新奧法施工

新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，原文是New Austrian Tunnelling Method 簡稱 NATM ， 新奧法概念是奧地利學者拉布西維茲 （L. V. RABCEW ICZ）教授於 50 年代提出的，它是以隧道工程經驗和岩體力學的理論為基礎，將錨桿和噴射混凝土組合在一起，作為主要支護手段的一種施工方法，經過一些國家的許多實踐和理論研究，於60年代取得專利權並正式命名。

基本介紹

• 中文名：新奧法施工
• 外文名：New Austrian Tunnelling Method
• 簡稱：NATM
• 類型：概念

悠久歷史

之後這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發展， 已成為現代隧道工程新技術標誌之一。六十年代NATM 被介紹到我國， 七十年代末八十年代初得到迅速發展。至今，可以說在所有重點難點的地下工程中都離不開NATM.新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍岩地段修築隧道的一種基本方法。

下面僅對新奧法施工作一簡要敘述。

施工詳情

新奧法施工特點

1.1及時性

新奧法施工採用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發展，阻止圍岩進入鬆動的狀態，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結性因而保證了支護的及時性和有效性。

在巷道爆破後立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止岩層變形的發展，並控制應力降低區的伸展而減輕支護的承載，增強了岩層的穩定性。

1.2封閉性

由於噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風化作用造成圍岩的破壞和剝落，制止膨脹岩體的潮解和膨脹，保護原有岩體強度。

巷道開挖後，圍岩由於爆破作用產生新的裂縫，加上原有地質構造上的裂縫，隨時都有可能產生變形或塌落。當噴射混凝土支護以較高的速度射向岩面，很好的充填圍岩的裂隙，節理和凹穴，大大提高了圍岩的強度。（提高圍岩的粘聚力C和內摩擦角）。同時噴錨支護起到了封閉圍岩的作用，隔絕了水和空氣同岩層的接觸，使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導致圍岩失去穩定。

1.3粘結性

噴錨支護同圍岩能全面粘結，這種粘結作用可以產生三種作用：

① 聯鎖作用，即將被裂隙分割的岩塊粘結在一起若圍岩的某塊危岩活石發生滑移墜落，則引起臨近岩塊的聯鎖反應，相繼喪失穩定，從而造成較大範圍的冒頂或片幫。開巷後如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結力和抗剪強度是可以抵抗圍岩的局部破壞，防止個別威岩活石滑移和墜落，從而保持圍岩的穩定性。

②復和作用，即圍岩與支護構成一個複合體（受力體系）共同支護圍岩。噴錨支護可以提高圍岩的穩定性和自身的支撐能力，同時與圍岩形成了一個共同工作的力學系統，具有把岩石荷載轉化為岩石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極承擔的弱點。

③增加作用。開巷後及時繼進行噴錨支護，一方面將圍岩表面的凹凸不平處填平，消除因岩面不平引起的應力集中現象，避免過大的應力集中所造成的圍岩破壞；另一方面，使巷道周邊圍岩由雙方向受力狀態，提高了圍岩的粘結力C和內摩擦角，也就是提高了圍岩的強度。

1.4柔性

噴錨支護屬於柔性薄性支護，能夠和圍岩緊粘在一起共同作用，由於噴錨支護具有一定柔性，可以和圍岩共同產生變形，在圍岩中形成一定範圍的非彈性變形區，並能有效控制允許圍岩塑性區有適度的發展，使圍岩的自承能力得以充分發揮。另一方面，噴錨支護在與圍岩共同變形中受到壓縮，對圍岩產生越來越大的支護反力，能夠抑制圍岩產生過大變形，防止圍岩發生鬆動破壞。

新奧法理論要點及施工要點

2.1 新奧法與傳統施工方法的區別：傳統方法認為巷道圍岩是一種荷載，套用厚壁混凝土加以支護鬆動圍岩。而新奧法認為圍岩是一種承載機構，構築薄壁、柔性、與圍岩緊貼的支護結構（以噴射混凝土、錨桿為主要手段）並使圍岩與支護結構共同形成支撐環，來承受壓力，並最大限度地保持圍岩穩定，而不致鬆動破壞。

