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1、传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 山岭隧道两种常规施工方法的比较 王波（江苏南京解放军理工大学工程兵工程学院）摘 要:介绍山岭隧道两种常规的施工方法：“新奥法”和传统的矿山法。比较了两者的差别并简述了发展趋势。关键词： 新奥法 传统矿山法 隧道工程 现场监测 中图分类号：TU311.2 文献标识码：A 文章编号：1 引言山岭隧道常规施工方法又称为矿山法，因最早应用于采矿坑道而得名。隧道等地下工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖才能更有利于洞室稳定和便于支护；如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。在矿山法中，坑道开挖后的支护方法，大致可以分为
2、钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。 “新奥法” 与“传统矿山法”相比,在在理论基础、对围岩及支护的认识等方面都有很大的不同。2 新奥法施工程序、原则及技术要点新奥法即奥地利隧道施工新方法（New Austrian Tunnelling methodNATM），是奥地利学者腊布希维兹首先提出的。它是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，便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。是在锚喷支护技术的基础上总结和提出的。 2.1施工程序否修正支护参数修正施工方案
3、方法和次序改变开挖 开 挖 竣 工二 次 支 护防水隔离层是否符合管理基准初期支护确定施工方法施工准备是量测监控必要时须超前支护或预先进行地层改良图1新奥法施工程序图2.2施工原则可归结为“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！少扰动：是指在开挖时尽量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。能用机械开挖的就不用钻爆法开挖；采用钻爆法开挖时，要严格地进行控制爆破；尽量采用大断面开挖；根据围岩类别、开挖方法、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；支护要尽量紧跟开挖面，缩短围岩应力松弛时间。早喷锚：是指
4、开挖后及时施作初期喷锚支护，使围岩的变形进入受控制状态。既防止围岩因变形过度产生坍塌失稳；又使围岩变形适度发展，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。勤测量：以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩或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、开挖方法、确保施工安全和顺利进行。紧封闭：一方面是指采取喷射混凝土等防护措施，避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减，尤其是对易风化的软弱围岩；另一方面，更为重要的是指要适时对围岩施作封闭形支护，不仅可以及时阻止围岩变形，而且可以使支护和围岩能进入良好的共同工作状态。2.3技术要点2.3.1开挖常用的掘进方
5、式有钻眼爆破掘进、单臂掘进机掘进、人工掘进三种方式。一般山岭隧道最常用的是钻眼爆破掘进。(1)基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩的扰动的前提下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并尽量提高掘进速度。(2)开挖方法隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。按照开挖断面分布情形来分，可分为：全断面开挖法：按设计开挖断面一次开挖成形。台阶开挖法：一般将设计断面分为上半断面和下半断面两次开挖成型。分部开挖法：将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，也可称导坑超前开挖。常用的有上下导坑超前开挖法，上导坑超前开挖法；单侧壁导坑超前开挖法等。2.3.2初期支护(1)概念：隧道开挖后，在围岩稳定能力不足时
