西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）白小春

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

学 生 姓 名： 白 小 春 学 号： 0 8 3 0 0 7 2 5 专 业 班 级： 铁道工程技术 指 导 教 师： 王 军 龙

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

摘 要

新奥法是地下工程设计和施工中涌现出来的一种新技术.自七十年代后期传入我国后,很快就在水电、铁道、冶金、煤炭等部门推广应用.本文较为全面地介绍了新奥法施工特点和要点.

简要叙述了新奥法起源、特点、理论及施工要点，支护手段与施工顺序以及新奥法的现场测量，最后指出了新奥法施工的缺点，并对新奥法施工作了简要的展望，从而推广新奥法在隧道设计施工中的应用。

从阐述新奥法施工的核心入手 ,论述了公路隧道施工监控的必要性 ,结合广东、福建等地高速公路隧道工程实际 ,分析了公路隧道施工监控在监测项目、监测方法、监测手段等方面存在的主要问题。提出规范公路隧道施工监控市场 ,制订施工监控规范 ,明确施工监控中各方的责、权、利 ,开发公路隧道信息化施工管理系统 ,是今后的发展方向。

关键词：新奥法

- I -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

目 录

摘 要 ..................................................................................................................................... I 1.1概述 ...................................................................................................................................... 1 1.2 施工方法分类 ..................................................................................................................... 2 1.3 岩石地层的新奥法施工 ..................................................................................................... 3 1.3.1 光面爆破与预裂爆破 ...................................................................................................... 3 1.3.2 爆破振动速度要求 .......................................................................................................... 4 1.3.3 初期支护 .......................................................................................................................... 5 1.4 松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法) .............................................................................. 6 1.4.1概述 ................................................................................................................................... 6 1.4.2 浅埋暗挖法的施工技术 .................................................................................................. 6 1.4.2.1.施工的基本原则 ............................................................................................................ 6 1.4.2.2 地层预加固和预支护技术 ......................................................... 错误！未定义书签。 1.4.2.3 区间隧道土方开挖 ..................................................................................................... 10 1.4.2.4 浅埋暗挖法的初期支护 ............................................................................................. 12 1.4.2.5 浅埋暗挖法的二次衬砌 ............................................................................................. 19

新狮子岩隧道测量工作简介 .................................................................................................. 21

- II -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

1.1概述

传统的矿山法施工，为地下铁道暗挖施工技术奠定了基础。到本世纪60年代，由于喷射混凝土和锚杆技术的出现，创造了新奥地利施工法(New Austria Tunnelling Method)，简称新奥法(NATM)。新奥法的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用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的量测+监控来指导地下工程的设计与施工，其施工程序见图1-1

施工准备 （修改施工方确定施工方法 （改变开挖步骤、顺开挖 （修改支护参现场监控测量 初期支护 是否符合 管理设计标防水隔离层 二次衬砌 防水设施 锚喷支护 结束

新奥法的基本要点是：

图1-1 新奥法施工程

- 1 -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

(1) 隧道的承载部分主要是围岩；

(2) 尽可能不破坏作为承载要素的围岩强度； (3) 极力防止围岩松动；

(4) 避免围岩处于单轴及两轴受力状态； (5) 对围岩的变形加以控制；

(6) 适时进行衬砌；

(7) 衬砌要薄以防止产生弯矩；

(8) 用钢筋网、锚杆加强衬砌而不要增加厚度； (9) 依据围岩变形量测来决定衬砌方法和时间； (10) 隧道可视为支护及岩石承载环所组成的厚壁管； (11) 衬砌不能有缺口，以保证圆环作用； (12) 全断面开挖比分部开挖有利； (13) 施工方法对结构安全起决定作用； (14) 圆化衬砌棱角，以避免应力集中； (15) 如为复合式衬砌，内层衬砌也要薄；

(16) 初期支护要满足稳定需要，二次衬砌仅作为安全储备； (17) 测定衬砌应力及围岩的变位，才能正确的进行设计和施工； (18) 要用排水的方法降低岩体中水的渗透压力。

1.2 施工方法分类

施工方法根据断面分块情况和开挖顺序分类如下：

(1) 全断面法

常用在Ⅰ～Ⅱ类硬岩中，利于组织大型机械化作业，提高施工速度，可采用深孔爆破。

(2) 台阶法

① 长台阶法 一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨，施工中上下部可配属同类型较大型机械平行作业或交替作业。在短隧道或Ⅰ～Ⅱ类硬岩长隧道可一次将上半断面挖通后，再挖下半断面，施工干扰少，机械配套，测量较简单，可进行单项作业。

