公路隧道新奧法設(shè)計(jì)施工原理概述

公路隧道新奧法設(shè)計(jì)施工原理概述科技信息專(zhuān)題論述公路隧道靳奧I=l=L,II,凸計(jì)旋工原理概述青海省果洛公路工程建設(shè)公司周中續(xù)摘要】本文介紹了公路隧道新奧法設(shè)計(jì)施工的理論體系的發(fā)展歷史,基本原理以及其主要支護(hù)體系的工作原理.并簡(jiǎn)要敘述了施工要點(diǎn).關(guān)鍵詞】公路隧道新奧法設(shè)計(jì)施工組合錨桿噴層混凝土施工要點(diǎn)一,隧道設(shè)計(jì)施工的兩大理論及其發(fā)展過(guò)程在隧道及地下洞室工程中,在不同的時(shí)期,人們提出了不同的理論并逐步建立了不同的理論體系,每一種理論體系都包含和解決(或正在研究解決)了從工程認(rèn)識(shí)(概念),力學(xué)原理,工程措施到施工方法(工藝)等一系列工程問(wèn)題.一種理論是二十世紀(jì)2O年代提出的傳統(tǒng)的松弛荷載理論.其核心內(nèi)容是:穩(wěn)定的巖體有自穩(wěn)能力,不產(chǎn)生荷載;不穩(wěn)定的巖體則可能產(chǎn)生坍塌,需要用支護(hù)結(jié)構(gòu)予以支撐.這樣,作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載就是圍巖在一定范圍內(nèi)由于松弛并可能塌落的巖體重力.這是一種傳統(tǒng)的理論,其代表人物有泰沙基和普氏等人.它類(lèi)似于地面工程考慮問(wèn)題的思想,至今仍被廣泛的應(yīng)用著.另一種理論是二十世紀(jì)5O年代提出的現(xiàn)代支護(hù)理論,或稱(chēng)巖承理論.其核心內(nèi)容是:圍巖穩(wěn)定顯然是巖體自身有承載自穩(wěn)能力:不穩(wěn)定圍巖喪失穩(wěn)定是有一個(gè)過(guò)程的,如果在這個(gè)過(guò)程中提供必要的幫助或限制,則圍巖仍然能夠進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài).這種理論體系的代表性人物有拉布西維茲,米勒一菲切爾,芬納一塔羅勃和卡斯特奈等人.這是一種比較現(xiàn)代的理論,它已經(jīng)脫離了地面工程考慮問(wèn)題的思路,而更接近于地下工程實(shí)際,近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)已被廣泛接受和推廣應(yīng)用,并且表現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景.由以上可以看出,前一種理論更注意結(jié)果和對(duì)結(jié)果的處理:而后一種理論則更注意過(guò)程和對(duì)過(guò)程的控制,即對(duì)圍巖自承能力的充分利用.由于有此區(qū)別,因而兩種理論體系在過(guò)程和方法上各自表現(xiàn)出不同的特點(diǎn).新奧法是巖承理論在隧道工程實(shí)踐中的代表方法.二,新奧法設(shè)計(jì)施工原理新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡(jiǎn)稱(chēng),原文是NewAustrianTunnellingMethod,簡(jiǎn)稱(chēng)為NATM.新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于二十世紀(jì)5O年代提出的.它是以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ),將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法,經(jīng)奧地利,瑞典,意大利等國(guó)的許多實(shí)踐和理論研究,于6O年代取得專(zhuān)利權(quán)并正式命名.之后這個(gè)方法在西歐,北歐,美國(guó)和日本等許多地下工程中獲得極為迅速的發(fā)展,已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)的標(biāo)志之一.我國(guó)近40年來(lái),鐵路等部門(mén)通過(guò)科研,設(shè)計(jì),施工三結(jié)合,在許多隧道修建中,根據(jù)自己的特點(diǎn)成功地應(yīng)用了新奧法,取得了較多的經(jīng)驗(yàn),積累了大量的數(shù)據(jù),現(xiàn)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段.近幾年隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展,公路工程中大量使用隧道工程,新奧法設(shè)計(jì)與施工理念得以推廣應(yīng)用,目前新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修建隧道的一種基本方法,技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益是明顯的.(一)新奧法的基本原理應(yīng)用巖體力學(xué)原理,以維護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點(diǎn),將錨桿和噴射混凝土集合在一起作為主要支護(hù)手段,控制圍巖的變形與松弛,使圍巖成為支護(hù)體系的組成部分,形成錨桿,噴射混凝土和隧道圍巖為三位一體的承載結(jié)構(gòu),以共同支承山體壓力.通過(guò)對(duì)圍巖與支護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)量測(cè),及時(shí)反饋圍巖支護(hù)復(fù)合體的力學(xué)動(dòng)態(tài)及其變化狀況,為二次支護(hù)提供合理的架設(shè)時(shí)機(jī);通過(guò)監(jiān)控量測(cè)及時(shí)反饋信息以指導(dǎo)隧道和地下工程的設(shè)計(jì)施工.