可使水泥在10min 内终凝，并很快获得强度，承受外界荷载，约束周围土体变形。
喷射混凝土由于加水的方式和位置的不同，从工艺上可以分为干喷法和湿喷法两类。喷射混凝土的工艺流程，见图5-8。
图5-8中的湿法(1)系指混凝土输送泵或输送灌输送的湿喷混凝土工艺；湿喷(2)系指大部分风送的湿喷工艺。
喷射混凝土的原材料为：水泥、砂石料、外加剂和水。
水泥品种和标号的选择应满足工程使用要求，加入外加剂时，还应该考虑水泥品种与外加剂的相融性。喷射混凝土应优先选用标号不低于P.O.32.5号硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，因为这两种水泥的C3S和C3A含量较高，同速凝剂的相融性较好，能速凝和早强。
喷射混凝土所用的砂以中粗砂为宜，细度模数大于 2.5，一般砂子颗粒级配应满足表5.5的要求。砂子过细，会加大干缩；砂子过粗，则会增加回弹量。
喷射混凝土的粗骨料，采用卵石或碎石均可。尽管喷射机的性能可喷20mm粒径的集料，但是为了减少回弹，集料的最大粒径以不超过20mm为宜。目前不少工程，最大粒径控制在15mm以内，目的也是为了减少回弹量。粗细骨料的级配应应符合表5.6的限度。集料配比对拌合料的可泵性、通过管道的流动性、在喷嘴处的水化程度，对受喷面的粘附力及最终喷射混凝土的强度都有重要影响。
表5.5 细集料的级配限度
筛孔尺寸（mm）通过百分数（重量）筛孔尺寸（mm）通过百分数（重量）
10 100 0.6 25～60
5 95～100 0.3 10～30
2.5 80～100 0.15 2～10
1.2 50～85 / /
表5.6 石子级配限度
筛孔尺寸（mm）
通过的重量百分比
级配 1 级配 2
20.0 / 100
15.0 100 90～100
10.0 85～100 40～70
5.0 10～30 0～15
2.5 0～10 0～5
1.2 0～5 /
喷射混凝土主要使用的外加剂是速凝剂，除此之外还有早强剂、引气剂、减水剂、增粘剂、防水剂等，各种外加剂都有各自的功能，使用前必须经过试验，了解其相互间的相融性、最佳配比及实际效果。
速凝剂的主要作用是使喷射混凝土速凝、快硬，减少回弹损失，防止混凝土因重力作用引起的脱落，提高它在潮湿或渗水地层中使用的适应性，还可以适当增加一次喷射的厚度和缩短喷射层间的间隔时间。速凝剂一般常用的为粉状，最近也研制出了用于湿喷混凝土的液态速凝剂。确认某种速凝剂适用于某种水泥时，应符合下列条件：
①初凝时间不大于3 min；
②终凝时间不大于12 min；
③ 8 h后的抗压强度不应小于0.3MPa；
④ 28d后的抗压强度不应低于不掺速凝剂混凝土抗压强度的70％。
影响速凝剂使用效果的主要因素：
①水泥品种。例如：红星1型速凝剂对普通硅酸盐水泥，当掺量为2.5%～4.0%时，初凝为1min～3 min；终凝为2 min～10 min，能满足喷射要求。但对矿渣硅酸盐水泥的效果较差，当掺量为4％时，终凝超过10 min。
②速凝剂掺量。对于普通硅酸盐水泥，红星1型速凝剂的最佳掺量是2.5％～4％，当超过4％时，凝结时间反而增长。见表5.7。
表5.7 速凝剂掺量对速凝效果的影响
水灰比(c/w) 室温
(°C)
湿度
（％）
凝结时间
初凝终凝
0 0.4 23～26 75 4 h 51 min 6 h 53 min 2 0.4 23～26 75 1 min 18s 7 min 12s 4 0.4 23～26 75 2 min 12s 3 min 9s 6 0.4 23～26 75 2 min 11s 5 min s
8 0.4 23～26 75 2 min 54s 8 min s
注：1.速凝剂为红星1型
2.水泥为唐山P.O.32.5号普通硅酸盐水泥。掺入方式；干拌。
③水灰比。水灰比愈大，速凝效果愈差，见表5.8。
表5.8 水灰比对水泥速凝效果的影响
终凝时间速凝剂型号速凝剂掺量（％）水灰比
初凝终凝红星1型 2.5 0.30 1 min 20s 2 min 17s 红星1型 2.5 0.35 1 min 50s 2 min 45s 红星1型 2.5 0.40 2 min 30s 4 min 10s 红星1型 2.5 0.45 2 min 52s 5 min 0s 红星1型 2.5 0.50 4 min 32s 7 min 20s
表5.9 温度对水泥速凝效果的影响
④温度。一般来说，水泥凝结时间随温度升高而缩短，见表5.9。但应该指出，当温度达到30°C时，在水泥中掺入速凝剂则对终凝时间和后期强度极为不利。
喷射混凝土的外加剂，除速凝剂外根据具体工程需要，还可以加入减水剂等。掺入减水剂的目的是在保持流动性的条件下，降低水灰比。国内外经验表明，掺入0.5％～1.0％的减水剂，可提高混凝土强度，减少回弹量，改善其不透水性及抗冻性。掺入增粘剂的目的是减少施工粉尘和回弹损失。掺入防水剂的主要目的是减少用水量，从而减少或消除喷射混凝土的收缩裂缝和提高混凝土的密实性。
喷射混凝土的配合比的设计不论是干喷法还是湿喷法，都必须符合下列要求：
①必须能够向顶部喷射到指定厚度，并且回弹少；
②4h～8h的强度应达到能控制地层变形的要求；
③速凝剂用量应满足可喷性和早期强度要求，同时还必须保证后期强度满足设计要求；
④良好的施工性能，不发生管路堵塞；
⑤混凝土具有良好的耐久性。
喷射混凝土的胶骨比，即水泥和集料之比，常为1：4～1：4.5。水泥过少，回弹量大；水泥过多，硬化后混凝土收缩量大。试验表明，当水泥用量超过400Kg/m3时，喷射混凝土的强度并不随水泥用量的增大而提高。
砂率，即砂子在整个粗细集料中所占的百分率，它对喷射混凝土施工性能及力学性能的影响见表5.10。综合权衡砂率大小带来的利弊，根据施工经验，砂率以45％—55％为宜。
表5.10 砂率对喷射混凝土性能的影响
砂率
性能
< 45％> 55％45％～55％回弹损失大较小较小
管路堵塞易不易不易
湿喷可泵性不好好较好
水泥用量少多较少
混凝土强度高低较高
混凝土收缩较小大较小
水灰比时影响喷射混凝土强度的主要因素，当水灰比为0.2时，水泥水化不充分，回弹量大；当水灰比为0.4时，水泥有适宜的水分与其水化，硬化后可形成致密的水泥石结构；当水灰比为0.6时，多余的水分蒸发后，在水泥中形成毛细孔。干法喷射混凝土工艺的水灰比控制，主要靠喷手的目测。水灰比适宜时，喷射混凝土表面平整，粉尘及回弹均少。经测定这时水灰比值为0.4～0.5。偏离这个范围，不仅影响喷射混凝土的强度，还要增大回弹量。
湿法喷射混凝土与干法相比，容许混凝土在进入喷射机之前或在喷射机中加入足够的拌合水，拌合均匀，水灰比能够准确的控制。这样的工艺流程有利于水合水泥的水化，因而粉尘较少、回弹少。混凝土匀质性好，强度也高，但是湿喷法工艺及机械比干喷法复杂，速凝剂的加入也比较困难。目前，湿喷法工艺推广较慢。
湿喷法喷射混凝土由于骨料偏小、水泥用量较多、掺入速凝剂等因素，混凝土容易收缩干裂。因此，有关规范要求喷射后及时喷水养护，使表面保持湿润状态。养护时间不少于14d。
(2) 锚杆
目前，锚杆的种类很多，据统计不下于600多种。浅埋暗挖法中常用的锚杆是有预应力或无预应力的砂浆锚杆或塑脂锚杆。锚杆杆体由热轧钢筋制成，锚杆灌浆的水泥砂浆，其胶骨比为1：1～1：2，水灰比为0.38～0.45，属富水泥砂浆。对水泥品种的要求与喷射混凝土相同，宜采用不低于P.O.32.5号新鲜的普通硅酸盐水泥。砂子宜用中砂，最大
粒径应控制在采用后灌浆工艺时为1mm；采用先灌浆工艺为3mm。
(3) 钢拱支撑
在土层中采用浅埋暗挖法，由于地层开挖后的自稳时间短，而且对地表沉降控制要求严格，故在锚喷支护中钢拱架支撑是绝对必要的。
钢拱支撑的作用主要是在喷射混凝土尚未达到必要强度以前，承担地层压力及约束地层变形。钢拱架支撑既是临时支撑也是永久支护的一部分。