② 短台阶法 上台阶长度小于5倍洞跨，但大于1～1.5倍洞跨，适用于Ⅳ～Ⅴ类围岩，可缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但上台阶施工干扰较大。

- 2 -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

③ 超短台阶法 上台阶仅超前3m～5m，断面闭合较快。此法多用于机械化程度不高的各类围岩地段，当遇软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助施工措施稳定开挖工作面以保证施工安全。

(3) 分部开挖法

① 台阶分部开挖法(环形开挖留核心法)适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。核心土支挡开挖工作面，利于及时施作拱部初期支护，增强开挖工作面稳定。在拱保护下开挖核心土，安全性好，一般环形开挖进尺为0.5m～1.0m左右，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖。上下台阶距离在洞跨10m左右时取一倍洞跨，洞跨为5m左右时可取2倍洞跨；

② 单侧壁导坑法 适合于围岩较差、跨度大、地表沉陷难于控制时。此法单侧壁导坑超前，中部和另一侧断面采用正台阶法施工，故兼有正台阶法和双侧导坑法的优点，且洞跨可随机械设备和施工条件决定；

③ 双侧壁导坑法 适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩条件特别差时配合辅助施工方法安全可靠，但是速度慢、造价高。

采用台阶法施工时，下半断面的落底和封闭应在上部断面初期支护基本稳定后进行。

新奥法施工应根据地质和施工机具条件，尽量采用对围岩扰动少的开挖支护方法。

1.3 岩石地层的新奥法施工

岩石地层当采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破和预裂爆破技术，尽量减少欠挖和超挖。

1.3.1 光面爆破与预裂爆破

根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，严格控制周边眼的装药量和装药结构，采用小直径药卷和低爆速炸药，采用毫秒微差有序起爆，爆破参数可采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，无条件试验时，可参考表1.1，1.2选用。

表1.1 光面爆破参数

饱和单轴抗

岩石 种类

压 极限强度 Rb (MPa)

装 药 不偶合系

数K

周边眼 间 距 E (cm)

周边眼最小 抵抗线 W (cm)

相对距 E/W

周边眼装药 集中度 q (kg/m)

- 3 -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

硬 岩 中硬岩 软 岩

>60 >30～60 ≤30

1.25～1.50 1.50～2.00 2.00～2.50

55～70 45～60 30～50

70～85 60～75 40～60

0.8～1.0 0.8～1.0 0.5～0.8

0.30～0.35 0.20～0.30 0.07～0.15

表1.2 预裂爆破参数

饱和单轴抗

岩石种类 硬 岩 中硬岩 软 岩*

压极限强度 Rb (MPa) >60 >30～60 ≤30

装药不偶合系数K 1.2～1.3 1.3～1.4 1.4～2.0

周边眼间距 E (cm) 40～50 40～45 30～40

周边眼至 内圈崩落眼 间距(cm)

40 40 30

周边眼装药集中度 q (kg/m) 0.35～0.40 0.25～0.35 0.09～0.19

*软岩隧道的爆破相对距离宜取较小值

1.3.2 爆破振动速度要求

若采用光面爆破，爆破振动速度应小于下列数值：硬岩15cm/s、中硬岩10cm/s、软岩5cm/s。隧道上方有建筑物时，爆破振动对建筑物的破坏左右，取决于爆破地震波到达建筑物时的强度，爆破振动地震波的传播方向与建筑物相对位置，爆破地震波延续时间，建筑物的类型、形状、高度、破损程度，爆破振动频率与建筑物固有频率之间的关系等等。虽然评价爆破振动对建筑物的破坏作用是一项及其复杂的工作，但是人们通过一系列爆破对建筑物破坏影响的调查研究，仍然提出了相应的破坏判据，见表1.3，1.4。

