隧道工程论文按新奥法施工的指导思想论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施

按新奥法施工的指导思想论述对不同等级的围岩在设计与施工中应采取的工艺与措施学院：外国语言文学系姓名：学号：班级：摘要：随着新奥法在地下工程中的应用越来越广泛，人们对新奥法的认识也越来越深，新奥法在不同等级的围岩设计与施工具有不同的工艺与措施，本文按照新奥法施工的指导思想对不同等级围岩在设计与施工中的工艺与措施进行详细论述。关键词：新奥法；围岩；跨度；支护；衬砌：少扰动1、概论1.1新奥法的概念新奥法——奥地利隧道施工法（NewAustrianTunnelingMethod,NATM），是奥地利隧道工程师腊布希维首先提出的。它是以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法；以喷射混凝土和锚杆作为主要的支护手段，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工法，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。它是在锚喷支护技术的基础上总结和发展起来的。1.2新奥法施工的指导思想围岩是有自稳能力的，之所以垮塌是因为围岩的自稳能力不够，因此在施工过程中就要想方设法帮助围岩提高自稳能力，达到自稳的目的。1.3新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭”。①少扰动7 在进行隧道开挖时，尽量地减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。因此，要求能用机械开挖的就不用钻爆法的开挖；采用钻爆法开挖时，要严格进行控制爆破；尽量采用大断面开挖；根据围岩类别、开挖方法和支护条件选择合理的循环掘进进尺；自稳性差的围岩，循环掘进进尺应短一些；支护要尽量紧靠开挖面，缩短围岩应力松弛时间。②早喷锚开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩的变形进入受控制状态。一方面是为了使围岩不致应变形过度而产生坍塌失稳；另一方面是使围岩的变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力，必要时可采取超前预支护措施。③勤量测以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩（围岩加支护）的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法，确保施工的安全和顺利进行。量测是现代隧道工程及地下工程理论的重要标志之一，也是掌握围岩动态变化过程的手段和进行工程设计和施工的依据。④紧封闭一方面采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致使强度和稳定性的衰减，尤其是对于易风化的软弱围岩；另一方面更为重要的是适时对围岩施作封闭支护，这样不仅可以及时阻止围岩的变形，而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。1.4围岩的分级与自稳能力根据《公路隧道设计规范》(JTDG70-2004)，我国根据岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标值BQ综合进行初步分级；对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值，按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。表1公路隧道围岩分级围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩基本质量指标BQ或修正的围岩基本质量指标[BQ]Ⅰ坚硬岩，岩体完整，巨整体状或巨厚层状结构＞550Ⅱ坚硬岩，岩体完整，块状或厚层状结构较坚硬岩，岩体完整，块状整体结构550~451Ⅲ坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构较坚硬岩或较软硬岩层，岩体较完整，块状体或中厚层结构450~351Ⅳ坚硬岩，岩体破碎，破碎结构；较坚硬岩，岩体较破碎~破碎，镶嵌碎裂结构；350~2517 