钢拱架支撑按照材料可分为两大类：第一类是型钢拱架支撑，包括钢管支撑、H型钢支撑、U型钢支撑等；第二类是格栅拱架支撑。型钢拱架支撑的截面大、刚度大，能承受比较大的荷载，但是型钢与混凝土的热膨胀系数不同，温度变化时，经常沿钢拱架产生纵向收缩裂缝，而且，钢拱架背后的喷射混凝土很难充填密实，这将影响支护效果和钢拱架寿命。型钢拱架重量大，制作安装比较困难，因此，在浅埋暗挖法中，目前较少采用。格栅拱架，又称为格构钢拱架，由3～4根Φ18mm～Φ22mm的热轧钢筋焊接而成。本身重量轻，便于制作、运输和安装。钢筋组成的格栅钢拱架具有足够的支撑刚度和强度，而且与混凝土接触面大、结合好，能够共同变形、共同受力，不会出现型钢拱架那样的收缩裂缝。格栅拱架中间空隙大，不会出现背后混凝土不密实的现象。再有一个优点就是造价低。目前，浅埋暗挖法施工中，较多使用的是格栅钢拱架。
格栅钢拱架，见图5-9。是由普通的建筑钢筋冷加工成形后焊接而成，每榀若干段，在工作面进行拼装，沿开挖轮廓线形成支撑拱架。每榀拱架之间用钢筋纵向连接，形成稳定的结构，即可承受部分的地层压力。随后喷射混凝土，使喷射混凝土与格栅拱架和周围地层紧密结合，形成支护结构。根据地层需要，格栅拱架背后还可以加一层钢筋网。格栅拱架的节点形式有多种式样，见图5-10，可根据工程需要确定。格栅拱架两杆之间的距离受喷射混凝土厚度的限制，而且还要保证有不少于2cm的保护层厚度。格栅拱架每榀之间的间距，应根据地质条件、实际荷载和格栅拱架的强度和刚度进行调整。格栅拱架可以做成封闭型的，也可以不带仰拱，做成开口型的。无仰拱的拱架支撑的拱脚一定要安设牢固，避免受力后拱脚下沉。
5.4.2.5 浅埋暗挖法的二次衬砌
图5-9搁栅拱架断面形式
(1) 基本要求
在浅埋暗挖法施工中，初期支护的变形达到基本稳定后，可以进行二次衬砌。通过监控量测，掌握隧道动态，提供信息，指导二次衬砌施作时机，这是浅埋暗挖法施工二次衬砌与一般隧道衬砌施工的主要区别。其它灌注工艺和机械设备同一般隧道衬砌施工基本相同。
二次衬砌施工前应做好以下几点：
①核对中线、水平、断面尺寸，所有检测数据均应符合设计要求；
②为确保衬砌不进入限界，允许放样时将设计外轮廓线尺寸扩大3cm～5cm，作为施工误差及模板拱架的预留沉落量；
③隧道断面和地质条件变化的交界处，应设沉降缝；洞口附近及根据设计要求的部位应设伸缩缝。对以上各种缝及施工缝均应作防水处理。
(2) 衬砌模板
二次衬砌模板可采用临时木模板或金属定型模板，更多情况则使用衬砌台车，因为区间隧道的断面尺寸基本不变，便于使用衬砌台车，加快立模及拆模的速度。
衬砌所使用的模板、墙架、拱架均应式样简单、拆装方便、表面光滑、接缝严密。使用前应在样板台车上校核。重复使用时，应随时检查并整修。
衬砌台车的型式有多种，其外形尺寸应符合设计轮廓尺寸。立模及拆模的动力可分为人工、电动及液压三种。按作业方式分类，可分为“平移”和“穿行”两大类。穿行式液压衬砌台车是目前国内较为先进的施工设备，得到了广泛的应用，衬砌速度可达到每月300m以上。
(3) 混凝土的灌注与捣固
混凝土浇注以前，应做好地下水引排工作，基础部位的浮渣积水清除干净，不允许带水作业。
灌注混凝土时，自由落高不得超过2m，应按搅拌能力、运输距离、灌注速度、振捣等因素确定一次灌注厚度、次序、方向，分层施工。一般情况应保持连续灌注，允许间隙时间应符合表5.11要求。
捣固选用的振捣器，其振幅、频率、振动速度等参数，应视混凝土的塌落度及骨料粒径而定。
表5.11 灌注混凝土允许间隙时间表
灌注时气温（°C）
允许间隙时间（min）
普通硅酸盐水泥矿渣及火山灰水泥
20～30 90 120
10～20 135 180
5～10 195 / 注：1.未考虑外加剂等特殊施工措施；
2.尚应考虑混凝土本身的温度
(4) 灌注施工的工艺要求
①灌注二次衬砌混凝土应尽可能采用混凝土输送泵；
②应尽可能采用整环灌注的施工安排。当混凝土灌注至墙拱交界处时，应间隙约1h，以便于边墙混凝土沉实。拱圈封顶时，应随拱圈灌注及时捣实；
③所有施工缝应凿毛，按设计要求埋设遇水膨胀止水橡胶条进行防水；
④振捣时，振捣器不得接触防水层及模板，且每次移动距离不宜大于振捣器作用半径的一半；
⑤二次衬砌施工是在初期支护变形基本稳定后进行的。这时的二次衬砌基本不承受外荷载，这样当混凝土强度达到2.5MPa时，即可拆模。否则，应达到设计强度70％时方可拆模；
⑥养护方式应经济合理，如表面定期浇水，又如铺塑料薄膜或喷涂有机树脂等养护剂；
⑦隧道拱、墙背后空隙必须回填密实，如达不到要求，可采用背后压浆回填。
5.4.2.6浅埋暗挖法的施工监控量测
利用监控量测信息指导设计与施工是浅埋暗挖法施工工序的重要组成部分。在设计文件中应提出具体要求和内容，监控量测的费用应纳入工程成本。在实施过程中，施工单位要有专门机构执行与管理，并由技术负责人统一掌握、统一领导。
(1) 监控量测项目
根据工程性质及工程地质条件，监控量测项目课分为A类和B类。A类为必测项目，为指导施工、监测工程安全状态服务；B类为选测项目，主要是为了了解周围地层和支护系统的工作状态，为设计提供依据，以便进一步优化设计。
监控量测的测点布置，项目安排，见表5.12，表5.13。
表5.12 A类监控量测项目表
项目名称段距安设测点数
测试频率
0～15天16～30天31天后掌子面地质观测全隧道掌子面1次/天1次/天1次/天净空收敛量测每10m～50m2～6对测点1次/2天1次/2天1次/周拱顶下沉10m～50m1点1次/2天1次/2天1次/周地表下沉
表5.13 B类监控量测项目表
项目名称段距安设测点数
测试频率
0～15天16～30天31天后
地层物理力学参数200m～500m
地层内变位测量200m～500m3～5个测孔1～2次/天1～2次/2天1～2次/周锚杆轴向力200m～500m3～5个测孔1～2次/天1～2次/2天1～2次/天衬砌内应力测定200m～500m切径向各3～5点1～2次/天1～2次/2天1～2次/天支护接触应力测点200m～500m5～9个测点1～2次/天1～2次/2天1～2次/天地层弹性波500m2～4个测点1次1次1次
(2) 监控量测设备
监控量测设备见表5.14。
(3) 监控量测信息对施工的控制
①根据隧道周边位移(收敛)量测数据确定净空预留量。根据位移随时间变化的测试
资料进行回归分析，推算最终位移值，此最终位移值即可作为净空预留量。
②根据位移—时间曲线，可以确定二次衬砌施作时间。这一特征点应反映：
a 位移量及位移—时间曲线呈收敛趋势；
b 30d内的平均位移变化速率小于0.3 mm/d～0.5mm/d；
c 位移速率的变化呈收敛趋势；
这三条也可称为隧道变形基本稳定的标志。
表5.14监控量测设备
分项目
具体项目名称方法和工具用途和应用场合
常规测试项目位移周边点径向位移值单点或多点的锚杆式稳定性判别及位移反分析周边点相对位移值各种类型的收敛计稳定性判别及位移反分析
垂直
下沉
拱顶下沉量水平仪、水平尺、钢尺与稳定的已成支护段比较
地面下沉量水平仪、水平尺
只用于浅埋隧道通常埋深
h≤50m 围岩下沉量地表钻孔中安设各类位移计
只用于浅埋隧道通常埋深
h≤50m
特种测试项目
压力
围岩压力两层
支护之间压力
钢支撑反力及其与围岩
接触压力
各类压力传感器
支柱压力计或其他测力计
试验工程采用，作为稳定性
判别和设计依据
在设置钢拱支撑时应用应力
混凝土内应力各类混凝土内应变计、应力计为施工和设计提供数据
混凝土表面应力表面贴电阻应变片、解除法为设计需要围岩内应力或地引力钻孔应变计或钻孔解除法
在重要工程或埋深很大的岩
石工程中应用
围岩参
数测定
C、Ф试验洞内的剪切试验为设计和有限单法计算需要
E、μ膨胀仪、声波为设计和有限单法计算需要
(4) 监控量测数值处理
监控量测的各种变量如位移、应力、应变等，应及时绘出位移－时间曲线、应力－时
