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1、第一章：新奥法施工技术原理 新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method，简写为 NATM。新奥地利法是奥地利学者拉布西兹（L。V。Rabcewicz）教授提出来的，其原理主 应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要手 段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对 围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。洞室开挖后所产生的围岩压力是由岩体与支护结构共同承担的，而且从某种意义上来说，岩 体承担了围岩压力的主要部分，新奥法运用共同作用的理论作为
2、隧道建设的指导思想，合理 地利用了岩体作为支护结构的一部分，摒弃了过去将岩体作为支护结构的荷载和采用厚衬砌 的传统方法，因此这一点可以说是新奥法的精髓。岩体的失稳是由于洞室的开挖，产生了围岩应力，调整和加剧了结构面对岩体的切割，促使 洞周围的岩体松动而引起的，因此，早期加固是避免岩体松动，防止岩体进一步风化，保持 岩体稳定的有效手段。围岩压力与岩体位移关系图从理论上分析，围岩压力应是塑性形变压力和塑性松动压力的组合，其径向位移的变化曲线 如图所示，根据图示的曲线特征即可分析支护刚度、支护时间对围岩压力的影响，塑性圈半 径的大小从其变化特性而言与径向位移和时间成正比关系，应力调整过程中随着时间的
3、增长 其径向位移将不断产生，而径向位移的增长又促进塑性圈的继续扩大，直至达到岩体新的应 力平衡，因此，可以说在围岩的二次应力调整过程中，时间、岩体径向位移、塑性圈半径等 三者之间的作用是相互联系的。新奥法建议断面及支护形式新奥法中建议采用图所示的隧道截面形式，支护结构为一闭合环，支护结构采用的基本形式 是金属网、锚杆和喷射砼，通常被称为喷锚结构，采用这种支护形式的目的是消除传统支护 与岩体不能紧密地贴在一起，使支护与岩体形成一个整体的弊端，此外，这喷射砼的厚度一 般为15cm左右，在上金属网形成柔性支护，能够使支护与岩体产生一定量的位移，但仍能 使岩体保持洞室的稳定，如果，围岩二次应力比较大，
4、则可采用加大喷射混凝土厚度和缩短 各锚杆之间的距离等手段，甚至在洞内加设钢拱肋的方法，以确保洞室的稳定，在新奥法施 工中，要求尽量用全断面开挖，以减少分级开挖而引起的多次扰动。在施工中加强施工现场的监测，并以现场监测所得的数据作为反馈信息，进行补充设计， 新奥法要求在整个施工过程中进行全面的现场监测，监测的主要内容通常是洞室内壁的位移 收敛、支护与围岩交接处的压力，锚杆所受的应力及洞室周围岩体的各点位移等，将监测所 得的数据制出相应的曲线（如收敛位移与时间的曲线），经长期累积后，即可分析岩体的稳 定性，发生问题及时进行补充设计，保持洞室岩体的稳定。新奥法能较好地利用岩体的力学性质，充分发挥岩体
5、的自身的承载能力，合理地设计支护结 构，从而确保隧道施工的安全性及使用的长期性，能够更完善、更经济地进行隧道建设。 第二章：隧道施工准备隧道施工组织安排一般独立进行，为了对工期、工程费用、施工方法及安全生产等做出计划， 隧道施工前应深入工地做好调查研究，为施工提供基础资料，全面细致分析各种自然条件、 社会条件、内在因素等，从量化角度详细分析，以最优化方案做好施工组织设计。2. 1工程概况：2. 1. 11 了解自然条件。依据设计图纸的相关内容，深入调查隧道所处路段的地形、地貌； 气候特征；水文条件。尽可能查明隧道施工范围内的地形、地质及下列围岩的实际状况，浅 埋地段地质和地表下沉的可能性，断层
6、破碎带和褶皱破碎带构造、性质和范围，有无膨胀性 土压，有无流沙现象，洞口地段偏压和滑坡活动情况，围岩中有无毒气，做好洞内涌水形态、 涌水量及其贮水范围等水文地质情况，分析各因素对隧道施工可能造成的有利或不利影响， 以便采取相关处理措施。2. 1. 12掌握施工条件。施工条件在施工过程中是比较关键性的因素，它贯穿整个施工过 程，它包括：交通状况、电力资源、水源、材料等，施工时尽可能利用当地电源、动力、通 讯、机具车辆维修、物资、消防、劳力、生活供应及医疗卫生条件，以节省工程费用，为拟 定供水方案，应对隧道附近水源位置、储水量及水质情况进行调查，根据设计文件提供的料 场，对砂石等材料的产量、质量进