表1.3 建筑物破坏和震动速度的关系

震 级 1 2 3 4 5 6 无损坏

简易房屋 轻微损坏 简易房屋 一般房屋轻微损坏

简易房屋破坏，一般房屋损坏，砂浆地面出现裂缝 建筑物破坏和严重破坏 建筑物严重破坏 一般建筑物

震动速度 （cm/s） <2.5 2.5～5.0 5.0～10.0 10.0～25.0 10.0～50.0

>50 - 4 -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

表1.4 建筑物允许震动速度值

建筑物 抗震级别

1 2 3 4 5

建筑物特性

设计烈度7度及以上的工业建筑

一般工业建筑，基础好，质量好的砖墙瓦顶民房 基础土质好，一般的砖瓦房，有主要设备的厂房

基础土质差，一般的砖瓦房，陈旧的砖墙瓦顶房屋，木骨架瓦房，质量好的土坯瓦顶房

具有历史价值的建筑物。砾石墙民房，土坯墙民房，民居窑洞，安装有精密设备的实验室

震动速度 （cm/s） 5～7 3～5 1.5～3.0 0.8～1.5 0.4～0.8

为了减少爆破对环境的影响，国外发明了岩石隧道全断面掘进机，使隧道掘进速度加快，效率提高，大大减轻劳动强度，有的月进度达到1Km以上。此外，采用隧道掘进机还有施工安全、开挖面平整、超挖小、节约衬砌混凝土、没有爆破振动、对围岩振动破坏小等优点。但在较短的隧道中使用是不经济的，一般要求隧道长度/直径>600时才适用。隧道掘进机对有溶洞、断层的地层适应能力差，因此在选用前应对工程地质进行详细调查。

对于较软的岩石也可使用机械预切槽法及水利切割法等工艺。

1.3.3 初期支护

围岩开挖后应立即进行必要的支护，并使围岩与支护尽量密贴，以稳定围岩。围岩条件比较好时，可简单支护或不支护。采用喷射混凝土、锚杆作为初期支护时的施工顺序，一般为先喷射混凝土后打锚杆；围岩条件恶劣时，则采用初喷混凝土→架钢支撑→打锚杆→二次喷射混凝土。锚杆杆位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求，锚杆杆体露出岩面的长度不宜大于喷混凝土层厚度，锚杆施工质量应符合有关规范要求。

对有水地段的锚杆施工经常采取以下措施：如遇孔内流水，可在附近另钻一孔，再设锚杆，亦可采用管缝锚杆；或采用速凝早强药包锚杆；或采用管形锚杆并向围岩压力注浆等。

- 5 -

西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）

1.4 松散地层的新奥法施工(浅埋暗挖法) 1.4.1概述

近年来,采用浅埋暗挖法施工的地下铁道工程已越来越多,它的优越性也越来越明显，目它已经成为城市地下铁道施工采用的主要方法之一。

浅埋暗挖法是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的。城市浅埋地下工程的特点主要是：覆土浅、地质条件差(多数是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等)自稳能力差、承载力小、变形快，特别是初期增长快，稍有不慎极易产生坍塌或过大的下沉，而且在隧道附近往往有重要的地面建筑物或地下管网，给施工带来严格的要求等。

与其他施工方法相比，浅埋暗挖的法具有许多特点。 ① 适用于各种地质条件和地下水条件；

② 具有适合各种断面形式(单线、双线及多线、车站等)和变化断面(过渡段、多层断面等)的高度灵活性；

③ 通过分部开挖和辅助施工方法，可以有效地控制地表下沉和坍塌； ④ 与盾构法相比较，在较短的开挖地段使用，也很经济；

⑤ 与明挖法相比较，可以极大地减轻对地面交通的干扰和对商业活动的影响，避免大量的拆迁；

⑥ 从综合效益观点出发，是比较经济的一种施工方法。

有关深浅埋的分界问题，一直是工程界所关注的问题。对深浅埋隧道的认识，有许多不同的观点，根据国内外近50个试验段的试验资料和工程实例，将覆土厚度(H)和隧道开挖宽度(B)的比值等于或大于2.0，作为深浅埋分界深度是合适的。

目前，在浅埋的概念中，由于施工方法选择的需要，根据工程特点，又将浅埋分为浅埋和超浅埋2种。一般说来，上层覆土发生整体下沉的可能时，就属于超浅埋。或当覆土厚度与隧道开挖宽度之比值小于0.4，也可为属于超浅埋。

1.4.2 浅埋暗挖法的施工技术 1.4.2.1.施工的基本原则

根据国内外的工程实践，浅埋暗挖法的施工应贯彻如下原则：

- 6 -

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q3a3.html