6、，需加以支护才能使其进入稳定状态，称为初期支护。简而言之，初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的工程措施。(2)支护形式：主要采用锚杆和喷射混凝土来支护围岩。(3)工程特点：传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！灵活性：喷锚支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护部件进行适当组合的支护形式，既可以单独使用，也可以组合使用。其组合形式和支护参数可以根据围岩的稳定状态，施工方法和进度，隧道形状和尺寸等加以选择和调整。既可以用于局部加固，也可整体加固；既可以一次完成也可分次完成。及时性：喷锚支护能在施作后迅速发挥作用。表现在时间上，喷射混凝土和锚杆都具有早强性能，需要时就能起作
7、用；表现在空间上，喷射混凝土和锚杆可以最大限度紧跟开挖施工，甚至可以利用锚杆进行超前支护。密贴性：喷射混凝土能与坑道周边的围岩全面、紧密地粘结，因而可以抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂。深入性：锚杆能深入围岩体内部一定深度，对围岩起约束作用。柔 性：锚喷支护属于柔性支护，可以较便利地调节围岩变形，允许围岩作有限的变形，允许围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩的自承能力。封闭性：喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，不仅阻止洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少膨胀性岩体的潮解软化和膨胀，而且能够及时有效地阻止围岩变形，使围岩较早地进入变形收敛状态。(4) 锚喷支护的作用和效果1表1锚喷支护的作用和效果锚杆的
8、作用和效果支 承 围 岩：限制约束围岩变形，向围岩施压，使洞室内表面附近围岩保持三轴应力状态，可制止围岩强度的恶化。加 固 围 岩：使围岩中，尤其是松动区中的节理裂隙、破裂面等得以联结，加大锚固区围岩强度，有助于裂隙岩体和松动区形成整体，形成“加固带”。提高层间摩阻力，形成“组合梁”：对水平或缓倾斜的层状岩，用锚杆群可把数层岩层连在一起，增大层理间摩阻力，形成“组合梁”。“悬吊”作用：为防止个别危岩的掉落或滑落，用锚杆将其同稳定围岩联结起来。喷射混凝土的作用及其效果支 承 围 岩：喷层与围岩密贴，给围岩表面以抗力和剪力，防止围岩强度恶化；喷层本身的抗冲切能力阻止不稳定块体的滑塌。“卸载”作用：
9、喷层属柔性可有控制地使围岩在不出现有害变形的前提下，进行一定程度的变形，从而使围岩“卸载”。填平补强围岩：喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充表面凹穴，有利于防止围岩松动，避免或缓和围岩应力集中。覆盖围岩表面：喷层直接粘贴在岩面，形成风化和止水的防护层，并阻止节理裂隙中充填物流失。阻止围岩松动：喷层可紧跟掘进进程，早期强度较高，能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！分 配 外 力：通过喷层把外力传给锚杆、钢拱架等，使支护结构受力均匀分担。钢筋网及钢纤维的作用及其效果防止收缩裂隙或减少裂隙数量和限制裂缝宽度。提高支护的抗震能力。使喷层应力得到均
10、匀分布，改善变形性能，增强锚喷支护的整体性。增强喷层的柔性。提高喷层所承受剪力和拉力。加强限制围岩变形。作为超前支护的后支点。承受部分松弛荷载。 2.3.3量测监控量测监控是新奥法重要的一个环节。通过对地下工程的现场量测来监测围岩和支护的稳定性，并应用现场量测结果修正设计和指导施工，始自50年代。近年来，现场量测又与工程地质、力学分析紧密配合，正在逐渐形成一整套监控设计的原理和方法，较好地反映和适应地下工程的动态变化规律。根据公路隧道施工技术规范（JTJ04294）规定的应测项目如下：表2隧道现场应测项目及量测方法序号项目名称方 法 及工 程布 置量测间隔时间115天1630天13个月大于3个
