新奥法的基本概念.ppt
第四章 新奥法与锚喷支护,陈有亮上海理工大学,目录,4.1 新奥法简介4.2 锚喷支护简介4.3 隧道围岩应力分析,4.1 新奥法简介,一、名称由来与产生的背景二、新奥法的主要内容三、新奥法的适用条件及要求四、新奥法的优点五、新奥法的主要原则,一、名称由来与产生的背景,1963年，由奥地利学者L.V.Rabcewiez 教授命名的“新奥地利隧道施工法（New Astrian Tunnelling Method）”，简称“新奥法（NATM）”正式出台。,一、名称由来与产生的背景,产生背景：1.锚杆支护在20世纪初出现。2.喷射混凝土机在1940年代末研制成功。3.岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据。,二、新奥法的主要内容,1围岩本身具有“自承”能力，若采用正确的设计施工方法，最大限度地发挥这种能力，即可以使得经济效果达到最佳。2尽可能不扰动周边围岩，开挖之后及时进行一次支护，防止围岩进一步松动，然后视情况进行二次支护。所有的支护都是相当柔性的，能适应围岩的变形。3在施工过程中密切监视围岩的变形、应力等情况，以便及时调整支护措施，控制变形。,二、新奥法的主要内容,新奥法又称为欧洲隧道掘进法或收敛约束法。新奥法目前在设计理论上还不很成熟，一般先采用经验统计类比的方法作预设计，再在施工过程中不断监测围岩的应力、应变情况，按其发展规律来修改设计、调整支护措施。,三、新奥法的适用条件及要求,新奥法的适用范围很广。地表以下的深埋洞室，地应力很大，传统的刚性支护往往会被压坏，采用新奥法的柔性支护即可以获得成功。对于浅埋洞室，覆土厚度甚至不足一倍洞径的条件下，新奥法也会产生很好的支护效果。最有利的是中等埋深洞室，地应力不很大，围岩块体之间又能互相咬合，容易发挥围岩的自承作用。不同形状、不同大小的洞室均能采用新奥法。当然，在洞室跨度较大的情况下对围岩条件有一定限制。,三、新奥法的适用条件及要求,新奥法要求勘测、设计、施工、控制各环节密切配合，不断根据现场情况，调整施工方法及支护措施，时效性很强。因此，对各环节人员的专业素质要求比较高，要能够及时正确地处理各种问题。新奥法要求尽可能地发挥围岩的自承作用。因此，要尽量减轻对周边围岩的破坏扰动。开挖洞室（尤其在围岩条件较差）时，一定要采用控制爆破。,四、新奥法的优点,(1)经济、快速。(2)安全、适应性强。由于开挖之后及时做好柔性支护,可防止岩体较大的松弛破坏,因而保证了安全。在一次支护之后，不断进行现场监测，一旦发现变形过大过快或其它不良征兆，可以及时加固支护。因此，即使地质条件较差，也能保证安全。,四、新奥法的优点,(3)可有效控制地表沉降量。新奥法减少了对地层的扰动，并及时做好一次支护。这一优点对城市地下工程尤为重要。(4)施工有较大的灵活性。依照地质条件的变化，能够及时修改支护设计。(5)可有效保证防水层的防水效果。这一优点在地下粮库等防水要求高的地下建筑工程中效果非常明显。用过去的老方法，防水层做在凹凸不平的开挖面上，防水效果较差。使用新奥法，可以把防水层做在比较平整的一次支护面上。,五、新奥法的主要原则,1.承载体系：支护结构+围岩 2.尽量保持围岩原有的结构和强度，防止围岩松动和破坏。宜采用控制爆破或全断面掘进等开挖方法。3.尽可能做到适时支护。支护过早或过迟均会产生不利影响。4.尽可能采用薄、柔、而又与围岩密贴的支护，支护施工应及时快速。5.洞室尽可能为圆形的，或由光滑曲线连接而形成的断面，以避免应力集中。6.良好的施工组织和施工人员的良好素质对洞室结构施工的安全、经济非常重要。,4.2 锚喷支护简介,一、锚喷支护的定义二、锚喷支护的优点三、锚喷支护的适用条件及要求四、新奥法与锚喷支护,一、锚喷支护的定义,锚喷支护是采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固的结构。