新奥法施工工法内容介绍

'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班级：0803306学号：13姓名：夏智超摘要：新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。　　新奥法是在利用围岩本身所具有的承载效能的前提下，采用毫秒爆破和光面爆破技术，进行全断面开挖施工，并以形成复合式内外两层衬砌来修建隧道的洞身，即以喷混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等为外层支护形式，称为初次柔性支护，系在洞身开挖之后必须立即进行的支护工作。因为蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配，隧道空间靠空洞效应而得以保持稳定，也就是说，承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。新奥法施工工法。经过许多国家的深入实践和不断理论研究,已成为现代隧道工程新技术标志之一。关键词：新奥法、锚喷支护、全断面法、台阶法、分部开挖法1概论1.1新奥法的基本原理1.新奥法施工基本原理：　　充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。　　2.新奥法的主要原则：　　（1）充分保护围岩，减少对围岩的扰动。　　（2）充分发挥围岩的自承能力。　　（3）尽快使支护结构闭合。　　（4）加强监测，根据监测数据指导施工。　可扼要地概括为“少扰动、早喷锚、快封闭、勤测量”1.2新奥法的特点：1.新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，在隧道爆破后立即施工喷射混凝土支护，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。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。 2.钢支撑、锚杆和喷射混凝土集合在一起成为主要支护手段，围岩成为支护体系的组成部分。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弹性变形区。形成了以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩为三位一体的承载结构，共同支承山体压力。新奥法施工在隧道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩隧道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开挖后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护隧道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围岩强度，使其与人工支护结构共同承受隧道压力。1.3新奥法的适用范围：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；1.4工艺原理：新奥法的理论基础是：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）来承受压力，最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。新奥法将围岩视为隧道承载构件的一部分，因此，施工时应减少隧道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、预裂爆破等措施，减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意保证隧道表面尽可能平滑，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、钢支撑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。1.5新奥法的工艺流程及操作要点1.本工法工艺流程主要分超前管棚、超前小导管、隧道开挖、初期支护、二次衬砌等几个分项。2.工艺流程图如下：隧道洞身开挖根据围岩级别不同采用不同的开挖方法，Ⅴ、Ⅵ级围岩采用双侧壁导坑开挖；Ⅲ、Ⅳ级围岩采用上下台阶法开挖；Ⅰ、Ⅱ级围岩采用全断面法开挖。3.初期支护主要包括：钢支撑、钢筋网、系统锚杆、喷射混凝土等几项。其中根据围岩级别不同，钢支撑采用工字钢或钢格栅，锚杆数量、混凝土厚度相应调整。根据围岩级别不同，二次衬砌采用厚度不同的钢筋混凝土或素混凝土。2内容2.1Ⅰ、Ⅱ级围岩在设计和施工中应采取的工艺与措施Ⅰ、Ⅱ级围岩采用全断面法开挖 全断面开挖法又称全断面掘进法。按巷（隧）道设计开挖断面，一次开挖到位的施工方法。其开挖方式主要有三种：即新奥地利全断面开挖法、护板全断面开挖法和掘进机护板全断面开挖法。[1]　　1.施工顺序　　全断面开挖法施工操作比较简单，主要工序：使用移动式钻孔台车，首先全断面一次钻孔，并进行装药连线，然后将钻孔台车后退到50m以外的安全地点，再起爆，一次爆破成型，出渣后钻孔台车再推移至开挖面就位，开始下一个钻爆作业循环．同时，施作初期支护，铺设防水隔离层（或不铺设），进行二次筑模衬砌．该流程突出两点：增加机械手进行复喷作业，先初喷后复喷，以利于稳定地层和加快施工进度；铺底混凝土必须提前施作，且不滞后200m．当地层较差时铺底应紧跟，这是确保施工安全和质量的重要做法．　2.适用范围　　全断面法主要适用于Ⅰ、Ⅱ类围岩．当断面在50m２以下，隧道又处于Ⅲ类围岩地层时，为了减少对地层的扰动次数，在采取局部注浆等辅助施工措施加固地层后，也可采用全断面法施工．但在第四纪地层中采用此施工方法时，断面一般均在20m２以下，且施工中仍须特别注意，山岭隧道及小断面城市地下电力﹑热力﹑电信等管道工程施工多用此法．　3.评价　　优点：全断面开挖法有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，便于施工组织的管理．　　缺点：(1)由于开挖面较大，围岩稳定性降低，且每个循环工作量较大．2.2Ⅲ、Ⅳ级围岩在设计和施工中应采取的工艺与措施Ⅲ、Ⅳ级围岩主要采用台阶法施工台阶法施工包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，至于施工中采用何种台阶法，要根据两个条件确定：初期支护形成的闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间越短；上断面施工所用开挖、支护、出渣等机械设备对施工场地大小的要求。1.长台阶法长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，上下断面相距较远，一般上台阶超前50cm以上或大于5倍洞跨。⑴长台阶法施工顺序：a对上半断面。用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可采用挖掘机开挖。安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。 