间曲线、应变—时间曲线。横坐标为时间，纵坐标为各类变量(位移、应力、应变)。这条曲线极可能成为极不规则的散点曲线，如果将工序标在水平坐标上，就可看出各种工序对隧道变形的影响。这个散点图是作为分析的第一手原始资料，判断地层是否稳定的重要依据。
但对于推算最终变量，依靠散点图是无法实现的，这就要对散点资料进行回归分析。工程测试中的变量大部分属于一元非线性关系，因此常用一元非线性回归进行数据处理。
一元非线性回归的步骤如下：
①根据测试值散点图的特征，先选用某一函数，常用的如对数函数、指数函数、双曲线函数等，用选定的函数进行回归分析；
②将上述选定的曲线函数进行变换，使其成为线性函数；
③然后，用一元线性回归公式和方法求得该变换后的线性函数的系数。将该系数带入替代公式，得到原定的曲线函数系数，即最后求得回归曲线；
④如果选用的该曲线函数的剩余标准离差比较理想，工作结束；如不理想，则课改用另一个曲线函数再按照上述步骤重新进行回归分析，直到满意为止；
(5) 测试数据的反馈
①对施工的反馈作用：
a 最大允许位移值的控制。地质越差，允许位移值越大；断面越大，允许位移值越大；采用锚喷支护时，断面直径小于10m时，允许位移值2～5cm。
b 二次衬砌施作时间的控制。按照规定，二次衬砌是在初期支护变形基本稳定后施作的。基本稳定的标志是外荷载基本不再增加，位移不再变化，因此可用周边接触应力和位移值这两项指标来控制。当隧道断面小于10m2时，周边位移率Vn应小于0.1mm/d；断面大于10 m2时，Vn小于0.2mm/d。或周边接触应力Vp<5.0kPa/d时，都可认为时基本稳定的指标。目前为方便现场掌握，多以测试位移为主，以机械量测仪器为主。当达不到基本稳定指标时，应进行补救，其措施为：对初期支护进行加强，立即施作二次衬砌。
②测试数据对设计的反馈。地质条件的复杂性使地下工程设计不得不采用信息化的设计方法，即通过施工中量测到的围岩动态信息，主要是指位移信息，然后采用反分析技术，推求围岩的本构模型和力学参数，如弹性模量、内摩擦角、粘结力、粘性系数等，再采用正分析技术，求出围岩和支护结构中新的应力场和位移场，验算和核实预设计的可靠性，并对其进行修改。
掌握新奥法施工方法 一、新奥法的施工顺序 新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩又一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。 施工顺序可以概括为：开挖→一次支护→二次支护。 第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土 在坑道开挖后，在岩体松散破坏之前，及时修筑一层柔性薄壁衬砌（第一次衬砌），通过施工中的量测监视，确定围岩变形稳定之后，修筑防水层及第二次衬砌。 开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些
完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。 在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。 在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度。 一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。 对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。 二、新奥法施工的基本原则 1．少扰动2．早喷锚3．勤量测4．紧封闭 三、隧道开挖
新奥法施工的原理和技术要点 新奥法施工的原理和技术要点 2011年09月22日 新奥法施工的原理和技术要点 赣龙项目部 摘要：以隧道新奥法的概念和设计原理为参量，推导出新奥法的施工原理和技术要点；然后根据现场的实际情况以及施工经验的总结，对新奥法施工中的难点、要点、和易错的部位予以说明，给出了自己的见解。 关键词：新奥法的概念设计原理技术要点喷射混凝土锚杆 一、概述 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简写为NATM；新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L．V．Rabcewicz)教授于1963年提出的一种新型施工“方法”（注：新奥法不单纯是一种施工方法，它的实质是一种现代先进的隧道设计与施工一体化方法）。 以往人们都认为在地下工程施工中必然要引起围岩坍塌掉块，开挖面积越大，坍塌的范围越大；因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松弛塌落，而作用于支护结构上的荷载。传统的隧道施工方法则是将隧道断面分割成若干个小块进行开挖，随开挖随用刚才或木材支护，然后，从上到下，或者从下到上砌筑刚性衬砌；但是随着岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩体力学方面的发展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、坍塌等现象有了更深入的认识；因此才有了我们熟知而又常新施工方法“新奥法”。 新奥法的定义：新奥法是应用岩体力学理论，以维护和充分利用围岩的自身承载力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要手段，必要时架设格栅钢
架，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 从新奥法的定义中我们不难看出： ⑴围岩是隧道结构中的主要承载单元，所以我们要充分发挥围岩的自身承载力，应允许并控制岩体的松弛变形；一方面允许形变，是围岩中能形成自身的承载环，即就是自然拱的形成；另一方面又必须限制它的形变，是围岩不致过度松弛而丧失或大大降低自身的承载能力；所以在施工中，支护时间的迟早必然大大的影响围岩压力的数值，因此，一般宜尽快的施作初期支护，封闭围岩。 ⑵为了改善支护结构的受力性能，在施工中应尽快的使之闭合，而形成封闭的环形结构；另外，隧道断面要尽可能的圆顺，以避免棱角处的应力集中。 ⑶在施工的各个阶段，应进行现场围岩量测，提出准确可靠的测量信息，如隧道拱顶的下沉，周边的收敛等，并且要及时反馈用来指导地下工程的施工。 上述新奥法的定义中我们可以把新奥法的基本原则扼要的概括为：“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”。 二、新奥法要点 首先，我们要认识到新奥法不单纯是一种施工方法，也不能笼统的认为喷锚支护就是新奥法；这是极其错误的概念。新奥法是一种现代先进的隧道设计与施工一体化的方法，只有喷锚结构按照规定的方法程序进行设计与施工一体化的，我们才能认为符合新奥法。 1、施工与设计相结合 ⑴作为一名合格的地下工程技术人员我们要充分理解并掌握新奥法的设计理念，以及设计者的设计意图。新奥法的设计应以工程类比法为主，结合
