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。
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。
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。
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1、2选用。
表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
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。
