隧道工程讲座.pptx

(二二)暗挖法暗挖法 施工的特点是：不开挖隧道上方地层，施工的特点是：不开挖隧道上方地层，全部工程均在地下进行。暗挖法又分为全部工程均在地下进行。暗挖法又分为矿山矿山法法和和机械法机械法两大类。两大类。1.1.矿山法矿山法 凡采用钻眼爆破为主来开挖隧道的方法，凡采用钻眼爆破为主来开挖隧道的方法，都可称为矿山法。它因最早用于矿山开采而都可称为矿山法。它因最早用于矿山开采而得名。目前主要应用山岭铁路得名。目前主要应用山岭铁路(或公路或公路)隧道隧道中。中。2.2.机械法。机械法。是指用一种专门的机械来修筑隧道的方是指用一种专门的机械来修筑隧道的方法。这种机械有专门的开挖、支撑与防护设法。这种机械有专门的开挖、支撑与防护设备。备。第1页/共101页二、矿山法施工的基本类型二、矿山法施工的基本类型 根据目前我国现场的施工情况与技术发展，根据目前我国现场的施工情况与技术发展，又可分为以下两大类型：又可分为以下两大类型：1.1.传统的矿山法传统的矿山法 传统的隧道施工方法是将隧道断面分成若传统的隧道施工方法是将隧道断面分成若干小块进行开挖，随挖随用钢材或木材支撑，干小块进行开挖，随挖随用钢材或木材支撑，然后从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。然后从上到下，或从下到上砌筑刚性衬砌。因为以往人们总认为在地层中开挖坑道必然因为以往人们总认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落，开挖的断面越大，坍要引起围岩坍塌掉落，开挖的断面越大，坍塌的范围也越大。因此传统的隧道结构设计塌的范围也越大。因此传统的隧道结构设计方法便将围岩看成是必然要松弛塌落，而成方法便将围岩看成是必然要松弛塌落，而成为作用于支护结构上的荷载。为作用于支护结构上的荷载。第2页/共101页 2.2.新奥法新奥法(NATM)(NATM)近二十多年来，随着岩石力学理论的发展以近二十多年来，随着岩石力学理论的发展以及岩石锚杆，喷射混凝土的机械出现，人们对开及岩石锚杆，喷射混凝土的机械出现，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形，松弛，崩塌等挖隧道过程中所出现的围岩变形，松弛，崩塌等现象有了更深入的认识，为提高新的经济的隧道现象有了更深入的认识，为提高新的经济的隧道施工方法创造了前提。施工方法创造了前提。2020世纪世纪8080年代中期开始，年代中期开始，我国的隧道设计与施工已广泛采用我国的隧道设计与施工已广泛采用“新奥地利隧新奥地利隧道施工法简称新奥法道施工法简称新奥法(New Austria(New Austria Tunneling MethodTunneling MethodNATM)NATM)”。这种方法是以。这种方法是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论，量测和经验喷射混凝土为主要支护方法，理论，量测和经验相结合的一种施工方法。同时，又是一系列指导相结合的一种施工方法。同时，又是一系列指导隧道设计和施工原则。隧道设计和施工原则。第3页/共101页三、新奥法隧道施工方法(常用方法)新奥法施工，按其开挖断面的大小及新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为：位置，基本上又可分为：全断面法，台阶法、全断面法，台阶法、分部开挖法分部开挖法三大类及若干变化方案。三大类及若干变化方案。(一一)全断面法全断面法 全断面开挖法就是将全部设计断面一全断面开挖法就是将全部设计断面一次开挖成型，接着做初期支护，敷设防水层，次开挖成型，接着做初期支护，敷设防水层，进行量测，然后待围岩变形稳定后再灌注二进行量测，然后待围岩变形稳定后再灌注二次模注混凝土衬砌的方法。次模注混凝土衬砌的方法。1 1适用条件适用条件 (1)(1)主要在稳定的主要在稳定的类围岩中采用，类围岩中采用，但但第4页/共101页如果有可靠的支护手段如果有可靠的支护手段(如钢拱支撑，喷锚支如钢拱支撑，喷锚支护护)，在，在类围岩或无水的类围岩或无水的类围岩中亦可使类围岩中亦可使用。用。(2)(2)需有全断面钻孔台车，和高效率的需有全断面钻孔台车，和高效率的装运机械及其配套设备：大型开挖及运输设装运机械及其配套设备：大型开挖及运输设备。备。2 2全断面法的优点：全断面法的优点：工序少，相互干扰少，便于组织施工和工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于组织大型机械化施管理；工作空间大，便于组织大型机械化施工，因此，施工进度高。