绪论 思考题 1.什么是隧道？ 2.隧道的种类有哪些？ 3.隧道设计包括的内容有哪些? 4.和地面结构相比，隧道工程有哪些特点？ 5.试从隧道的广泛用途上论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。 6.你认为隧道工程需要解决的难题有哪些？ 第二章 思考题 1、隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？ 2、施工地质超前预报的内容有哪些？ 3、简述岩石与岩体的区别。 4、岩体的工程性质有哪些？ 5、围岩的定义，围岩分级的目的？ 6、围岩分级的基本因素有哪些？ 7、影响围岩稳定性的主要因素有哪些？ 8、简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。 第三章 思考题： 1、影响隧道位置选择的因素有哪些？ 2、越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们在位置的选择上采取什么原则？ 3、地质条件对隧道位置选择有哪些影响？ 4、隧道洞口位置的选择遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？ 5、什么是隧道净空？ 6、铁路隧道的横断面是根据什么设计的？ 7、简述曲线铁路隧道加宽的原因和方法。 8、曲线铁路隧道和直线隧道衔接的方法是什么？向直线方向延长13m和22m的理由是 什么？ 9、公路隧道建筑限界包含哪些内容？ 10、隧道衬砌断面设计的原则是什么？ 计算题 1、某隧道位于半径R=800m的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线加宽 40cm，中线偏移值d=12.5cm，外轨超高值E=9.5cm，隧道竣工后，测得DK23+15、DK23+20、DK23+25各起拱线处内外侧宽值如表1所示，试按隧限—2A计算各点侵限情况。 表1 2、某单线铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m，缓和曲线长Lc=100m的曲线上，曲线全长
新奥法施工原理及特点 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，并了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装饰美化作用。 新奥法的适用性很广，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。但在下列情况下，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。新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆
喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩又一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。 新奥法适用范围： 具有较长自稳时间的中等岩体；②弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； ③强风化的岩石；④刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩；⑤坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土；⑥微裂隙的，但很少粘土的岩体；⑦在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石；在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合①有强烈地压显现的岩体；②膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）；③在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合；④在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合；在下列场合中应用应慎重①大量涌水的岩体；②由于涌水会产生流砂现象的围岩；③极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体；④开挖面完全不能自稳的岩体等。 新奥法的缺点： ①实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。 ②开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题； ③用能控制的施工量测，往往给施工带来不便；
公路隧道新奥法施工技术培训（附简图） 2017.11.15 一、新奥法的基本概念 新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 新奥法施工方法包括全断面法、台阶法、环形开挖留核心土法、中隔墙法（简称CD法）和交叉中隔墙法（简称CRD法）、双侧壁导坑法。 二、新奥法施工的要点 （一）在隧道的整个支护体系中，围岩是承载结构的一部分，施工中要合理利用围岩的自承能力，保持围岩的稳定； （二）隧道开挖时，应尽可能减轻对隧道围岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度。 （三）允许围岩有一定的变形，初期支护应尽量做成柔性的，以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载，充分围岩的自身承载作用。 （四）洞室开挖后及时施作初期支护，封闭围岩表面，抑制围岩体的早期变形，待围岩稳定后，再进行二次衬砌，但遇软弱围岩特别是洞口段衬砌要紧跟。 （五）隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件，因此,要尽可能使结构做得圆顺(如做成圆形或椭圆形的),不产生突出的拐角,避免产生应力集中现象。同时,尽早使衬砌结构闭合(封底)，以形成承载环； （六）对隧道周边进行位移收敛量测是施工过程中必不可少的一
个重要环节，从现场量测反馈信息及时修改设计和施工方案。 （七）对外层衬砌周围岩体的渗水，要通过足够的“排堵措施”予以解决，如在两层衬砌之间设置中间防水层等。 三、新奥法施工方法 全断面法 （一）全断面法的概念及适用条件 全断面法全称为“全断面一次开挖法”，即按隧道设计断面轮廓一次开挖成型的方法，如图1所示。 全断面法常适用于Ⅰ～Ⅲ级硬岩的石质隧道，可采用深孔爆破施工。 图1 全断面施工方法 1-全断面开挖；2-锚喷支护；3-模筑混凝土 （二）全断面法的优缺点 优点：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，工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，对围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。 缺点：由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，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。