根据支护结构形成闭合断面的时间的要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱。形成上半断面的临时的闭合结构，然后在开挖下半断面是再将临时底拱拆除b对下半断面。用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，装渣直接运到洞外。安设边墙锚杆和喷射混凝土，用反铲挖掘机开挖水沟，喷射混凝土。c待初期支护的变形稳定后，或根据施工组织所规定的日期敷设防水层和建造内层砌层。⑵评价：相对于全断面法。长台阶一次开挖的断面和高度较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且对维持开挖面的稳定也十分有利。2.短台阶法短台阶法是分上下两个断面进行开挖，只是两个断面相距较近，一般上台阶长度小于5倍但大于1–5倍洞跨，上下断面采用平行作业。⑴短台阶的作业顺序和长台阶相同⑵短台阶法的缺点：上下台阶出渣时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。为解决这种干扰可采用长皮带机运输上台阶的石渣，或设置由上半断面过度到下半断面的坡道，将上台阶的石渣直接装车运出。过度坡道的位置可设置在中间，亦可交替设置在两侧⑶采用短台阶法时应注意以下问题：初期支护全断面闭合要在距开挖面30m以内，或距开挖上半断面开始的30天内完成。初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合，要研究在保证施工机械正常工作前提下台阶的最小长度。3.超短台阶法超短台阶法也是分上下两部分，但上台阶仅超前3–5m，只能采用交替作业。⑴超短台阶法作业顺序：用一台停在台阶下的长臂挖掘机或单臂掘进机开挖上半断面至一个进尺，安设拱部锚杆。钢筋网或钢支撑，喷射拱部混凝土。用同一台机械开挖下半断面至一个进尺，安设边墙锚杆，钢筋网或接长钢支撑，喷边墙混凝土。开挖水沟，安设底部钢支撑，喷射拱混凝土，灌注内层衬砌。⑵超短台阶法的缺点：上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大，生产效率较低，施工速度较慢。⑶采用超短台阶法时应注意的问题：在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可采用辅助施工措施，如向围岩中注浆或打入超前水平小钢管，对开挖面进行预加固或预支护。4.最后还应指出在所有的台阶法施工中，开挖下半断面时要求做到以下几点：下半断面的开挖应在上半断面初期支护基本稳定后进行;采用单侧落底或双侧落底，避免上部初期支护两侧同时悬空下部边墙来挖后必须立即喷射混凝土，并按规定做初期支护量测工作必须及时，以观察拱顶，拱脚和边墙中部位移值，当发现速率增大，应立即进行底拱封闭，或缩短进尺，加强支护，分隔掌子面等。2.2Ⅴ、Ⅵ级围岩在设计和施工中应采取的工艺与措施Ⅴ、Ⅵ级围岩主要采用分步开挖法并采取及时支护分部开挖法是把设计的隧道断面划分成若干部分，进行二次及其以上开挖，最后达到隧道设计开挖断面的一种施工方法。 分部开挖法有三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法。1.台阶分部开挖法台阶分部开挖法又称环形开挖留核心法、一般将断面分为环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分⑴其施工作业顺序为：用人工或单臂掘进机开挖环形拱部。架立钢支撑、喷混凝土。在拱部初期支护下，用挖掘机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。根据初期支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。由于拱形开挖高度较小，所以施工中不设或少设锚杆。在台阶部分开挖法中，因为上部留有核心土支撑着开挖面，而且能迅速及时的建造拱部初期支护，所以开挖工作面稳定性好⑵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，减少上下台阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度高，施工速度可加快。⑶采用台阶分部开挖法时应注意的问题：虽然核心土加强了开挖面的稳定性，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块较多，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。因此，它常要结合辅助工程措施对开挖工作面及前方岩体进行预支护或预加固。2.单侧壁导坑法单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。在短隧道中可先挖通导坑，而后再开挖台阶。上下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。⑴单侧壁导坑法的施工作业顺序为：开挖侧壁导坑，并进行初期支护，应尽快使导坑的初期支护闭合；开挖上台阶，进行拱部初期支护，使其一侧支撑在导坑的初期支护上，另一侧支护下台阶上；开挖下台阶，进行另一边墙的初期支护，并尽早建造底部初期支护，使全断面闭合；拆除导坑临空部分的初期支护；建造内层衬砌⑵单侧壁导坑法的优点：每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。3.双侧壁导坑法（又称眼镜工法）当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可以采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶的二分之一左右。这种方法一般是将断面分成四块：左、右侧壁导坑1、上部核心土2、下台阶3。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的三分之一。左右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已导坑的原则确定。⑴双侧壁导坑法施工作业顺序为：开挖一侧导坑，并及时地将其初期支护闭合。相隔适当的距离后开挖另一侧导坑，并建造初期支护。开挖上部核心土，建造拱部初期支护，拱脚支撑在两侧壁导坑的初期支护上。 开挖下台阶，建造底部的初期支护，使初期支护全断面闭合。拆除导坑临空部分的初期支护。建造内层寸砌。双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初期支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。⑵双侧壁导坑法特点：施工安全，但速度较慢，成本较高4.采用全断面开挖法，必须采取辅助措施，如围幕注浆，短进尺，喷射混凝土、系统锚杆、钢拱架、设仰拱，组成封闭环3总结3.1新奥法的主要缺点   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；3.2总结新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。  不可否认，新奥法也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用'