目前，我国双线铁工，因此，施工进度高。目前，我国双线铁路隧道一般都能保持月进成洞平均路隧道一般都能保持月进成洞平均150m150m左右，左右，高者已达高者已达300m/300m/月。月。第5页/共101页(二二)台阶台阶法法 台阶法是将断面分成上半断面和下半断台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖的方法，它们根据台阶的面两部分进行开挖的方法，它们根据台阶的长度又可划分为长度又可划分为长台阶法、短台阶法和超短长台阶法、短台阶法和超短台阶法台阶法三种。三种。1.1.类型类型 (1)(1)长台阶法长台阶法 上、下两断面相距较远，一般上台阶超上、下两断面相距较远，一般上台阶超前前50m50m以上或大于以上或大于5 5倍洞跨。它适用于石质较倍洞跨。它适用于石质较好的好的类围岩和配备有中型钻孔台车的类围岩和配备有中型钻孔台车的场地。场地。第6页/共101页 (2)(2)短台阶法：短台阶法：两个断面相距较近，一般上台阶长度两个断面相距较近，一般上台阶长度小于小于5 5倍但大于倍但大于1 11.51.5倍洞跨。适用于倍洞跨。适用于类围岩，是新奥法施工中主要采用的方法。类围岩，是新奥法施工中主要采用的方法。(3)(3)超短台阶法：超短台阶法：上台阶仅超前上台阶仅超前3 35m5m，只能用交替作业。，只能用交替作业。适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。以及机械化程度不高的合断面的场合。以及机械化程度不高的类围岩地段。类围岩地段。第7页/共101页第8页/共101页 2 2台阶法的一般开挖顺序台阶法的一般开挖顺序 (1)(1)开挖上半断面开挖上半断面(拱部拱部)喷射混凝土喷射混凝土 对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑 出碴。出碴。(2)(2)开挖下半断面开挖下半断面(边墙及底部边墙及底部)喷射混喷射混凝凝 土土同样对软弱地层需安设锚杆和加同样对软弱地层需安设锚杆和加设设 钢支撑，及时形成闭和圈钢支撑，及时形成闭和圈出碴。出碴。(3)(3)修筑永久性模注衬砌。修筑永久性模注衬砌。第9页/共101页 3 3台阶法类型的选取条件：台阶法类型的选取条件：(1)(1)初次支护形成闭合断面的时间要求。围初次支护形成闭合断面的时间要求。围岩岩 越差，闭合时间要求越短；越差，闭合时间要求越短；(2)(2)上半断面施工所用的开挖、支护、出碴上半断面施工所用的开挖、支护、出碴等等 机械设施工场地大小的要求。机械设施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好的发挥机械效率。保证主要考虑是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。施工的经济性，故只要考虑后一条件。第10页/共101页(三三)分部开挖法分部开挖法 分部开挖主要应用于断面跨度较大如分部开挖主要应用于断面跨度较大如(或或三车道三车道)隧道，且岩层较软弱、松散的地质条隧道，且岩层较软弱、松散的地质条件件(如土质或易坍塌如土质或易坍塌)的隧道中的隧道中。1 1台阶分部开挖法台阶分部开挖法(又称环形开挖留核心又称环形开挖留核心土法土法)将断面分成为将断面分成为(如图如图)：(a)(a)环形拱部环形拱部1 1，2 2，3 3；(b)(b)上部核心土上部核心土4 4；(c)(c)下部台阶等三部分进行开挖。下部台阶等三部分进行开挖。第11页/共101页 台阶分部开挖法的主要优点是：与超短台阶分部开挖法的主要优点是：与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；而与侧壁导坑法相比，施工台阶施工干扰；而与侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度加快。机械化程度较高，施工速度加快。应注意的问题是：虽然核心土增强了开应注意的问题是：虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对开挖及其因此，它常要结合辅助施工措施对开挖及其面前方岩体进行预支护或预加固。面前方岩体进行预支护或预加固。第12页/共101页第13页/共101页 2.2.侧壁导坑法侧壁导坑法(称眼镜工法称眼镜工法)此法根据侧壁导坑的开挖个数，可分为此法根据侧壁导坑的开挖个数，可分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种。为双侧单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种。