浅述新奥法施工 [ 06-03-21 15:15:00 ] 作者：孙毅刚 摘要：本文简要叙述了新奥法特点、理论及施工要点，支护手段与施工顺序以及新奥法的适用范围。最后指出了新奥法施工的缺点，并对新奥法施工作了简要的展望。 关键词：新奥法施工 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM , 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 (L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法,经过一些国家的许多实践和理论研究, 于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展, 已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。 下面仅对新奥法施工作一简要叙述。 1 新奥法施工特点 1.1及时性 新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。 在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。 1.2封闭性 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。
新奥法隧道开挖几种方法 初次接触隧道工程，感触颇深，在从事隧道试验检测工作的同时，我更多的时间是向优秀的工程师们学习具体的现场施工经验，在学校读书的时候老师也是大概的讲解了一下，而更多的东西还要靠自己去领悟，去学习。自己总结了隧道工程的一些开挖方法，加上具体的现场施工逐渐的了解了隧道的施工工序及技术要求。 在当前的施工实践中，从施工造价及施工速度考虑，施工方法的选择顺序为：全断面法→台阶法→环形开挖留核心土法→中隔壁法（CD法)→交叉中壁法（CRD法）→双侧壁导坑法；从施工安全角度考虑，其选择顺序应反过来。如何正确选择，应根据实际情况综合考虑，但必须符合安全、快速、质量和环保的要求，达到规避风险、加快进度和节约投资的目的。 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。 适用条件： (1)I~IV级围岩，在用于Ⅳ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。 隧道机械化施工，有三条主要作业线，见表
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。
2、台阶法施工 台阶法是先开挖上半断面，待开挖至一定长度后同时开挖下半断面，上、下半断面同时并进 的施工方法；按台阶长短有长台阶、短台阶和超短台阶三种。近年由于大断面隧道的设计，又有三台阶临时仰拱法，甚至多台阶法。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定： ⑴初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短； ⑵上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。 在软弱围岩中应以前一条为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要是考虑如何更好的发挥机械效率，保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。
新奥法 新奥法【New Austrian Tunnelling Method】 新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。 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装饰美化作用。 [编辑本段] 历史和发展 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。 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。 支护机理
隧道工程新奥法施工技术方案 一、新奥法介绍 20世纪60年代由于岩石锚杆、喷射混凝土机械和岩石力学方面技术的进展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、崩塌等现象有了深入的认识。1963年奥地利学者L。腊布兹维奇教授命名的“新奥地利隧道施工法”（NATM）正式出台，它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要的支护方法，理论量测和经验相结合的一种施工方法，同时也是一系列指导隧道设计和施工的原则。新奥法的基本原则可简要的概括为“少扰动、早喷锚、勤量测、早封闭”，我国的隧道工作者将其总结为“光面爆破, 喷锚支护、监控量测”三要素。 二、某隧道的新奥法施工 某隧道根据设计图纸和现场调查，隧道所处围岩是Ⅲ类围岩，属于浅埋和偏压隧道，自承能力较差。施工时根据不同的围岩结构，分别采用或综合使用超前锚杆预加固、喷锚体系及格栅式钢构架作为初期支护方案。开挖采用短台阶光面爆破法；弃碴采用人工配合装载机或机动翻斗车清理，即时施工临时支护体系。洞门施工先期进行，并与不少于5m的洞内二次衬砌同时施工以保证结构的连续性和稳定性，避免影响洞内施工；仰拱和铺底分段进行，与二次衬砌及时闭合；防水层在初期支护完毕二次衬砌之前施工；避车洞、排水沟、电气化接触网支架、洞口挡墙等最后施工并抓好隧桥、隧路的施工关系，避免相互干扰，确保工期。 2．1钻爆开挖作业线
根据围岩性质及施工设备选取正台阶开挖法（台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨），上下断面采用平行作业，上台阶开挖要留取核心土。该法因为可缩短支护结构的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，适用范围很广。 钻爆开挖工序流程图见下页 为减少隧道施工所引起的对围岩和山体稳定，施工中贯彻“早进（洞）、晚出（洞）、少刷少挖”的思想。隧道进洞前首先清理坡面危岩，用砂浆锚杆对仰坡进行加固，然后用超前小导管对洞口进行预加固。 白家河Ⅱ号隧道进口仰坡加固时先清除仰坡危石，拆除洞顶水渠，在洞顶20m×40m（高×宽）范围内的采用喷锚挂网联合防护方案：超前锚杆采用ZW—II型全长粘接型早强砂浆锚杆（Φ22），长3－5m，间距1.2m×1.2m,表面挂网Φ6×Φ8，网格间距20cm×20cm,喷砼厚10cm。 进口洞口土石方采用明挖法进行，自上而下逐段开挖,分层高度2m，纵向按设计长度5m一次成型，挖掘机作业，挖不动的岩石地段采用弱爆破进行开挖，装载机装碴、出碴。 隧道出口土石方采用人工利用风镐配合光面爆破短台阶法开挖，上台阶长取洞跨的2～4倍。弃碴利用装载机配合自卸汽车装运。 在对隧道洞口土石方施工完毕后，洞口边坡由人工按设计坡度进行刷坡，刷坡后，喷射10cm砼以稳定边坡,防止坍塌。 由现场实际观察，白家河Ⅱ号隧道出口仰坡较陡，曾是山民的采石场，弃用后形成的高大边仰坡。左侧坡脚为堆积虚碴，隧道中线右
6种方法——隧道开挖及出碴运输隧道施工作者：北雪编辑来源: 中国铁路网更新时间：2009-10-19 (一) 全断面法 1 施工工艺 全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施作做衬砌的施工方法。其施工流程可参照图1。 图1 全断面法开挖施工流程图 2 施工要点 （１）施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备，以尽量缩短循环时间，各道工序应尽可能平行交叉作业，提高施工进度； （２）使用钻孔台车宜采用深孔钻爆，以提高开挖进尺； （３）初期支护应严格按照设计及时施做。 （４）为控制超欠挖，提高爆破效果，有条件时可采用导洞超前的方法进行全断面开挖。 专业资料 （二）台阶法