,二、锚喷支护的优点,1 锚喷支护能大量节省混凝土、木料、劳动力，加快施工进度，工程造价可降低40%-50%，并有利于施工机械化和改善劳动条件等。2 锚喷支护能及时支护和加固围岩，与围岩密贴，封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效利用岩块间的镶嵌、咬合和自锁作用，从而提高岩体的强度、自承能力和整体性。,二、锚喷支护的优点,3 由于锚喷支护结构柔性好，它能与围岩变形一致，从而与之构成一个共同工作的承载体系。在变形过程中，它能调整围岩应力，抑制围岩变形的发展，避免岩体坍塌的产生，防止过大的松散压力出现。,三、锚喷支护的适用条件及要求,锚喷支护应配合光面爆破等控制爆破技术，减少回弹量，减轻爆破对围岩的松动破坏，维持围岩强度和自承能力。在围岩自立能力差，有涌水及大面积淋水处、地层松软处锚喷支护就很难实现。,四、新奥法与锚喷支护,新奥法与锚喷支护既有密切联系又有原则区别。正是由于有了锚喷支护这一快速有效的支护施工手段，才有可能使新奥法的基本原则得以实现。反之，若不按照新奥法的要求适时进行锚喷支护，不把围岩看成自承结构，不发挥围岩的自承作用，即使大量采用锚喷结构，也不能认为是应用了新奥法。,4.3 隧道围岩应力分析,一、洞室开挖过程的应力状态二、围岩初始应力场计算,一、洞室开挖过程的应力状态,洞室开挖后的应力状态(一)三种应力状态 1.初始应力状态（原岩）2.二次应力状态（开挖后）3.三次应力状态（支护后）(二)基本假定 1.视围岩为均质的、各向同性的连续介质 2.只考虑自重应力场 3.隧道形状以规则的圆形为主 4.无限体中的孔洞问题,二、围岩初始应力场计算,初始应力的大小受上覆地层自重、地壳运动的构造应力以及地下水活动等因素的影响。为研究方便，仅考虑上覆地层自重所形成的初始应力。距地表H深度处取一单元体，其垂直方向和水平方向所受初始应力分别为,围岩稳定性判据,1.岩体强度判据 洞室周边围岩应力岩体强度极限 1）脆岩：二次 强度极限 2）软岩：二次 屈服极限 2.围岩变形判据（采用）uu,喷射混凝土,喷射混凝土是用喷射机把渗有速凝剂的粗细骨料混凝土以适当的压力，高速喷射到隧道岩壁表面凝结而成的混凝土。(一)喷射混凝土的特点 1.充填裂隙加固围岩 2.封闭围岩壁面防止风化 3.喷射混凝土与围岩组成共同承载体系,喷射混凝土,(二)喷射混凝土的优缺点优点：1.柔性支护 2.支护及时 3.不用模板、拱架 4.施工工艺简单 缺点：回弹量大、止水性弱,喷射混凝土,(三)喷射混凝土的喷射方式 1.干喷 它是将砂、石、水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后以高速喷射到岩面上。,喷射混凝土,2.潮喷 将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥拌合均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。3.湿喷 用湿喷机压送拌合好的混凝土，在喷头处添加液态速凝剂，再喷到岩面上。,(四)喷射凝土的材料及其组成,1.喷射混凝土的材料(1)水泥。喷射混凝土对所采用水泥的基本要求是：掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。采用425号以上的普通硅酸盐水泥。(2)砂子(3)石子(4)速凝剂。一般为水泥质量的24（喷拱部时可用34，喷边墙时可用23）。水泥浆初凝应不大于5min，终凝应不大于10min。,2.喷射混凝土地配合比和水灰比 质量比水泥：中砂或中粗砂：石子，对于隧道边墙采用1:(22.5):(22.5)；对于隧道拱部采用1:2:(1.52.0)较为合适。水灰比一般为0.40.5,(五)喷射混凝土的机械(具)设备,混凝土喷射机、上料机、搅拌机、机械手、混凝土运送搅拌车、混凝土喷射三联机等。,
