新奥法施工原理及方法

新奥法 NewAustrianTunnellingMethod NATM 计划合同部 Darklettersagainstalightbackground 一 新奥法的概念 新奥法的概念 根据弹塑性理论 以岩石力学为基础提出支护结构的支护参数 开挖后及时采用柔性支护 在尽量控制围岩变形 积极发挥围岩自承能力的同时 依靠现场量测来指导隧道的设计和施工 新奥法与传统矿山法的区别 传统矿山法把围岩看做荷载的来源 其围岩压力全部由支护结构承担 围岩被视作松散结构 无自承能力 采用大量的钢木支撑 采用刚度较大的单层衬砌 而新奥法完全相反 它把支护结构和围岩本身看做一个整体 二者共同作用达到稳定洞室的目的 新奥法摒弃了采用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论 可以节省大量材料 改善施工条件 降低工程造价 同时也为大型机械化施工提供了条件 新奥法的优点 Darklettersagainstalightbackground 二 新奥法基本原理 1 围岩岩体是隧道承载的主要部分 2 用较小的支护阻力设计支护结构 3 采用薄层柔性支护 控制围岩的初始变形 4 通过控制薄层柔性支护的时间来适应围岩的特性 5 采用监控测量来检验设计并指导施工 新奥法的基本原理 量测控制曲线 1 如果位移时态曲线趋于平稳 说明位移速率不断下降 这是稳定的标志 2 当位移 时间曲线出现反弯点 也即位移出现反常的急剧增长现象时 表明围岩和支护已呈不稳定状态或危险状态 应加密监视 并适当加强支护 必要时应立即停止开挖并进行施工处理 Darklettersagainstalightbackground 三 新奥法的施工原则 新奥法施工的基本原则 少扰动早喷锚勤量测紧封闭 Darklettersagainstalightbackground 四 新奥法的施工程序 一 开挖施工方法 1 全断面法2 台阶法3 分部开挖法 按照隧道设计轮廓线一次爆破成型1 适应条件 级围岩 大型施工机具 钻孔台车 模板台车等 经济性考虑 中长隧道 全断面法 工序少 管理方便 进度快 各工序流水作业 能应用大型机械设备爆破效果好 对围岩扰动少 爆破1次 要求地质条件较好 2 施工特点 1 特点将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖 随着台阶长度的调整 它几乎可以用于所有的地层 因而是在现场使用的主导方法 2 种类长台阶法短台阶法超短台阶法 台阶法 1 初期支护闭合环的时间要求围岩越差 闭合时间要求越短 台阶必须缩短 2 施工机械施工场地需求大小原则 希望初期支护尽快闭合 围岩不好时 应以条件 为主 围岩较好时 应以条件 为主 3 选择台阶长度的条件 长台阶法台阶长度L 5B B为洞室的宽度 甚至可以上台阶先贯通 即为 半断面法 特点 进度快 仅次于全断面法 适用于 级围岩 4 施工工序 台阶缩短 1 1 5 B L 5B 特点 支护闭合时间加快 围岩稳定性增加 台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰 适用于 级围岩 2 短台阶法 上台阶长度仅为3 5m 特点 更有利于控制围岩变形 但上下台阶相隔太近 施工干扰大 适用于 软弱破碎围岩 级围岩 超短台阶法 1 环形开挖留核心土法特点 留核心土支顶工作面 稳定性优于超短台阶法 进度慢 适用于土质或易坍塌的软弱围岩 小型施工机具 分部开挖法 核心土 工字钢 临时工作平台 特点 洞室开挖跨度减小 有利于围岩稳定 导坑要闭合 增加了材料用量 进度慢 适用于 断面跨度大 对地表沉陷有控制要求的软弱地质 2 单侧壁导坑法 特点 双导坑 使洞室最大开挖跨度更小 稳定性增加 耗材增加 进度慢 适用于 对地表沉陷要求更高 或跨度更大的隧道 3 双侧壁导坑法 眼镜工法 双侧壁导坑施工 二 开挖方法 光面爆破预裂爆破 光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体 然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包 将光爆层炸除 形成一个平整的开挖面 是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法 达到爆后壁面平整规则 轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术 光面爆破的定义 光面爆破工艺流程图 掏槽眼 在工作面上首先爆破以造成第二个自由面的炮眼 辅助眼周边眼 为控制掘进断面周边而钻凿的炮眼 光面爆破的分区起爆顺序为 掏槽眼 辅助眼 周边眼预裂爆破 预裂爆破实质上是光面爆破的一种 其爆破原理与光面爆破相同 只是分区起爆顺序不同 预裂爆破的分区起爆顺序为 周边眼 掏槽眼 辅助眼 产生超挖的原因围岩层理与节理 测量放样误差 炮眼开挖位置的准确性 爆破方法与爆破参数 控制超挖的主要措施有 根据地质条件选择合适的爆破方法和钻爆参数 光面爆破应使用低密度 低爆速 低猛度 高爆力的炸药 测量放样要正确 加强钻孔技术管理 提高钻孔精度 建立健全开挖 测量 爆破质量管理检查制度 超挖 三 出渣 侧卸式装载机 挖掘机 自卸车 出渣是隧道作业的基本作业之一 出渣作业能力的强弱 决定了它在整个作业循环中所占时间的长短 一般在40 60 因此 出渣运输作业能力的强弱在很大程度上影响施工速度 在选择出渣方式时 应对隧道或开挖坑道断面的大小 围岩的地质条件 一次开挖量 机械配套能力 经济性及工期要求等相关因素综合考虑 四 初期支护 1 锚杆2 喷射混凝土3 拱架4 网片 1 悬吊效应 2 组合梁效应 3 加固效应 1 锚杆的支护效应 锚杆的种类 1 早强砂浆锚杆2 中空注浆锚杆3 自钻式中空锚杆 2 喷射混凝土的工作原理 喷层和围岩组成一个共同作用的整体 承受围岩压力 衬砌厚度可大幅减小 同时喷射混凝土的细小颗粒将岩层缝隙填充粘结 使围岩的整体性提高 阻止了围岩向坑道的变形 围岩压力也大为减小 封闭围岩防止风化 避免坍方落石 所以喷射混凝土的作用的实质是通过对围岩的改造 达到围岩稳定的目的 是一种积极地支护模式 喷射混凝土用材料 1 水泥2 砂石3 速凝剂速凝剂的作用使喷射混凝土速凝快硬 防止喷层因重力作用而塌落 有固态和液态两种 3 喷射混凝土施工 喷射混凝土施工工艺 1 干喷2 湿喷 干喷 湿喷 先将水泥 砂 石按一定比例 通常为1 2 2 和速凝剂干拌均匀后装入专用的喷射机 在压缩空气推动下 将干拌料沿料管连续地输送至喷枪 再在喷枪的后部与从水管经水环射出的高压水混合 然后高速