隧道新奥法理论和实践.docVIP

隧道新奥法的理论与实践 1 以正确的思想来指导隧道施工 隧道工程依其科学研究目标划分无疑属于自然科学范围，但是在实践中它有着同社会科学相似的性质，即必须用正确的理论思想来指导施工，而实际上隧道施工在实践中因所采用的理论繁杂，各种各样的思想同时存在，而在不同思想指导下制定的方案自然是不尽相同，但大家知道，真理只有一个，也就是说隧道合理的施工方案只有一个，隧道正确的指导思想也只有一个。 “新奥法”这一“法”已广泛应用于现代隧道设计及施工中，但在实践中有两种错误的观点，一是认为喷锚就是“新奥法”，二是认为“新奥法”取代了“矿山法”，要正确及灵活地应用“新奥法”，必须对这两种错误观点进行纠正，因为这是“新奥法”的认识起点。 1.1 “新奥法”不能简单理解为喷锚 从我国铁道隧道修建历史可以看出，早在60～70年代修建成昆铁路“关村坝”和“沙马拉达”隧道时，即使用了喷锚技术，但那时没有人认为那是采用了“新奥法”。真正完全采用“新奥法”修建的隧道是80年代建成的“大瑶山隧道”。从喷锚支护的应用到比较完整的“新奥法”应用，隧道建设思想的进步用了近20年，但“新奥法”思想的普及、推广到现在仍在进行，将来将会随着相关基础理论及施工设备、材料、工艺的改进，仍会不断发展。隧道修建历史说明“新奥法”不能简单理解为喷锚支护。 1.2 “新奥法”并没有取代“矿山法” “矿山法”是指以爆破为开挖手段的一种地下工程施工方法，它与掘进机法、盾构法、明挖法、沉管法相对立。而我们广泛应用的“新奥法”，其主要开挖手段仍是爆破方法，从概念上讲“矿山法”与“新奥法”并不对立，实际上“新奥法”并不是一种隧道施工方法，它是隧道施工的一种“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”（王建宇语）。 1.3 普氏理论仍然适用 “新奥法”的理论基础是弹塑性理论，这是基于围岩为弹塑性介质假设的理论，如果围岩为松散体，“新奥法”就不适用。而应用了几十年的普氏理论正是基于松散介质假设前提上建立的理论，所以在广泛推广应用“新奥法”的时候，决不可不加分析地对传统的普氏理论弃之不用，否则在实践中必然会造成严重的不良后果。 2 对“新奥法”的正确理解和应用 2.1 “新奥法”的由来 所谓“新奥法”是指奥地利国家修建隧道所采用的新方法的简称。它的全名为New Austrian Tunnelling Method，缩写为NATM。奥地利学者腊布塞维奇（L.V.Rabcewice）教授，于1934年提出了隧道施工中应用喷浆技术，并于1943~1945年在奥地利的劳普隧道开始使用喷射混凝土技术。第二次世界大战后，混凝土喷射机及速凝剂的出现，使喷射混凝土技术有了很大发展，以后又出现了锚杆。腊氏以锚喷支护的实践和岩体力学的理论为基础提出了新奥法。并于1954~1955年首次应用于奥地利的普鲁茨——伊姆斯特电站的压力隧洞的施工，以后又经瑞典、意大利等国的理论研究和实践，于1962年在奥地利的萨尔茨堡召开的第八次土力学会议上正式命名为“新奥法”，并取得了此法的专利权。 2.2 “新奥法” 1978年P. J. Muller教授对新奥法的基本原则及力学基础提出了22条准则，其中要点为： （1）岩体与支护结构组成整个支护体系，其中岩体是主要的承载体系； （2）允许围岩产生局部应力松弛； （3）通过量测决定岩体与支护结构的时间特性； （4）按预计的局部应力松弛，决定开挖方法与支护结构； （5）允许作为承载环的支护结构有限制的变形，直至封底； （6）在施工中通过量测监视，进行信息反馈。 有关学者把新奥法归纳为一个原则（即充分利用围岩的自承能力），三大支柱（即锚杆、喷混凝土、施工监测），一个一体化（即设计、施工、量测）。 1980年奥地利国家地下空间委员会提出新奥法的正式定义：即通过发挥围岩承载环的主动作用使隧道围岩（岩土体）成为承载“结构”。 2.3 新奥法支护结构的设计原则及应用 1966年，Rabcewicz教授通过对柔性支护破坏的模拟试验后指出：剪切破坏是崩溃的唯一方式，而非挠曲破坏；因此对新奥法的支护结构，提出以下设计原则： （1）隧道周围形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪切破坏； （2）支护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构； （3）由锚杆、钢支撑、喷混凝土等所提供的支护抗力，应与塑性滑移楔体的滑移力相平衡。 上述设计原则的理论依据是弹塑性理论，其数学公式（即芬纳R . Fenner公式）为： 式中： ——支护抗力； ——围岩在弹性状态和塑性状态的凝聚力和内摩擦角； —— 围岩的自重应力； —— 塑性区半径； ——开挖半径。 由上式可见，在围岩稳定的前提下，扩大塑性区半径R，就可降低为维持极限平衡状态所需的支护抗力Pi，也就是说，这种