新奧法的理論建立在巖體力學(xué)特性和巖體變形特性以及莫爾學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上;考慮到隧道掘進(jìn)時(shí)的空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)對(duì)圍巖應(yīng)力與變形的影響;集中體現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)種類(lèi),支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑時(shí)機(jī),巖體壓力,圍巖變形四者的關(guān)系上,貫穿在不斷變更的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中.(二)新奧法的基本要點(diǎn)1.巖體是隧道結(jié)構(gòu)體系中的主要承載單元,在施工中必須充分保護(hù)巖體,盡量減少對(duì)它的擾動(dòng),避免過(guò)度破壞巖體的強(qiáng)度.為此,施工中斷面分塊不宜過(guò)多.開(kāi)挖應(yīng)當(dāng)采用光面爆破,預(yù)裂爆破或機(jī)械掘進(jìn).2.為了充分發(fā)揮巖體的承載能力,應(yīng)允許并控制巖體的變形.一方面允許變形,使圍巖中能形成承載環(huán);另一方面又必須限制它,使巖體不致過(guò)度松弛而喪失或大大降低承載能力.在施工中應(yīng)采用能與圍巖密貼,及時(shí)筑砌又能隨時(shí)加強(qiáng)的柔性支護(hù)結(jié)構(gòu),例如,錨噴支護(hù)等.這樣,就能通過(guò)調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,剛度和它參加工作的時(shí)間(包括閉合時(shí)間)來(lái)控制巖體的變形.376.3.為了改善支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能,施工中應(yīng)盡快閉合,而成為封閉的筒形結(jié)構(gòu).另外,隧道斷面形狀應(yīng)盡可能圓順,以避免拐角處的應(yīng)力集中.4.通過(guò)施工中對(duì)圍巖和支護(hù)的動(dòng)態(tài)觀察,量測(cè),合理安排施工程序,進(jìn)行設(shè)計(jì)變更及日常的施工管理.5.為了敷設(shè)防水層,或?yàn)榱顺惺苡捎阱^桿銹蝕,圍巖性質(zhì)惡化,流變,膨脹所引起的后續(xù)荷載,可采用復(fù)合式襯砌.6.二次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑的,圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體,因而提高了支護(hù)體系的安全度.上述新奧法的基本要點(diǎn)可扼要的概括為:少擾動(dòng),早噴錨,勤量測(cè),緊封閉.(三)新奧法組合錨桿的力學(xué)作用(1)懸吊作用認(rèn)為錨桿的作用就是將不穩(wěn)定的巖層懸吊在堅(jiān)固巖層上,以阻止圍巖移動(dòng)滑落.(2)減跨作用在隧道頂板巖層中打人錨桿,相當(dāng)于在頂板上增加了支點(diǎn),使隧道跨度減小,從而使頂板巖體的應(yīng)力減小,起到維護(hù)隧道的作用.(3)組合梁作用在層狀巖體中打人錨桿,把若干薄層巖層錨固在一起,類(lèi)似于將疊置的板梁組成組合梁,從而提高了頂板巖層的自支承能力,起到維護(hù)隧道的作用.(4)擠壓加固作用錨桿群錨入圍巖后,隨著圍巖的變形其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮區(qū),各個(gè)錨桿形成的壓應(yīng)力圓錐體將相互交錯(cuò)并形成一個(gè)均勻的壓縮帶,即承壓拱,這個(gè)承壓拱可以承受其上部破碎巖石施加的徑向荷載.(四)噴層混凝土的力學(xué)理論(1)護(hù)加固圍巖,提高圍巖強(qiáng)度隧道開(kāi)挖后,立即噴射混凝土,及時(shí)封閉圍巖暴露面,由于噴層與巖壁密貼,故能有效地隔絕水和空氣,防止圍巖因潮解風(fēng)化產(chǎn)生剝落或膨脹,避免裂隙中充填物流失,防止圍巖強(qiáng)度降低.此外,高壓高速?lài)娚浠炷習(xí)r,可使一部分混凝土漿液滲入張開(kāi)的裂隙或節(jié)理中,起膠結(jié)和加固作用,提高圍巖強(qiáng)度.(2)善圍巖和支護(hù)的受力狀態(tài)含有速凝劑的混凝土噴射液,可在噴射后2lOmin內(nèi)凝固,及時(shí)向圍巖提供支護(hù)抗力(徑向力),使圍巖表層巖體由未支護(hù)時(shí)的二向受力狀態(tài)變?yōu)槿蚴芰顟B(tài),提高了圍巖強(qiáng)度.噴層是一種柔性支架,它允許圍巖尋求新的平衡所產(chǎn)生的有限位移,并可發(fā)揮自身對(duì)變形的調(diào)節(jié)作用,逐漸與圍巖變形協(xié)調(diào),從而改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài),降低圍巖應(yīng)力,充分發(fā)揮圍巖的自承能力.噴射混凝土能使混凝土與圍巖緊密均勻接觸,并可通過(guò)調(diào)整噴層厚度,調(diào)整圍巖變形,使應(yīng)力均勻分布,避免應(yīng)力集中.有關(guān)實(shí)驗(yàn)證明,分層噴射比一次噴射不同厚度混凝土的承載能力高.三,新奧法施工要點(diǎn)1.開(kāi)挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破,并盡量采用大斷面或較大斷面開(kāi)挖,以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng);2.道開(kāi)挖后,盡量利用圍巖的自承能力,充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用;3.據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類(lèi)型和參數(shù),及時(shí)施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護(hù),以控制圍巖的變形和松弛;4欺弱破碎圍巖地段,使斷面及早閉合,以有效地發(fā)揮支護(hù)體系的作用,保證隧道穩(wěn)定;5.次襯砌原則上是在圍巖與初期支護(hù)變形基