为双侧壁导坑开挖示意图。这种方法一般将断面分壁导坑开挖示意图。这种方法一般将断面分成四块进行开挖，即左、右侧壁导坑成四块进行开挖，即左、右侧壁导坑1 1、拱部、拱部2 2、下台阶、下台阶3 3。侧壁导坑法一般适用隧道跨度很大，地侧壁导坑法一般适用隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差的情况。表沉陷要求严格，围岩条件特别差的情况。其特点是：虽然开挖断面分块多，扰动大，其特点是：虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但是每个分初次支护全断面闭合的时间长，但是每个分块都是在开挖后立即各自闭的，所以在施工块都是在开挖后立即各自闭的，所以在施工中间变形几乎不发展，施工安全，但速度较中间变形几乎不发展，施工安全，但速度较慢，成本较高。慢，成本较高。第14页/共101页第15页/共101页 3 3中隔墙法与交叉中隔墙法中隔墙法与交叉中隔墙法 中隔墙法简称中隔墙法简称CDCD法，即法，即“Center Center DiaphragmsDiaphragms”。具体步骤为：具体步骤为：1 1部开挖后除底部外，立即施作初期支部开挖后除底部外，立即施作初期支护；护；开挖开挖2 2部、部、3 3部，从上往下接长中隔墙，部，从上往下接长中隔墙，并施作仰拱支护，第并施作仰拱支护，第3 3部支护完毕后，就形成部支护完毕后，就形成了了“蛋蛋”形的半跨支护；形的半跨支护；再依次开挖再依次开挖4 4、5 5、6 6部，最后拆除中部，最后拆除中 隔隔墙。墙。交叉中隔墙法简称交叉中隔墙法简称CRDCRD法，即法，即“Cross Cross Center Diaphragms Center Diaphragms”。具体步骤类似于。具体步骤类似于CDCD法，唯一不同的是增加了横向的中隔墙，因而法，唯一不同的是增加了横向的中隔墙，因而更进一步提高了隧道的稳定性。更进一步提高了隧道的稳定性。第16页/共101页 中隔墙采用的构件有格栅钢架或型钢，中隔墙采用的构件有格栅钢架或型钢，当需要较大的刚度时，采用型钢，这也是初当需要较大的刚度时，采用型钢，这也是初期支护中采用的构件。沿隧道纵向的榀间距期支护中采用的构件。沿隧道纵向的榀间距为为5050150cm150cm。榀与榀之间用纵向筋连接，。榀与榀之间用纵向筋连接，以加强结构的空间稳定性。以加强结构的空间稳定性。这两种方法的共同点是变大跨为小跨，这两种方法的共同点是变大跨为小跨，从而有效地增加隧道的稳定性，避免洞壁坍从而有效地增加隧道的稳定性，避免洞壁坍塌，因此它们适用于断面跨度大，地表沉陷塌，因此它们适用于断面跨度大，地表沉陷量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道(如地下如地下铁道铁道)。第17页/共101页第18页/共101页 (四四)新奥法与传统矿山法的区别新奥法与传统矿山法的区别 在传统的矿山法中，历史上形成的变化在传统的矿山法中，历史上形成的变化方案很多，其中也包括：全断面，台阶法，方案很多，其中也包括：全断面，台阶法，侧壁导坑法等。它与新奥法的根本区别，除侧壁导坑法等。它与新奥法的根本区别，除了施工原则不同外，在具体作业方法上还有：了施工原则不同外，在具体作业方法上还有：1.1.传统的矿山法中不强调采用锚喷支护，传统的矿山法中不强调采用锚喷支护，而大量采用钢、木支撑；而大量采用钢、木支撑；2.2.不强调要及早闭合支护环，很少采用不强调要及早闭合支护环，很少采用复合式衬砌，而是大量采用刚度较大的单层复合式衬砌，而是大量采用刚度较大的单层衬砌；衬砌；3.3.不进行施工量测等。不进行施工量测等。第19页/共101页 近年来，由于施工机械的发展，以及近年来，由于施工机械的发展，以及传统矿山法明显的不符合岩石力学的基本传统矿山法明显的不符合岩石力学的基本原理和不经济。已逐渐由新奥法所取代。原理和不经济。已逐渐由新奥法所取代。只有在一些缺少大型机械的中、短隧道中，只有在一些缺少大型机械的中、短隧道中，或不熟悉新奥法的施工单位还采用传统的或不熟悉新奥法的施工单位还采用传统的矿山法。矿山法。第20页/共101页四、其它施工方法四、其它施工方法 (一一)隧道掘进机法隧道掘进机法 隧道掘进机主要用于硬质岩层中的隧道施隧道掘进机主要用于硬质岩层中的隧道施工，它包括装有切削刀具的旋转切削头；石碴工，它包括装有切削刀具的旋转切削头；石碴装载设备；机身前进的推进装置和支撑装置；装载设备；机身前进的推进装置和支撑装置；控制方向的激光准直仪；安装临时支撑的设备控制方向的激光准直仪；安装临时支撑的设备和其它机械装置。和其它机械装置。