新奥法的基本原理


（1）围岩是隧道结构的主要承载部分。 （2）开挖后需对围岩进行加固，以使围岩在开挖卸载后不失去原有 的强度。 （3）隧道围岩支护过程中，一方面允许围岩有一定的位移，从而产 生受力环区；另一方面，又必须限制围岩位移的程度以避免围岩变形 过大而产生严重松弛卸载。 （4）初次支护主要作用不是用来承担隧道围岩所失去的承载力，而 是保持围岩的自承状同，防止严重的松弛和卸载。 （5）初次支护的建造应是适时的，使围岩在开挖后延时一定时间来 得及变形并形成承力保护区，以达到较好的支撑效果。 （6）围岩自稳时间，一方面依靠对围岩地质条件的初步调查，另一 方面可通过在建造过程中量测隧道周边的位移来评定。 （7）由于喷射混凝土具有可填平洞壁不平整面、与围岩紧密结合等 特点，使围岩不发生严重的应力重分布，常被用来作为初次支护，必 要时还使用锚杆、钢筋网和钢拱架。
新奥法施工
4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；
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什么是新奥法？
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新奥法是新奥地利隧道施工方法
（New Austrian Tunneling Method，简写NATM）的简 称。它是奥地利土木工程师L.V.Rabcewicz等在长期从事 隧道施工实践中，于20世纪60年代从岩石力学的观点出 发并在总结隧道建设实践经验的基础上创立的。早在 1934年，Rabcewicz就提出了在隧道中应用“ 喷浆” 的 技术。1942-1945年，该技术在奥地利阿尔卑斯山深埋 硬岩隧道结构施工中被采用。二战以后，混凝土喷射机和 促凝剂的出现使喷浆技术得到很大的发展。随着锚杆在工 程中被采用，Rabcewicz以喷锚支护的实践和岩体力学理 论为基础，提出了“NATM”法。1963年，该方法在第一 次国际土力学会议上被正式命名为“NATM”，并获得专利。 20世纪60年代中期，Muller把新奥法用于法兰克福、慕 尼黑等城市地铁软岩（ 土） 隧道中。Muller强调，硬岩 隧道与软岩（土）隧道采用新奥法应有所区别。 Nhomakorabea奥法施工
2新奥法理论要点及施工要点： 2.1 新奥法与传统施工方法的区别：传 统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚 壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认 为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、 与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、 锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共 同形成支撑环，来承受压力，并最大限度 地保持围岩稳定，而不致松动破坏。
1.4柔性 喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘 在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性， 可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范 围的非弹性变形区，并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。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受 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。
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；
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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。
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5 新奥法的缺点主要有： 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|考试大|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； ④ 干喷射带来的灰尘以及由于易|考试大|受化学药品的 损害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以 避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护 岩体。
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1.3粘结性 喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用： ① 联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一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可以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，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护 围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围 岩形成了一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，一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；另一方面，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。
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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。
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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。
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2.3允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围 岩的固有强度。同时巷道的支护结构，也 应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。 围岩的变形是控制在一定范围内的，必 须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度 的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具 有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定 的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更 进一步减轻支护荷载。
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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。
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3.2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 在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（35mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护 作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖 面的一次喷射混凝土完成后再出渣。 按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承 载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护 作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后应达到设计厚 度（一般为10-15mm），并要求将锚杆、金属网、钢拱 架等覆裹在喷射混凝土内。 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。
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新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因 此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周 边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破 等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。 同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集 中。 新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形 成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支 护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支 护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限 度地利用围岩本身的承载力。
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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。
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3.1开挖 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。一般在中 硬岩中长度约为2-2.5米，在膨胀性地层中大约为0.81.0米。