较软岩或较硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整~较破碎，中薄层状结构Ⅳ土体：1压密或成岩作用的粘性土及砂性土；2黄土（Q1、Q2）；3一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块土Ⅴ较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎~破碎；极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构≤250Ⅴ一般第四系的半干硬至硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的碎石土，卵石土、圆砾、角砾及黄土（Q3、Q4）。非粘性土呈松散结构，粘性土及黄土呈松软结构Ⅵ软塑状粘土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等注：本表不适合用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。表2隧道各级围岩自稳能力判断围岩级别自稳能力Ⅰ跨度20m，可长期稳定，偶有掉块，无塌方Ⅱ跨度10~20m，可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方跨度10m，可长期稳定，偶有掉块Ⅲ跨度10~20m，可稳定数日~1个月，可发生小~中塌方；跨度5~10m，可稳定数月，可发生局部块体位移及小~中塌方；跨度5m，可基本稳定Ⅳ跨度5m，一般无自稳能力，数日~数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中~大塌方。埋深小时，以拱部松动破坏为主，埋深大时，有明显塑性流动变形和挤压破坏；跨度小于5m，可稳定数日~1个月Ⅴ无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日Ⅵ无自稳能力注：①小塌方：塌方高度＜3m，或塌方体积＜30。②中塌方：塌方高度3~6m，或塌方体积30~100。③大塌方：塌方高度＞6m，塌方体积＞100。表3两车道隧道复合式衬砌的设计参数7 围岩级别初期支护二次衬砌厚度/cm喷射混凝土厚度/cm锚杆钢筋网钢架拱、墙仰仰拱拱部、边墙仰拱位置长度/m间距/mIⅠ5.0局部2.030IⅡ5~8局部2~2.530IⅢ8~12拱、墙2~31~1.5局部@25×2535IⅣ12~15拱、墙2.5~31~1.2拱、墙@25×25拱、墙35335VⅤ15~25拱、墙3~40.8~1.2拱、墙@20×20拱、墙、仰拱45445VⅥ通过实验、计算确定注：有地下水时，可取大值；无地下水时，可取小值。宜选格栅钢架。表4三车道隧道复合式衬砌的设计参数围岩级别初期支护二次衬砌厚度喷射混凝土厚度/cm锚杆钢筋网钢架拱、墙混凝土仰拱混凝土仰拱位置长度/m7 拱部、边墙间距/mⅠ8局部2.535Ⅱ8~10局部2.5~3.540Ⅲ10~15拱、墙3~3.51~1.5局部@25×2545Ⅳ15~20拱、墙3~40.8~1拱、墙@25×25拱、墙50钢筋混凝土50Ⅴ20~30拱、墙3.5~50.5~1拱、墙@20×20拱、墙、仰拱60钢筋混凝土60钢筋混凝土Ⅵ通过实验、计算确定注：有地下水时，可取大值；无地下水时，可取小值。宜选格栅钢架。1、各级围岩在新奥法施工指导思想下在设计与施工中应采取的工艺与措施2.1Ⅰ、Ⅱ级围岩在设计施工中应采取的工艺与措施2.1.1Ⅰ、Ⅱ级围岩的坚硬程度、完整性和自稳能力概况Ⅰ、Ⅱ级围岩由坚硬岩或较坚硬岩组成，岩体为巨厚层状结构或块状整体结构，当隧道跨度为20m时，Ⅰ级围岩的自稳能力较好，开挖的隧道在无支护的前提下能够保持长期的稳定，隧道跨度为10~20m时，Ⅰ级围岩的自稳能力较好，开挖的隧道在无支护的条件下可长期稳定，Ⅱ级围岩的自稳能力较Ⅰ级围岩差，开挖的隧道可以基本稳定，当隧道的跨度为10m时，Ⅱ级围岩开挖的隧道在无支护的条件下可长期稳定。2.1.2设计施工中应采取的工艺和措施按照新奥法的指导思想，我们在Ⅰ、Ⅱ级围岩的隧道设计中应该根据围岩的等级合理选择隧道的跨度以及拟定隧道截面的几何尺寸。I、II级围岩中岩体大多为整体结构，围岩的应力为均匀的径向分布，隧道截面的几何形状为圆形时较合理。在I、II级围岩的隧道施工中，按照新奥法的指导思想，我们宜采取全断面开挖的施工方法。