新奧法將圍岩視為巷道承載構件的一部分，因此，施工時應儘可能全斷面掘進，以減少巷道周邊圍岩應力的擾動，並採用光面爆破、微差爆破等措施。減少對圍岩的震動，以保全其整體性。同時注意巷道表面儘可能平滑，避免局部應力集中。

新奧法將錨桿、噴射混凝土適當進行組合，形成比較薄的襯砌層，即用錨桿和噴射混凝土來支護圍岩，使噴射層與圍岩緊密結合，形成圍岩-支護系統，保持兩者的共同變形，故而可以最大限度地利用圍岩本身的承載力。

2.2保護巷道圍岩自身的承載能力

新奧法施工在巷道開挖後採取了一系列綜合性措施：構築防水層、圍岩巷道排水；選擇合理的斷面形狀尺寸；給支護留變形餘量；開巷後及時做好支護、封閉圍岩等，都是為保護巷道圍岩的自身承載能力，使圍岩的擾動影響控制在最小範圍內，並加固圍岩，提高圍筵強度。使其與人工支護結構共同承受巷道壓力。

2.3允許圍岩由一定量的變形，以利於發揮圍岩的固有強度。同時巷道的支護結構，也應具有預定的可縮量，以緩和巷道壓力。

圍岩的變形是控制在一定範圍內的，必須避免圍岩變形過大，從而導致圍岩強度的削弱以致引起垮落、失穩。支護結構具有一定的變形量，允許巷道圍岩產生一定的變形，以緩和來自巷道的巨大壓力，更進一步減輕支護荷載。

2.4新奧法施工過程中量測工作的特殊性

由於岩體生成條件與地質作用的複雜性，施工條件的複雜性，以及對工程設計參數的精確要求，得要通過許多量測手段，在施工過程中對圍岩動態和支護結構工作狀態進行監測。並用監測結果修改初步設計，指導施工。

量測的結果可以作為施工現場分析參數和修改設計的依據，因而能夠預見事故和險情，以便及時採取措施，防患於未然提到施工的安全程度。

由上所述，新奧法的支護原則是：圍岩不僅是載物體，而且是承載結構；圍岩承載圈和支護體組成巷道的統一體，是一個力學體系；巷道的開挖和支護都是為保持改善與提高圍岩的自身支撐能力服務。

新奧法的主要支護手段與施工順序

新奧法是以噴射混凝土、錨桿支護為主要支護手段，因錨桿噴射混凝土支護能夠形成柔性薄層，與圍岩緊密粘結的可縮性支護結構，允許圍岩有一定的協調變形，而不使支護結構承受過大的壓力。

施工順序可以概括為：開挖→一次支護→二次支護。

3.1開挖

開挖作業的內容依次包括：鑽孔、裝藥、爆破、通風、出渣等。開挖作業與一次支護作業同時交叉進行，為保護圍岩的自身支撐能力，第一次支護工作應儘快進行。為了充分利用圍岩的自身支撐能力開挖應採用光面爆破（控制爆破）或機械開挖，並儘量採用全斷面開挖，地質條件較差時可以採用分塊多次開挖。一次開挖長度應根據岩質條件和開挖方式確定。岩質條件好時，長度可大一些，岩質條件差時長度可小一些，在同等岩質條件下，分塊多次開挖長度可大一些，全斷面開挖長度就要小一些。一般在中硬岩中長度約為2-2.5米，在膨脹性地層中大約為0.8-1.0米。

3.2第一次支護作業包括：一次噴射混凝土、打錨桿、聯網、立鋼拱架、復噴混凝土在巷道開挖後，應儘快地噴一層薄層混凝土（3-5mm），為爭取時間在較鬆散的圍岩掘進中第一次支護作業是在開挖的渣堆上進行的，待把未被渣堆覆蓋的開挖面的一次噴射混凝土完成後再出渣。