11、月1地质和支护状况观察岩性、结构面产状及支护裂缝观察或描述；地质罗盘等开挖后及初期支护后进行每 次 爆 破 后 进 行 2周边位移各种类型收敛计每1050米一个断面，每个断面23对测点12次/天12次/天12次/周13次/月3拱顶下沉水准仪、水准尺钢尺或测杆每1050米一个断面12次/天12次/天12次/周13次/月4锚杆或锚索内力及抗拔力各类电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器每10米一个断面，每个断面至少三根锚杆 此外，规范还规定了地表下沉、围岩体内位移、围岩压力、钢支撑内力及外力、围岩弹性波测试等七项选择项目。表3隧道现场选测项目及量测方法传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！序
12、号项目名称方 法 及工 具布 置量测间隔时间115天1630天13个月大于3个月1地表下沉水准仪、水准尺每5至50米一断面，每断面至少7个测点开挖面距量测断面2B时，12次/天；开挖面距量测断面5B时，1次/天；开挖面距量测断面5B时，1次/周；（B为隧道开挖宽度）2围岩体内位移洞内测孔中安置单点、多点杆式或钢丝式位移计每5100米一个断面，每个断面211个测点12次/天12次/天12次/周13次/月3围岩压力及两层支护间压力各种类型压力盒每代表性地段一个断面，每断面1520个测点12次/天1次/2天12次/周13次/月4钢支撑内力及外力支柱或其它测力计每10排拱架支撑设一对测力计12次/天1
13、次/2天12次/周13次/月5支护和衬砌内应力、表面应力及裂缝测量各种混凝土内应变计、应力计、测缝计每代表性地段一个断面，每断面11个测点12次/天1次/2天12次/周13次/月6围岩弹性波测试各种声波仪及配套探头在代表性地段设置2.3.4二次支护隧道设计规范中对复合式衬砌明确规定了“相对收敛速度小于0.070.15mm/d，当初期支护施作后围岩变形基本稳定为达到最大变形量80%90%方可进行二次衬砌。”2在初期支护帮助围岩达成施工期间的初步稳定基础上，二次支护提供安全储备或承受后期围岩压力；它与初期支护一起组成复合式衬砌。施工方法：按照现代支护理论和新奥法施工原则，作为安全储备的二次支护是在
14、围岩或围岩加支护稳定后进行的。此时隧道已成形，因此多采用顺作法，即由上下到上，先墙后拱顺序连续灌注。在隧道纵向则需分段进行，分段长度一般为912米。二次支护多采用模筑混凝土作为内层衬砌。3 传统矿山法施工程序、原则及技术要点传统的矿山法是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。3.1施工程序传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！图2传统矿山法施工程序图施工准备确定施工方案备开挖临时支撑检查是否需 加 强检查是否可 撤 换整体式厚衬砌竣工3.2施工原则可归纳为“少扰动、早
15、支撑、慎撤换、快衬砌”。少扰动：是指在进行隧道开挖时，尽量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，这与新奥法要求是一致的。采用钢支撑，可以增大一次开挖断面跨度，减少分步次数，从而减少对围岩的扰动次数。早支撑：是指开挖后应及时施作临时构件支撑，使围岩不致因变形松弛过度而产生坍塌失稳，并承受围岩松弛变形产生的压力早期松弛荷载。定期检查支撑的工作状况，若发现变形严重或出现损坏征兆，应及时增设支撑予以加强。慎撤换：是指拆除临时支撑而代之永久性模注混凝土衬砌时要慎重，要防止撤换过程中围岩坍塌失稳。每次撤换的范围、顺序和时间要视围岩稳定性及支撑的受力状况而定。若预计到不能拆除，则应在确定开
16、挖断面大小及选择支撑材料时就予以研究解决。快衬砌：是指拆除临时支撑后要及时修筑永久性混凝土衬砌，并使之尽早承载参与工作。按衬砌的施作顺序分为先墙后拱法和先拱后墙法。3.3技术要点3.3.1开挖可采用全断面法、台阶法或导坑超前法。3.3.2临时支撑(1)材料及结构形式：可用圆木或钢材，但以工字钢、旧钢轨为常用。木支撑可以构成矩形或扇形支撑，但木支撑对隧道断面形状的适应性较差、易损坏且耐久性较差，需要在模筑混凝土衬砌时拆除，麻烦且不安全，目前已很少采用。钢支撑主要用型钢或钢筋加工成拱形支撑，可较好适应隧道断面形状的要求，且具有较大的承载能力和很好的耐久性，可留在混凝土衬砌背后或浇注在其中。施工简便