隧道掘进机具有一次成洞、连续掘进、速隧道掘进机具有一次成洞、连续掘进、速度快、洞壁光滑、对围岩扰动小、施工质量好度快、洞壁光滑、对围岩扰动小、施工质量好等优点；并且能改善施工条件，降低劳动强度。等优点；并且能改善施工条件，降低劳动强度。但当掘进机施工方法一经采用、就不能像钻爆但当掘进机施工方法一经采用、就不能像钻爆法施工那样可以自由变更施工方法，因此难以法施工那样可以自由变更施工方法，因此难以适应复杂多变的地质情况。适应复杂多变的地质情况。第21页/共101页第22页/共101页第23页/共101页(二二)盾构法盾构法 在流砂、淤泥、砂土等类型的地层中修在流砂、淤泥、砂土等类型的地层中修建地下铁道时，采用盾构法施工，是一种有建地下铁道时，采用盾构法施工，是一种有效的措施。这种方法能确保施工安全和作业效的措施。这种方法能确保施工安全和作业机械化。我国的上海地铁和广州地铁都采用机械化。我国的上海地铁和广州地铁都采用了盾构机械施工。盾构法施工经百余年的发了盾构机械施工。盾构法施工经百余年的发展、改进、完善，技术已日趋成熟。现代盾展、改进、完善，技术已日趋成熟。现代盾构类型很多，能适应于任何水文地质条件下构类型很多，能适应于任何水文地质条件下施工，现在又出现一些小型盾构技术，最小施工，现在又出现一些小型盾构技术，最小直径仅为直径仅为1m1m，适用于城市上下水道、煤气管、，适用于城市上下水道、煤气管、电力和通讯电缆等工程。世界盾构的数量逐电力和通讯电缆等工程。世界盾构的数量逐年在上升，施工方法也更多样化。年在上升，施工方法也更多样化。第24页/共101页第25页/共101页第26页/共101页第27页/共101页五、辅助施工措施五、辅助施工措施 无论在新奥法或传统的矿山法施工时，无论在新奥法或传统的矿山法施工时，都可能遇到开挖工作面不能自稳或地面沉陷过都可能遇到开挖工作面不能自稳或地面沉陷过大的情况，必须采用施工辅助措施对地层进行大的情况，必须采用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固。山岭隧道施工中经常采用的预支护或预加固。山岭隧道施工中经常采用的辅助措施有：辅助措施有：1.1.留核心土。留核心土。2.2.喷射混凝土封闭开挖工作面。喷射混凝土封闭开挖工作面。3.3.打超前锚杆，插板或小钢管。打超前锚杆，插板或小钢管。4.4.管棚。管棚。5.5.临时仰拱封底。临时仰拱封底。6.6.超前小导管注浆。超前小导管注浆。7.7.对开挖工作前及周围围岩预注浆。对开挖工作前及周围围岩预注浆。第28页/共101页(一一)超前锚杆、插板、小钢管超前锚杆、插板、小钢管 1.1.适用条件适用条件 适用于土砂质地层，膨胀性地层裂隙发适用于土砂质地层，膨胀性地层裂隙发育的岩体，以及断层破碎等。育的岩体，以及断层破碎等。2.2.施工要点施工要点 向岩体内打入一排纵向锚杆向岩体内打入一排纵向锚杆(或型钢，或或型钢，或小钢管小钢管)，以形成一道顶部加固的岩石棚。然，以形成一道顶部加固的岩石棚。然后后 ，在此棚保护下进行开挖，至一定距离后，在此棚保护下进行开挖，至一定距离后，重复上述步骤，如此循环前进。重复上述步骤，如此循环前进。第29页/共101页 第30页/共101页 (二二)管棚法管棚法 遇到松软地层中修筑浅埋隧道，而地面遇到松软地层中修筑浅埋隧道，而地面沉陷又要严格的情况下，在开挖掘进前，在沉陷又要严格的情况下，在开挖掘进前，在开挖工作面上半断面，沿坑道设计周边，用开挖工作面上半断面，沿坑道设计周边，用大型水平钻机打出一排大直径的钻孔，并向大型水平钻机打出一排大直径的钻孔，并向钻孔内压入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥钻孔内压入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，然后在其防护下即可进行全断面或分部开挖。然后在其防护下即可进行全断面或分部开挖。管棚构造为：钢管壁厚为管棚构造为：钢管壁厚为101030mm30mm，管，管径以径以200200750mm750mm，排列间距按管棚途合理设，排列间距按管棚途合理设置。置。第31页/共101页 第32页/共101页 (三三)超前小导管注浆超前小导管注浆 此法的要点是在开挖掘进前，先用喷射此法的要点是在开挖掘进前，先用喷射混凝土将开挖面和混凝土将开挖面和5m5m范围内的坑道封闭，然范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管。由上而下地向小导管内压浆，浆液即由导管渗透而下地向小导管内压浆，浆液即由导管渗透到地层中，待浆液硬化厚，即在坑道周围形到地层中，待浆液硬化厚，即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈。在此圈防护下即可成一个加固了的岩石圈。在此圈防护下即可安全地进行开挖。安全地进行开挖。小导管与管棚构造区别：钢管直径要小一些；小导管与管棚构造区别：钢管直径要小一些；不钻孔，小导管注浆出周围地层。不钻孔，小导管注浆出周围地层。第33页/共101页 第34页/共101页(四四)预注浆加固围岩预注浆加固围岩 要点：就是在施工前将某种浆液注入地要点：就是在施工前将某种浆液注入地层，凝结并改善地层的工程特性，如提高强层，凝结并改善地层的工程特性，如提高强度和稳定性，或降低渗透性等。度和稳定性，或降低渗透性等。1.1.注浆方法注浆方法 (1)(1)“浸透浸透”注浆：对于砂土地层，将浆注浆：对于砂土地层，将浆液导入土体颗粒之间的空隙中；液导入土体颗粒之间的空隙中；(2)(2)“裂缝裂缝”注浆：就是将地层中的缝隙注浆：就是将地层中的缝隙密封密封(岩层中注浆岩层中注浆)；(3)(3)“空穴空穴”注浆：用浆液充填地层中的注浆：用浆液充填地层中的空穴空穴(岩层中注浆岩层中注浆)。第35页/共101页 2.2.注浆方式注浆方式:(1)(1)在开挖工作面上打超前导管注浆。在开挖工作面上打超前导管注浆。(2)(2)对于浅埋隧道，从地表向隧道所在区域对于浅埋隧道，从地表向隧道所在区域打辐射状或平行状钻孔注浆。打辐射状或平行状钻孔注浆。(3)(3)先开挖平行导坑，然后由平行导坑向正先开挖平行导坑，然后由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆。洞所在区域钻孔注浆。第36页/共101页 第37页/共101页六六、新奥法的基本知识新奥法的基本知识 (一一)基本概念基本概念 1.1.名称由来名称由来 新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即即New Austrian Tunneling MethodNew Austrian Tunneling Method，缩写，缩写为为NATMNATM。上下导坑先墙后拱法初次使用于公。上下导坑先墙后拱法初次使用于公元元18371837年前奥国莱比锡至德累斯顿铁隧道上，年前奥国莱比锡至德累斯顿铁隧道上，故称其为奥国法。新奥法与奥国法是两码事，故称其为奥国法。新奥法与奥国法是两码事，不是隧道横断面施工作业顺序的差异，也不不是隧道横断面施工作业顺序的差异，也不是年代早晚不同的关系，而前者是建立在新是年代早晚不同的关系，而前者是建立在新的理论基础上，具有丰富实际经验的新概念。的理论基础上，具有丰富实际经验的新概念。第38页/共101页 2.2.产生的历史背景和发展简况产生的历史背景和发展简况 新奥法是由奥地利学者新奥法是由奥地利学者L.V.RabcewiezL.V.Rabcewiez，L.MullerL.Muller等教授创建于本世纪五十年代，等教授创建于本世纪五十年代，在在19631963年正式命名为新奥地利隧道工程方法，年正式命名为新奥地利隧道工程方法，并获得专利。并获得专利。(1)(1)锚杆支护在锚杆支护在2020世纪初出现。在此之前，世纪初出现。在此之前，锚杆支护的采用始于本世纪初，到锚杆支护的采用始于本世纪初，到5050年代后年代后在欧美各地得到广泛应用，并在水电站有压在欧美各地得到广泛应用，并在水电站有压输水隧洞成功地采用了锚杆支护手段。输水隧洞成功地采用了锚杆支护手段。第39页/共101页 (2)(2)喷射混凝土机在喷射混凝土机在4040年代末研制成功。年代末研制成功。喷射混凝土机在喷射混凝土机在19471947年研制成功，年研制成功，1948194819531953年喷射混凝土衬砌在奥地利首次用于卡年喷射混凝土衬砌在奥地利首次用于卡普伦水电站的默尔隧道。锚喷支护技术的发普伦水电站的默尔隧道。锚喷支护技术的发展为创建新奥法提供了有利的条件。展为创建新奥法提供了有利的条件。(3)(3)岩石力学的理论发展为新奥法提供了岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据。与新奥法发展同时，岩石力学也科学依据。与新奥法发展同时，岩石力学也发展成为一门十分年轻的学科。岩石力学的发展成为一门十分年轻的学科。岩石力学的理论基础为新奥法提供了科学依据。理论基础为新奥法提供了科学依据。因此可因此可以说，新奥法是在实际基础上开展起来的一以说，新奥法是在实际基础上开展起来的一种修建隧道工程的新理论与新概念。种修建隧道工程的新理论与新概念。第40页/共101页 3.3.新奥法的基本概念新奥法的基本概念 新奥法的基本概念是用薄层支护手段来新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。