1 施工工艺上下台台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，其中上台阶超前一定距离后， 。2阶同时并进的施工方法。其施工流程可参照图、3 图2 台阶法开挖断面示意图 专业资料 图3 台阶法开挖施工流程图 2 施工要点： （１）根据围岩条件，合理确定台阶长度，一般应不超过1倍洞径，以确保开挖、支护质量及施工安全； （２）台阶高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定。 （３）上台阶施作钢架时，应采用扩大拱脚或施作锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形；（４）下台阶应在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。当岩体不稳定时，应采用缩短进尺，必要时上下台阶可分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护和仰拱。 （５）施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。
（６）上台阶开挖超前一个循环后，上下台阶可同时开挖。 （三）环形开挖预留核心土法 1 施工工艺： 环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先，其次开挖下半部两侧，再开挖中部核心土的方法，其施工流程可参照图4、5。 2 施工要点： （１）环形开挖每循环长度宜为0.5～1m； （２）开挖后应及时施作喷锚支护、安装钢架支撑或格栅支撑，每两榀钢架之间应采用钢筋连接，并应加锁脚锚杆，全断面初期支护完成距拱部开挖面不宜超过30m； （３）预留核心土面积的大小应满足开挖面稳定的要求； （４）当地质条件差，围岩自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护； （５）上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m进行平行作业。 专业资料 图4环形开挖留核心土法 环形开挖留核心土法施工流程图5 图专业资料 （四）中隔壁法（CD法） 1 施工工艺 中隔壁法（CD法）是将隧道分为左右两大部分进行开挖，先在隧道一侧采用台阶法自上而下
5 新奥法施工 5.1 概述 传统的矿山法施工，为地下铁道暗挖施工技术奠定了基础。到本世纪60年代，由于喷射混凝土和锚杆技术的出现，创造了新奥地利施工法(New Austria Tunnelling Method)，简称新奥法(NATM)。新奥法的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测+监控来指导地下工程的设计与施工，其施工程序见图5-1。 图5-1 新奥法施工程序 新奥法的基本要点是： (1) 隧道的承载部分主要是围岩； (2) 尽可能不破坏作为承载要素的围岩强度； (3) 极力防止围岩松动； (4) 避免围岩处于单轴及两轴受力状态；
(5) 对围岩的变形加以控制； (6) 适时进行衬砌； (7) 衬砌要薄以防止产生弯矩； (8) 用钢筋网、锚杆加强衬砌而不要增加厚度； (9) 依据围岩变形量测来决定衬砌方法和时间； (10) 隧道可视为支护及岩石承载环所组成的厚壁管； (11) 衬砌不能有缺口，以保证圆环作用； (12) 全断面开挖比分部开挖有利； (13) 施工方法对结构安全起决定作用； (14) 圆化衬砌棱角，以避免应力集中； (15) 如为复合式衬砌，内层衬砌也要薄； (16) 初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备； (17) 测定衬砌应力及围岩的变位，才能正确的进行设计和施工； (18) 要用排水的方法降低岩体中水的渗透压力。 5.2 施工方法分类 施工方法根据断面分块情况和开挖顺序分类如下： (1) 全断面法 常用在Ⅰ～Ⅱ类硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度，可采用深孔爆破。 (2) 台阶法 ①长台阶法一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨，施工中上下部可配属同类型较大型机械平行作业或交替作业。在短隧道或Ⅰ～Ⅱ类硬岩长隧道可一次将上半断面挖通后，再挖下半断面，施工干扰少，机械配套，测量较简单，可进行单项作业。 ②短台阶法上台阶长度小于5倍洞跨，但大于1～1.5倍洞跨，适用于Ⅳ～Ⅴ类围岩，可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但上台阶施工干扰较大。 ③超短台阶法上台阶仅超前3m～5m，断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助施工措施稳定开挖工作面以保证施工安全。 (3) 分部开挖法 ①台阶分部开挖法(环形开挖留核心法)适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护，增强开挖工作面稳定。在拱保护下开挖核心土，安全性好，一般环形开挖进尺为0.5m～1.0m左右，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖。上下台阶距离在洞跨10m左右时取一倍洞跨，洞跨为5m左右时可取2倍洞跨； ②单侧壁导坑法适合于围岩较差、跨度大、地表沉陷难于控制时。此法单侧壁导坑超前，中部和另一侧断面采用正台阶法施工，故兼有正台阶法和双侧导坑法的优点，且洞
新奥法施工原理及特点详解 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装饰美化作用。 新奥法的适用性很广，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得成功。 新奥法适用范围： 1、具有较长自稳时间的中等岩体； 2、弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩； 3、强风化的岩石； 4、刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩； 5、坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土； 6、微裂隙的，但很少粘土的岩体； 7、在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石； 在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合： 1、有强烈地压显现的岩体； 2、膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）； 3、在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合； 4、在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合； 在下列场合中应用应慎重 1、大量涌水的岩体； 2、由于涌水会产生流砂现象的围岩； 3、极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体； 4、开挖面完全不能自稳的岩体等。 新奥法的缺点： 1、实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。
新奥法施工工艺