坚持“少扰动”7 的原则，采用光面爆破、微差爆破等控制爆破的方法一次性形成完整的封闭体系，使得结构的受力性能良好，对于围岩的扰动较少，一次性形成的断面面积大，便于机械化施工。隧道的内轮廓线开挖后及时安设拱部锚杆和喷射第一层混凝土进行初期支护，然后以及时、直观和可靠的测量数据来准确评价围岩的稳定状态，一般初期支护足以维持I、II级围岩基本稳定。2.2III级围岩在设计施工中应采取的工艺与措施2.2．1III级围岩的坚硬程度、完整性和自稳能力概况III级围岩由坚硬岩、较坚硬岩或较软硬岩层组成，岩体结构较破碎或者岩体较完整，块状、中厚层状，当隧道跨度10~20m时，III级围岩可基本稳定数日~1个月，当隧道跨度5~10m，可稳定数月，跨度5m，可基本稳定。2.2.2设计施工中应采取的工艺和措施按照新奥法的指导思想，III级围岩的水平围岩压力很小而垂直围岩压力为主。因此，我们在III级围岩的隧道设计中采用直墙式衬砌结构，其拱部可以采用割圆拱、坦三心圆拱或尖三心圆拱。在III级围岩的隧道的施工中，按照新奥法的指导思想，宜采用台阶法施工。台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法，根据初期支护形成闭合断面的时间要求和上断面施工所用的开挖、支护、出渣等机械设备对施工场地大小的要求合理选择。对于III级围岩的隧道的初期支护可以选择喷射适当厚度的混凝土同时在拱墙位置打入系统锚杆作为隧道的初期支护，然后在初期支护完成后以及时、直观和可靠的测量数据来准确评价围岩的稳定状态，监测初期支护结构的变形，对于围岩稳定性较差的隧道应进行隧道的二次混凝土衬砌来控制隧道围岩的变形，维持隧道围岩的长期稳定。2.3IV级围岩在设计施工中应采取的工艺与措施2.3．1IV级围岩的坚硬程度、完整性和自稳能力概况IV级围岩是由岩体结构较破碎或者中薄层状态的坚硬岩、较坚硬岩、较软岩或者压密、成岩作用的粘性土及砂性土、黄土（Q1、Q2）、一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土组成，隧道的跨度5m时，一般无自稳能力。2.3.2设计施工中应采取的工艺和措施按照新奥法的指导思想，IV级围岩的设计宜采用动态设计，在施工实践中不断完善设计理论。IV级围岩中隧道的衬砌宜采用曲墙式衬砌来抵抗较大的水平压力。在IV级围岩中隧道的施工中，由于围岩的自稳能力有限宜采用超前锚杆临时支护配合的短台阶法开挖，确保隧道施工过程施工安全和工程的进度，对于IV7 级围岩中隧道的初期支护选择合适厚度的喷射混凝土以及在拱墙位置处打入系统锚杆和挂钢筋网完成隧道的初期支护，然后在初期支护完成后以及时、直观和可靠的测量数据来准确评价围岩的稳定状态，监测初期支护结构的变形，此种隧道宜浇筑合适厚度的钢筋混凝土进行二次衬砌，确保隧道围岩的长期稳定。2.4V级围岩在设计施工中应采取的工艺与措施2.4．1V级围岩的坚硬程度、完整性和自稳能力概况V级围岩是由岩体结构破碎、松散状的较软岩、软岩、极破碎岩或者一般第四系的半干硬性至硬塑的粘土及稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、砾土等松散结构组成。V级围岩无自稳能力，跨度小于5m时，有较短期的稳定性。2.4.2设计施工中应采取的工艺和措施按照新奥法的指导思想，V级围岩中隧道的衬砌应采用曲墙式衬砌，对于地基较软弱的地区底板应设计成仰拱式，在V级围岩隧道的施工中，隧道的开挖宜采用三台阶临时仰拱法。对于V级围岩中的隧道初期支护在拱墙上打入系统锚杆和喷射混凝土或者在围岩不稳定地区可以采取悬挂钢筋网、锚杆和喷射混凝土作为初期支护，然后在初期支护完成后以及时、直观和可靠的测量数据来准确评价围岩的稳定状态，监测初期支护结构的变形，在二次衬砌中可以浇筑合适厚度钢筋混凝土作为二次衬砌，从而维持隧道的长期稳定。2.5VI级围岩在设计施工中应采取的工艺与措施2.5.1VI级围岩坚硬程度、完整性和自稳能力概况VI级围岩是由软塑状粘土及潮湿、饱和粉细砂层、软土等组成的。VI级围岩无自稳能力。2.5.2设计施工中应采取的工艺和措施按照新奥法的指导思想，Ⅵ级围岩隧道宜采用双侧壁导坑开挖法，采用双侧壁导坑开挖，施工速度虽慢，成本高，但施工安全。初期支护主要包括钢支撑、钢筋挂网、系统锚杆、适当厚度的喷射混凝土等几项，钢支撑宜采用工字钢或钢格栅。在初期支护完成后以及时、直观和可靠的测量数据来准确评价围岩的稳定状态，监测初期支护结构的变形，对于初期支护结构变形过大应浇筑钢筋混凝土作为二次衬砌，确保围岩的长期稳定。7