隧道工程的设计与施工。由于上述基本概念的认识与理解的差别，由于上述基本概念的认识与理解的差别，可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解，可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解，突出的问题有下列方面：突出的问题有下列方面：(1)(1)由于英文由于英文“methodmethod”一词，容易把新一词，容易把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法，或者仅奥法理解为隧道开挖与支护的方法，或者仅是一种施工技术，而没有认识到新奥法是修是一种施工技术，而没有认识到新奥法是修建隧道一种基本理论，是包含设计于施工内建隧道一种基本理论，是包含设计于施工内容的隧道工程概念。容的隧道工程概念。第41页/共101页 (2)(2)误以为采用了锚喷支护就是新奥法。误以为采用了锚喷支护就是新奥法。当然利用新奥法，必须包括使用锚喷支护结当然利用新奥法，必须包括使用锚喷支护结构。但应该认识到新奥法使用锚喷支护是为构。但应该认识到新奥法使用锚喷支护是为了达到保护围岩强度、控制围岩变形、实现了达到保护围岩强度、控制围岩变形、实现发挥围者自承能力的目的。并且必须认识到发挥围者自承能力的目的。并且必须认识到只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动态，做到控制变形。态，做到控制变形。(3)(3)对施工监控量测往往不够重视，认为对施工监控量测往往不够重视，认为它是额外的负担。实际上，控制爆破、锚杆它是额外的负担。实际上，控制爆破、锚杆+喷射混凝土支护、施工量测是新奥法的三喷射混凝土支护、施工量测是新奥法的三大要素。现场施工量测的资料是完善设计，大要素。现场施工量测的资料是完善设计，指导施工的重要依据。指导施工的重要依据。第42页/共101页 总之，新奥法则不是一个单纯开挖与衬总之，新奥法则不是一个单纯开挖与衬砌修筑的施工方法，当然新奥法往往也要用砌修筑的施工方法，当然新奥法往往也要用钻眼爆破手段来开挖断面，而且在隧道横断钻眼爆破手段来开挖断面，而且在隧道横断面开挖作业顺序也会有相同处，如新奥法多面开挖作业顺序也会有相同处，如新奥法多采用全断面一次开挖，或采用台阶法开挖隧采用全断面一次开挖，或采用台阶法开挖隧道断面，但新奥法对钻爆技术要求高，要保道断面，但新奥法对钻爆技术要求高，要保证光面爆破质量，以保护围岩强度和混凝土证光面爆破质量，以保护围岩强度和混凝土施喷效果。同时新奥法有了锚喷支护的条件，施喷效果。同时新奥法有了锚喷支护的条件，全断面开挖就可在软岩地层使用，有利于大全断面开挖就可在软岩地层使用，有利于大型机具作业。型机具作业。第43页/共101页 (二二)基本原理的要点基本原理的要点 新奥法是一个具体应用岩体动态性质的新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的工程概念，它是建立在科学实践并经完整的工程概念，它是建立在科学实践并经过大量实践所证明的基础之上的。该法的创过大量实践所证明的基础之上的。该法的创始人之一利奥波德始人之一利奥波德.米勒米勒(Leopld Muller)(Leopld Muller)曾曾提出了提出了“新奥法新奥法2222点原则点原则”，现归纳起来主，现归纳起来主要有以下几点：要有以下几点：1.1.隧道的整个支护体系中，起主要作用的隧道的整个支护体系中，起主要作用的是围岩本身，即视岩体是隧道的主要承载单是围岩本身，即视岩体是隧道的主要承载单元，它与各种内部加固或外部支撑结构构成元，它与各种内部加固或外部支撑结构构成统一的整体结构体。统一的整体结构体。第44页/共101页 2.2.隧道开挖时，应尽可能减轻对隧道围岩隧道开挖时，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，即尽可的扰动或尽可能不破坏围岩的强度，即尽可能使围岩维持原来的三维应力状态，这就有能使围岩维持原来的三维应力状态，这就有必要对开挖工作面及时施作防护层必要对开挖工作面及时施作防护层(如喷射如喷射混凝土等混凝土等)，封闭围岩的节理和裂隙以防止，封闭围岩的节理和裂隙以防止围岩的松动和坍塌。围岩的松动和坍塌。3.3.允许围岩有一定的变形，以利安全地发允许围岩有一定的变形，以利安全地发挥围岩的全部强度，使之在隧道周围形成承挥围岩的全部强度，使之在隧道周围形成承载环，但这种变形应受到严格的控制，以免载环，但这种变形应受到严格的控制，以免过渡变形导致围岩承载理论的降低和丧失或过渡变形导致围岩承载理论的降低和丧失或导致地表产生过大的沉陷。