4主要施工方法与施工工艺 4.1 洞口施工 洞口施工包括洞口土石方开挖、洞口截排水系统的施工、洞口边仰坡的防护等项目的施工。进洞方案包括进洞时采取的防护措施，进洞时的开挖方法及支护类型等。 (1)截水沟施工。隧道洞口开挖前，在洞口开挖边坡线5米以外施工截水沟，截水沟通向路基边沟，以防雨季山坡汇积水冲洗已开挖的坡面。截水沟人工开挖,用7.5#浆砌片石(图纸为土质)牢固砌筑。截水沟按梯形断面施工，沟底宽60cm，沟深60cm。截水沟的上游进水口与原地面衔接紧密、或略低于原地面，下游出水口与路堑排水系统顺接。 (2)洞口土石方的施工。首先清除地表草木植被等影响施工的地面植物。第二步，按设计图纸的坡度进行施工测量，精确测设出边、仰坡开挖轮廓线。第三步，履带式挖掘机进入施工场，并沿路修筑车辆通行的道路。第四步，进行开挖作业。对坡积亚粘土、残坡积砂质粘性土等土质直接用挖掘机开挖，从坡顶开始自上而下进行刷坡，用装载机装土，汽车运输。岩石爆破开挖地段，采用密眼、少药光面爆破，以减小对洞口围岩的扰动。第五步，清理坡面上的浮泥、虚碴，并修整坡面凹凸不平的地方。 (3)洞口边仰坡的防护。坡面防护为锚网喷结构，在已清理好的岩质坡面上钻孔施作Φ22普通砂浆锚杆，锚杆长3.5m，间排距为1.5m；然后挂φ6.5、网孔间距30×30cm的钢筋网，钢筋网与锚杆头采用焊接连接。钢筋网挂好后，湿喷C20混凝土10cm厚将钢筋网与锚杆头进行覆盖包裹，并及时进行养护。 （4）进洞方法，采用台阶法施工。进洞前根据围岩状况采用超前注浆小导管对围岩进行预加固，即沿开挖轮廓线外20cm处施工一环注浆小导管，导管采用外径为φ42mm，壁厚为4mm的热轧无缝钢管，导管长3.5m，钢管前端加工成锥形，尾部30cm 不钻注浆孔作为止浆段，管壁四周钻四排φ8mm的注浆孔，注浆孔按梅花型布置。施工时导管沿隧道周边以5-10度外插角打入围岩。导管环向间距 40cm。导管打入地层后，对相应地段进行注浆处理，通过注入的水泥浆将洞口松散的土层固结为整体性较强的岩体。注浆常采用纯水泥浆（w/c=1.0），当地下水大时采用水泥-水玻璃双浆液，其参数为：水泥浆/水玻璃=1：0.8（体积比），水泥浆w/c=1.0，水玻璃模数m=2.6，浓度Be=35，注浆压力在0.5-1.0Mpa，注浆所用水泥为425号普通硅酸盐水泥；若围
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
新奥法施工技术和方法 在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，隧道及地下洞室工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护：若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。 在隧道及地下洞室工程中，围绕着以上核心问题的实践和研究，在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系，每一种理论体系都包含和解决（或正在研究解决）了从工程认识（概念）、力学原理，工程措施到施工方法（工艺）等一系列工程问题。 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，其代表人物有泰沙基和普氏等人。 (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。这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人. 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。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。 二、新奥法New Austrian Tunnelling Method 目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益是明显的。新奥法的基本要点可归纳如下： 1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。2．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。
新奥法施工 1 概述 传统的矿山法施工，为地下铁道暗挖施工技术奠定了基础。到本世纪60年代，由于喷射混凝土和锚杆技术的出现，创造了新奥地利施工法(New Austria Tunnelling Method)，简称新奥法(NATM)。新奥法的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测+监控来指导地下工程的设计与施工，其施工程序见图1。 图1 新奥法施工程序 新奥法的基本要点是： (1) 隧道的承载部分主要是围岩； (2) 尽可能不破坏作为承载要素的围岩强度； (3) 极力防止围岩松动； (4) 避免围岩处于单轴及两轴受力状态； (5) 对围岩的变形加以控制；
(6) 适时进行衬砌； (7) 衬砌要薄以防止产生弯矩； (8) 用钢筋网、锚杆加强衬砌而不要增加厚度； (9) 依据围岩变形量测来决定衬砌方法和时间； (10) 隧道可视为支护及岩石承载环所组成的厚壁管； (11) 衬砌不能有缺口，以保证圆环作用； (12) 全断面开挖比分部开挖有利； (13) 施工方法对结构安全起决定作用； (14) 圆化衬砌棱角，以避免应力集中； (15) 如为复合式衬砌，内层衬砌也要薄； (16) 初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备； (17) 测定衬砌应力及围岩的变位，才能正确的进行设计和施工； (18) 要用排水的方法降低岩体中水的渗透压力。 2 施工方法分类 施工方法根据断面分块情况和开挖顺序分类如下： (1) 全断面法 常用在Ⅰ～Ⅱ类硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度，可采用深孔爆破。 (2) 台阶法 ①长台阶法一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨，施工中上下部可配属同类型较大型机械平行作业或交替作业。在短隧道或Ⅰ～Ⅱ类硬岩长隧道可一次将上半断面挖通后，再挖下半断面，施工干扰少，机械配套，测量较简单，可进行单项作业。 ②短台阶法上台阶长度小于5倍洞跨，但大于1～1.5倍洞跨，适用于Ⅳ～Ⅴ类围岩，可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但上台阶施工干扰较大。 ③超短台阶法上台阶仅超前3m～5m，断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助施工措施稳定开挖工作面以保证施工安全。 (3) 分部开挖法 ①台阶分部开挖法(环形开挖留核心法)适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护，增强开挖工作面稳定。在拱保护下开挖核心土，安全性好，一般环形开挖进尺为0.5m～1.0m左右，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖。上下台阶距离在洞跨10m左右时取一倍洞跨，洞跨为5m左右时可取2倍洞跨； ②单侧壁导坑法适合于围岩较差、跨度大、地表沉陷难于控制时。此法单侧壁导坑超前，中部和另一侧断面采用正台阶法施工，故兼有正台阶法和双侧导坑法的优点，且洞跨可随机械设备和施工条件决定； ③双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩条件特别差时配合辅助施工方法安全可靠，但是速度慢、造价高。
（建筑工程管理）什么是新 奥法施工
