新奥地利隧洞施工法
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在隧洞设计和施工中,根据岩石力学理论,结合现场围岩变形资料,采取一定措施,以充分发挥围岩自身承载力,进行隧洞开挖和支护的工程技术,简称新奥法(NATM)。新奥地利隧洞施工法是奥地利学者L.V.拉布采维兹等人于20世纪50年代初期创建,并于1963年正式命名。它的主要特点:① 运用现代岩石力学的理论;② 充分考虑并利用围岩的自身承载能力;③ 通过现场量测信息的反馈;④ 采用预裂爆破、光面爆破等控制爆破,或掘进机开挖和锚喷支护等手段;⑤ 因地制宜地进行隧洞的开挖和支护。
新奥法的创建人之一奥地利L.米勒教授曾将新奥法的基本原则归纳成22条,其中主要的是:① 隧洞的主要承载部分是围岩;②支护的目的是为了更好地发挥围岩的承载作用,在岩体中建立承载环;③ 为了适应洞室开挖后应力的重新分布,采用薄层和柔性衬砌,以减少弯矩和挠曲破坏;④ 从静力学观点,可视隧洞为由岩石承载环及支护或(和)衬砌组成的厚壁圆筒结构;⑤ 从应力重新分布方面考虑,最好的开挖方式是全断面掘进;⑥ 围岩和衬砌的整体化,应于初次衬砌阶段完成,因此时围岩和衬砌已基本稳定。
为充分发挥围岩的承载能力,首先要使围岩免遭破坏并保证它的稳定性。因此,在选择洞线时,要根据当地的具体地质条件,尽量选取有利于围岩稳定的线路;决定洞室布置和洞体形状时,在满足工程运行需要的前提下,要考虑地应力和施工条件等因素,尽量选择围岩应力分布比较均匀的方案,避免过大的应力集中造成围岩破坏;洞室开挖时,要尽量减少人为因素对围岩的扰动,制定合理的开挖程序,并采用对围岩损伤较小的开挖方法;在进行支护时,既要考虑让围岩承受大部分荷载,又要避免围岩产生过度的松弛,应适时地搞好支护。
适时支护是指进行支护时机要恰到好处。过早支护,支护结构要承担很大的围岩变形压力;过迟支护,围岩会因过度松弛而使岩体强度大幅度下降,甚至导致洞室的破坏。正确的做法是让围岩产生一定的变形,而又加以限制,不让变形发展到有害的程度。实践证明,为实现上述目标,支护结构需在洞室的整个断面上与围岩紧密结合在一起,从而具有足够的刚度,以承担变形压力,但又具有一定的柔性,以实现支护与围岩同步变形。传统的钢木支撑不能满足这种要求,锚杆和喷射混凝土则能与围岩结合为一体,不仅可以取得良好的支护效果,而且施工简便,其参数易于调整,并能满足不同地质条件对支护所提出的各种要求。隧洞的地质条件复杂而且多变化,预先难以准确地掌握围岩的各种性质,进行支护的最佳时机也难以通过计算确定,因此只有借助于现场量测技术。一般情况下,施工现场观测取得的资料,是围岩性态的客观反映,现场量测工作在新奥法中占有非常重要的地位,要安排在正常施工工序中。
锚杆支护、喷射混凝土和现场量测是新奥法的3项主要内容。新奥法的关键是在洞室的设计和施工中要有措施,使围岩既能充分发挥承载能力,又不致过度松弛降低岩体强度。例如,围岩强度低的隧洞,底拱要及时进行封闭;有些隧洞,要分别进行临时性和永久性的锚喷支护,有时还要铺设金属网或架设钢拱肋等。