导致地表产生过大的沉陷。第45页/共101页 4.4.衬砌支护结构的施工一般分成两个步骤衬砌支护结构的施工一般分成两个步骤完成。洞室开挖后迅速的施作初期支护完成。洞室开挖后迅速的施作初期支护(外层外层衬砌衬砌)，抑制岩体的早期变形，待围岩稳定后，抑制岩体的早期变形，待围岩稳定后，再进行二次衬砌再进行二次衬砌(内层衬砌内层衬砌)，如果外层衬砌，如果外层衬砌很充分，并证实围岩变形趋于稳定。则内层很充分，并证实围岩变形趋于稳定。则内层衬砌可视为附加的安全储备。衬砌可视为附加的安全储备。5.5.初期支护应尽量做成柔性的，以便与围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。因此，岩紧密接触，共同变形和共同承载。因此，初期支护大多采用喷射混凝土、锚杆和钢筋初期支护大多采用喷射混凝土、锚杆和钢筋网的联合支护形式。这种衬砌在力学上被视网的联合支护形式。这种衬砌在力学上被视为易变形的壳体结构，只能承受较小的弯曲为易变形的壳体结构，只能承受较小的弯曲应力，以承受剪切应力为主。应力，以承受剪切应力为主。第46页/共101页 6.6.隧道的几何形状必须满足在静力学上作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，要尽可能使为圆筒结构的计算条件，因此，要尽可能使结构做得园顺结构做得园顺(如做成圆形或椭圆形的如做成圆形或椭圆形的)，不，不产生突出的拐角，以避免产生应力集中现象。产生突出的拐角，以避免产生应力集中现象。同时，尽早时结构闭合同时，尽早时结构闭合(封底封底)，以形成承载，以形成承载环。环。7.7.在施工过程中，对隧道周边进行位移收在施工过程中，对隧道周边进行位移收敛量测是必不可少的一个重要环节，以此作敛量测是必不可少的一个重要环节，以此作为合理选择支护结构的形式与尺寸和指导下为合理选择支护结构的形式与尺寸和指导下一阶段施工的依据。一阶段施工的依据。第47页/共101页 (三三)施工监控量测的目的施工监控量测的目的 在新奥法施工过程中，对围岩与支护结在新奥法施工过程中，对围岩与支护结构的变形受力以及浅埋地段的地表沉陷进行构的变形受力以及浅埋地段的地表沉陷进行量测，统称为新奥法的量测。施工量测被认量测，统称为新奥法的量测。施工量测被认为是新奥法的三大支柱之一。其目的可归纳为是新奥法的三大支柱之一。其目的可归纳为下述为下述4 4点：点：1.1.为修正支护结构形式和参数提供依据为修正支护结构形式和参数提供依据 进行隧道工程设计时必须依靠工程地质进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信息，但由调查和试验来提供必要的依据和信息，但由于岩体地质情况千差万别，使得工程地质调于岩体地质情况千差万别，使得工程地质调查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真实性。所以在施工过程中通过围岩与支护的实性。所以在施工过程中通过围岩与支护的变形与应力测试数据，可对原设计进行修正变形与应力测试数据，可对原设计进行修正提供依据。提供依据。第48页/共101页 2.2.正确选择开挖方法和支护施作时间正确选择开挖方法和支护施作时间 通过分析量测数据，可以确定符合具体通过分析量测数据，可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支护结构工程要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然的施作措施，以充分利用围岩自承能力，然后通过量测分析，再确定适宜的二次支护时后通过量测分析，再确定适宜的二次支护时间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，间；在侧压力较大的地层中，利用量测数据，可以确定最佳的仰拱施作时间。可以确定最佳的仰拱施作时间。3.3.为隧道施工和长期使用提供安全信息为隧道施工和长期使用提供安全信息 通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定，可以发现施工中隐藏的不监控和分析评定，可以发现施工中隐藏的不安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位，从而及时采取相应的加固或其它弱的部位，从而及时采取相应的加固或其它措施。措施。第49页/共101页 4.4.