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称,原文是NewAustrianTunnellingMethod简称NA TM,新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L.V.RABCEWICZ)教授于50年代提出的,它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础,将锚杆和喷射混凝土组合在壹起作为主要支护手段的壹种施工方法,经过壹些国家的许多实践和理论研究,于60年代取得专利权且正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展,已成为现代隧道工程新技术标志之壹。六十年代NA TM被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,能够说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的壹种基本方法。 1、新奥法施工特点 1.1及时性 新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，能够最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此能够利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下能够进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。 在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，且控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。 1.2封闭性 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。 巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。（提高围岩的粘聚力C和内摩擦角）。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。 1.3粘结性 喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用能够产生三种作用： ①联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在壹起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是能够抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。 ②复和作用，即围岩和支护构成壹个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷锚支护能够提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时和围岩形成了壹个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。 ③增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，壹方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另壹方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。 1.4柔性 喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在壹起共同作用，由于喷锚支护具有壹定柔性，能够和围岩共同产生变形，在围岩中形成壹定范围的非弹性变形区，且能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。另壹方面，喷锚支护在和围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。 2、新奥法理论要点及施工要点 2.1新奥法和传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是壹种荷载，应用厚壁混凝土加
新奥法施工要点 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简称为NA TM。 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。我国近40年来，铁路等部门通过科研、设计、施工三结合，在许多隧道修建中，根据自己的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据。新奥法在公路建设中起步较晚，但是近年来在我省山区公路建设的应用正日益广泛，目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，其技术经济效益是明显的。这里强调一下新奥法施工的原理和要点，以便于更好地控制采用新奥法的隧道施工质量。 新奥法是以隧道工程经验和岩体力学理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的施工方法，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。新奥法技术摒弃了以整体式混凝土衬砌被动地支撑洞室围岩的传统做法，改由柔性、薄壁、能与围岩紧密贴合的锚喷网支护保护、加固围岩，从而发挥围岩的自承与自稳能力形成天然承载结构，从而达到省工、省料和降低造价的目的。 新奥法的基本要点可归纳如下： 1岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动， 避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。 2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。 3为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中 4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、进行设计变更及日常的施工 5为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续 荷载可采用复合式衬砌。 6二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。 上述新奥法的基本要点可扼要的概括为： “少扰动、早锚喷，勤量测、快封闭” 。复合柔性支护和 基于现场施工监测及信息反馈分析的信息化施工是新奥法的核心和关键。 新奥法施工中尤其要重视初期支护以发挥围岩的自承能力，《公路隧道设计规范》 （JTG D702004）（以下简称《设计规范》）中明确规定： 复合式衬砌中的二次衬砌，Ⅰ～Ⅲ级围岩中为安全储备，并按构造要求设计； Ⅳ、Ⅴ级围岩中为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形。 可见，Ⅰ～Ⅲ级围岩中完全依靠初期支护控制围岩变形，而在Ⅳ、Ⅴ级围岩中更应重视初期支护，必要时采取辅助措施，充分保护和发挥不良地质围岩的自承能力。重视初期支护包括两方面的内容：