17、、安全。(2)临时支撑的构造接头：钢支撑的接头常用端板或夹板栓接；锲块：锲入支撑与岩层之间，增加支撑与围岩的接触点；垫板：钢支撑下端断面较小，增加支撑面积，必要时设混凝土基座或纵向托梁；背板：对于软弱破碎围岩，为阻止各榀支撑间围岩掉块、坍塌，采用在支撑之间加设纵向背板；传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！纵向联系：为保证支撑的纵向稳定性，各榀支撑间应设足够的纵向联系。3.3.3整体式衬砌隧道永久性模筑混凝土衬砌，其厚度、刚度较大，所以相对复合式衬砌称为整体式衬砌。施工时应注意以下几点：(1)模筑混凝土衬砌时，若需拆除临时支撑应慎重进行，以免围岩坍塌失稳。若不必拆除或不能拆除临
18、时支撑，则可将其留在衬砌背后或浇注混凝土中，但原则上只允许钢构件留在混凝土中；(2)衬砌背后空隙较多，尤其在拱部有较多背板未拆除时，对衬砌的受力状态不利。应在衬砌混凝土达到一定强度后进行压浆处理。浆液材料多采用单液水泥浆。(3)整体式衬砌的拆模时间，一般应符合下列要求：a.不承受外荷载的拱、墙，应在混凝土强度达到5.0MPa或拆模时混凝土表面和棱角不致被损坏，并能承受自重时方可拆模。b.承受围岩压力较大的拱、墙，应在封口混凝土强度达到设计强度的100%时方可拆模。c.承受围岩压力较小的拱、墙，应在封口混凝土强度达到设计强度的70%时方可拆模。3.3.4量测隧道设计规范中对复合式衬砌明确规定了“
19、相对收敛速度小于0.070.15mm/d，当初期支护施作后围岩变形基本稳定为达到最大变形量80%90%方可进行二次衬砌。”8而对整体式衬砌临时支护的隧道无任何要求说明。但支护时间、支护刚度是保证围岩支护稳定性的关键，而合理的支护时间、支护刚度是根据围岩应力大小、分布及变形情况来确定，这些只能通过现场量测来获得。在整体式衬砌隧道中，发现异常及时增加支护刚度，改变施工方案很重要，尤其是浅埋、地质不良的隧道。许多整体式衬砌隧道出现塌方、冒顶的原因，与没有进行量测有很大关系。34 总结4.1理论基础传统矿山法的理论基础为20年代提出的“松弛荷载理论”，其核心内容是:稳定的围岩有自稳能力，不产生荷载；不
20、稳定的岩体则可能可能坍塌，需要用支护结构予以支撑。作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。它类似于地面工程考虑问题的思路。代表人物有泰沙基、普氏等。新奥法的理论基础为50年代提出的“岩承理论”， 其核心内容是：围岩稳定是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。代表人物有腊布希维兹、米勒、卡斯特奈等。传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！前一种理论更注意结果和对结果的处理，洞室结构设计采用荷载结构模式；后一种理论则更注意过程和对过程的控制，对围岩自承载能力充分利用，
21、将支护结构与围岩视为统一的力学体系。4.2对围岩的认识及洞室支护手段传统矿山法，只将围岩视为被挖去的岩体，新奥法则把围岩视为承载单元，是围岩支护体系的一部分，需尽可能地保护，发挥其自承作用。传统矿山法施工各工序相互联系较密切，干扰较大。应注意统一组织和协调，处理好开挖与开挖、开挖与支撑、支撑与衬砌、开挖与衬砌之间的相互关系。若围岩较稳定或支撑条件较好，应尽量将各工序沿隧道纵向展开，以减少相互干扰，保证施工安全和施工进度。新奥法所依赖的是喷锚支护技术。与传统的钢木构件支撑技术相比，不仅是手段的不同，更重要是工程概念的不同，是人们对隧道、地下工程问题的进一步认识和理解。4.3发展与展望传统矿山施工