是研究其力学机理和设计理论的重要途是研究其力学机理和设计理论的重要途径径 通过施工现场量测，人们才能深入系统通过施工现场量测，人们才能深入系统地研究围岩和支护结构共同作用的力学机制，地研究围岩和支护结构共同作用的力学机制，才可能认识不同条件才可能认识不同条件,不同类型岩体的变形不同类型岩体的变形破坏机理。破坏机理。综上所述，可以看出隧道监测的主要目综上所述，可以看出隧道监测的主要目的，是为了完善隧道设计与正确地指导施工，的，是为了完善隧道设计与正确地指导施工，从而保证隧道工程的安全性和经济性。从而保证隧道工程的安全性和经济性。第50页/共101页(四四)对新奥法施工过程进行监理的主要要对新奥法施工过程进行监理的主要要求求 1 1开挖是否采用了控制爆破；开挖是否采用了控制爆破；2 2初期支护是否及时、柔性和与围岩密初期支护是否及时、柔性和与围岩密贴；贴；3 3隧道施工是否采用了监控量测。隧道施工是否采用了监控量测。第51页/共101页 第五部分第五部分 隧道施工作业隧道施工作业一、隧道钻爆作业二、装碴运输三、修建支护结构四、隧道施工中的辅助坑道五、施工辅助作业第52页/共101页 一、隧道钻爆作业一、隧道钻爆作业 修建隧道时，首先要在线路穿越的地层修建隧道时，首先要在线路穿越的地层内挖出一个能够容纳对待建筑物的空间，这内挖出一个能够容纳对待建筑物的空间，这项作业的工作量占整个隧道施工工程量的比项作业的工作量占整个隧道施工工程量的比重很大，它对施工进度和工程造价都很大影重很大，它对施工进度和工程造价都很大影响。造价约占整个隧道的响。造价约占整个隧道的20204040，是隧，是隧道施工中较关键的基本作业。道施工中较关键的基本作业。石质隧道目前大多般采用钻眼爆破开挖石质隧道目前大多般采用钻眼爆破开挖的方法，亦即先在岩石中钻成圆柱形炮眼再的方法，亦即先在岩石中钻成圆柱形炮眼再装填炸药起爆，炸出所设计坑道断面。装填炸药起爆，炸出所设计坑道断面。第53页/共101页(一一)隧道爆破开挖的基本要求隧道爆破开挖的基本要求 1 1使开挖的断面形状和尺寸合乎设计要使开挖的断面形状和尺寸合乎设计要求，求，开挖面平顺，使超欠挖减少到最低限开挖面平顺，使超欠挖减少到最低限度。度。2 2炸下的石碴大小适中，便于装车。炸下的石碴大小适中，便于装车。3 3尽量减少对坑道周围岩体的扰动。尽量减少对坑道周围岩体的扰动。4 4爆破单位体积岩石所需的炮眼长度和爆破单位体积岩石所需的炮眼长度和炸炸 药用量小。药用量小。5 5掘进速度快。掘进速度快。第54页/共101页 (二二)炮眼种类与布置炮眼种类与布置 隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。采隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。采用钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上布置炮用钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上布置炮眼。炮眼按照它们在爆破中所起的作用，可眼。炮眼按照它们在爆破中所起的作用，可分为分为掏槽眼、辅助眼、周边眼掏槽眼、辅助眼、周边眼三种。三种。第55页/共101页(二二)炮眼种类与布置炮眼种类与布置 隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。隧道开挖的关键性环节是坑道开挖。采用钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上采用钻爆法开挖坑道时，需在导坑面上布置炮眼。炮眼按照它们在爆破中所起布置炮眼。炮眼按照它们在爆破中所起的作用，可分为的作用，可分为掏槽眼、辅助眼、周边掏槽眼、辅助眼、周边眼眼三种。三种。第56页/共101页 1.1.掏槽眼及其布置掏槽眼及其布置 在坑道掘进的最初，只有一个临空面，在坑道掘进的最初，只有一个临空面，为了提高爆破效果，在开挖面中部位置上布为了提高爆破效果，在开挖面中部位置上布置若干个炮眼，使其在开挖面上先炸出一个置若干个炮眼，使其在开挖面上先炸出一个槽穴，为以后爆破的炮眼开辟临空面，创造槽穴，为以后爆破的炮眼开辟临空面，创造良好的爆破条件，这种炮眼叫做掏槽眼。由良好的爆破条件，这种炮眼叫做掏槽眼。由于围岩的强度和结构不一样，掏槽眼布置的于围岩的强度和结构不一样，掏槽眼布置的形式也不相同。但基本可分为两大类：形式也不相同。但基本可分为两大类：斜眼掏槽直眼掏槽第57页/共101页(1)(1)斜眼掏槽斜眼掏槽 其特点是掏槽眼与开挖面斜交，常用的其特点是掏槽眼与开挖面斜交，常用的有锥形掏槽、楔形掏槽、单向掏槽。斜眼掏有锥形掏槽、楔形掏槽、单向掏槽。斜眼掏槽的优点是，可以按照岩层的实际情况选择槽的优点是，可