按一定系統布置錨桿，加固深度圍岩，在圍岩內形成承載拱，由噴層、錨桿及岩面承載拱構成外拱，起臨時支護作用，同時又是永久支護的一部分。復噴後應達到設計厚度（一般為10-15mm），並要求將錨桿、金屬網、鋼拱架等覆裹在噴射混凝土內。

完成第一次支護的時間非常重要，一般情況應在開挖後圍岩自穩時間的二分之一時間內完成。目前的施工經驗是鬆散圍岩應在爆破後三小時內完成，主要由施工條件決定。

在地質條件非常差的破碎帶或膨脹性地層（如風化花崗岩）中開挖巷道，為了延長圍岩的自穩時間，為了給一次支護爭取時間，安全的作業，需要在開挖工作面的前方圍岩進行超前支護（預支護），然後再開挖。

在安裝錨桿的同時，在圍岩和支護中埋設儀器或測點，進行圍岩位移和應力的現場測量：依據測量得到的信息來了解圍岩的動態，以及支護抗力與圍岩的相適應程度。

一次支護後，在圍岩變形趨於穩定時，進行第二次支護和封底，即永久性的支護（或是補噴射混凝土，或是澆注混凝土內拱），起到提高安全度和整個支護承載能力增強的作用，而此支護時機可以由監測結果得到。

對於底板不穩，底鼓變形嚴重，必然牽動側牆及頂部支護不穩，所以應儘快封底，形成封閉式的支護，以謀求圍岩的穩定。

新奧法適用範圍

① 具有較長自穩時間的中等岩體；

② 弱膠結的砂和石礫以及不穩定的礫岩；

③ 強風化的岩石；

④ 剛塑性的粘土泥質灰岩和泥質灰岩；

⑤ 堅硬粘土，也有帶堅硬夾層的粘土；

⑥ 微裂隙的，但很少粘土的岩體；

⑦ 在很高的初應力場條件下，堅硬的和可變堅硬的岩石；

在下述條件下套用新奧法必須與一些輔助方法相配合

① 有強烈地壓顯現的岩體；

② 膨脹性岩體（要與仰拱與底部錨桿相配合）；

③ 在一些鬆散岩體中，要有鋼背板與之配合；

④ 在蠕動性岩體中，要與凍結法或預加固法等配合；

在下列場合中套用應慎重

① 大量湧水的岩體；

② 由於湧水會產生流砂現象的圍岩；

③ 極為破碎，錨桿鑽孔、安裝都極為困難的岩體；

④ 開挖面完全不能自穩的岩體等。

新奧法的缺點

① 實施不僅要求有良好的施工組織和管理，也要求技術人員和量測人員都十分熟練，沒有這一點就易於發生錯誤；作業質量都與每一個人的仔細操作有關。

② 開挖暴露出的地質會立即改變其狀態，因此要求施工地質人員要親臨現場，以便發現問題；

③ 用能控制的施工量測，往往給施工帶來不便；

④ 乾噴射帶來的灰塵以及由於易受化學藥品的損害必須加強防護，尤其是對眼睛的防護，濕噴雖然可以避免此缺點，但在同樣條件下，不如乾噴那樣有效的支護岩體。

新奧法施工是從實際經驗中總結出來的，又在不斷實踐經驗中得以豐富其內容和進一步發展，新奧法施工在我國推廣以來，經過幾十年的發展，通過科研、設計、施工三結合，在修建下坑、西坪、大瑤山、軍都山等鐵路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，套用新奧法原理及其相應的技術，取得了較大的成就。

不可否認，新奧法也存在不少缺點，不過經過工程技術人員和科技工作者的共同努力一定可以把新奧法不斷完善，在我國的現代化建設進程中發揮更加重要的作用。