22、法所采用的钢木构件支撑类似地上的“荷载结构”力学体系。作为一种维持坑道稳定的措施，是很直观和奏效的，也易于理解和掌握。这种方法在不便于采用锚喷支护的隧道中，或处理塌方等应用较多。但衬砌的设计和实际工作状态难以一致，临时支撑也存在很多缺陷，限制了这种方法的发展和应用。在一些文献中强调新奥法是一种“概念”、“哲学”、“原则”或“途径”，而不是一种固定不变的具体施工方法或技术。新奥法概念的内涵,米勒（1980年）曾归纳为22条，有的文献归结为10条4，也有的归结为7条5，但基本中心思想是调动和发挥围岩的自承能力。从这样一个原则出发，可以根据隧道工程具体条件灵活地选择开挖方法、爆破技术、支护形式、支护
23、施作时机和辅助工法。至于对围岩变形的控制，根据不同情况，有时应强调释放，有时应强调限制。其目的都是为了保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力。新奥法的应用和发展导致隧道及地下洞室工程理论进入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论施工方法结构体系的一致。运用新奥法原则可以将一般用于山岭隧道的矿山法的应用范围拓展到在软弱围岩，甚至于在第四系地层中的浅埋市政隧道以取代传统的明挖法或盾构法。在中国，这种方法称之为“浅埋矿山法”。中国工程师从欧洲引进了新奥法，并且结合中国的情况对新奥法及其相关技术，诸如支扩手段，量测和监控技术等作了进一步的开发。作为新奥法的一项
24、重要背景技术的喷混凝土在中国已经被广泛使用。同国际上的情况一样，为了解决长期以来困扰着人们的粉尘污染环境，回弹严重以及混凝土品质的不均匀性等问题，正在大力推行湿喷工艺。最近由铁道科学研究院西南分院开发了一种传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！“转子活塞”型的新型喷射机，这种机型采用湿喷工艺，即往机器中加入按配合比制备好的成品混凝土拌和料，但物料输送又区别于一般的泵送式湿喷机，采用稀薄流输送方式。因此机器结构紧凑，使用方便。目前已在国内推广6。当前新奥法在实际工程应用中还存在一些问题：光面爆破技术未得到较好应用、锚杆作用未得到充分发挥、喷射混凝土施工质量不高、施工机具不配套、监
25、测不及时甚至不监测等问题5。目前我国隧道施工水平还不能完全机械化，要求每座隧道按照新奥法施工是不现实的。可在大型隧道中充分挖掘围岩潜力，采用新奥法施工，在中小型隧道中采用喷锚支护、减薄型衬砌，最大限度应用新奥法的思想。参考文献:1 于书翰、杜谟远主编.隧道施工.人民交通出版社2 公路隧道施工技术规范（JTJ04294）3 王群选.锚喷支护、新奥法推广应用中的几个问题.地下工程2000年11月4 杨哲峰、高勇.地下隧道新奥法施工综述.水利规划与设计 2003年第四期5 陈建平、朱首军.新奥法的实质与存在的问题.河港工程2002年第一期6 王建宇.隧道工程的技术进步7 锚杆喷射混凝土支护技术规范（
26、GBJ8685）8 新奥法设计施工指南（草案）9 藏丹、张兴彦.推广新奥法之我见 铁道勘测与设计 1996年第三期The comparison of two kinds of common subterranean tunnels construction methordsWang Bo，Chen Xi(Engineering Institute of Engineering Corps, PLA Univ. of Sci. & Tech. , Jiangsu Nanjing 210007，China)Abstract : Introduce two kinds of methords of
27、common subterranean tunnels construction: New Austrian Tunnelling method and traditional subterranean tunnels construction methord. Compare with the two methords. Simply discuss the developing trends of them. Key words: NATM subterranean tunnel tunneling engineering in-field monitoring传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！本人邮编/通讯地址：南京海福巷1号研究生4队电话/电子邮箱：02580821697 作者简介: 王波（1980.10） 男 硕士 从事岩土工程专业方面的研究