7、行鉴定，据此确定材料供应方案。2. 1. 13进行技术准备。施工场地的合理与否，关系到施工进度和工程成本，由于隧道的 工程量较大，技术复杂，施工机械化成度较高，因此，洞内外各项工作应协调配合，提高机 械效率，作好场地总体布署及临时工程主要包括四通（水、电、道路、通讯）一平（平整场 地）及临时房屋的建设，隧道开工前应根据工程需要配备成套的试验仪具，对设计文件所列 的各种材料做好试验工作，同时按规定配备机械设备和量测仪器，空气压缩机的容量要求比 传统施工方法增大一倍，以满足开挖和喷射砼作业的需要，隧道施工测量是工程修建中不可 缺少的一环，因此必须重视控制点、基准点、水准点的交接和复核工作，并通过三
8、角网或精 密导线网对各点进行校核，以确保隧道施工精度。2. 2编制施工组织设计：在调查研究，核对设计文件，组织线路测量复查等工作基础上编制施工组织设计，并以此作 为隧道施工的依据，编制施工组织设计，可按下列步骤进行：2. 2. 1复核与分析工程设计文件，掌握工程施工的特点，摘录工程数量。2. 2. 12确保总的施工方案和总的实际施工期限，在施工方案中应包括：机械化程度；初 步安排施工进度；工序作业流水线和流水速度；划分总的施工程序和初步安排施工场地平面 图。2. 2. 13选择各分项工程的实际施工方法和计算工作量。2. 2. 14确定各分项工程的实际施工进度和施工期限。2. 2. 15编制施工
9、进度图，并进行最合理的调整。2. 2. 16计算劳动力、电力、材料和机械设备的需要量，并根据施工进长的要求，编拟供 应计划。2. 2. 17布置运输线路，计算运输量，选择运输方式，确定运输工具数量。2. 2. 18确定自办材料的开采和加工方案，提出各种附属企业的设置方案和生产计划表。2. 2. 19制定各项临时工程施工方案和计算工作量。2. 2. 20拟定安全、质量、环保和节约等主要技术措施。2. 2. 21提出施工管理机构的方案，确定劳动组织的编制，制定各种相应的管理制度。2. 2. 22编写施工组织说明书。第三章：洞口、明洞与浅埋工程3. 1洞口工程：隧道洞口各项工程是指边、仰坡土石方工程
10、，边墙、翼墙及洞口排水系统等，这些工程相互 关联，往往一项工程安排不周就会影响其他工程，因此应全面考虑，妥善安排，以减少干扰， 保证安全，尽快完成，为洞身施工创造条件，其主要精神有两点，一是保证边坡、仰坡稳定， 防止塌方，堵塞通道；二是进洞前宜将土石方及其相关工程做完，做好，避免与洞内施工干 扰，影响工期。洞口工程宜在雨季前做好，因为洞口开挖后破坏了自然平衡，且地质条件通 常都比较复杂，特别是不良地质地段，在雨季施工不宜保证安全，洞口工程还包括洞门，但 洞门可在进洞后再做，在一般性况下洞门所处的位置并不理想，进洞时可采用钢支撑紧贴开 挖面，形成假似洞口，围岩差时可用管棚支护。3. 2明洞工程：
11、明洞大多设置在坍方、落石、泥石流等不良地质或受地形限制地段，明洞一般为钢筋砼结构， 因此施工中如钢筋的加工、接头、焊接、绑扎和安装以及砼的拌制、运输、浇筑、养护、拆 模和检查均要求严格施工，拱形明洞与隧道整体式衬砌基本相似，由拱圈、边墙、铺底或仰 拱组成，其衬砌施工一般要求除参照隧道整体式衬砌办理外，在衬砌端部与拱、墙首轮环节 处都要设置挡头板，为控制拱圈厚度，在拱部加设外模并架立骨肋边接固定，当先做一侧边 墙随即灌筑拱圈时，如另侧的拱脚基岩松软，可在拱脚下横木垫板加大承载力面积或夯填 碎石以增加拱脚承载力，墙背回填的作用，主要是使边墙与围岩密贴，当围岩较稳定时一般 可自墙顶起坡开挖，墙背宜挖
12、垂直或较陡的坡度，当围岩稳性较差时，采用先拱后墙法施工， 边墙宜开挖马口灌筑，两者和墙背空隙都不大时，可用与这墙相同材料同时自墙底起坡或在 已成路堑增建明洞，明洞防水层材料应尽可能采用实践证明的良好的材料。明洞与隧道暗 洞衔接施工，应注意防止仰坡坍塌，并做到明暗洞衔接良好，。3. 3浅埋工程实践证明，覆盖层浅的隧道，其围岩难以自成拱，地表易下沉，因此应采用合理的施工方法， 根据山体成形的特点，浅埋段一般存在于洞口段范围内，洞口段的一般范如图所示：由于埋 层浅，因此洞口段往往是施工上的技术难点，洞口自然灾害及处理措施如下表所示 灾害现象问题点主要措施滑坡由于洞口挖方破坏了原地面的平衡，导致滑坡，
13、在原地层滑坡线上开挖，导致出现新的滑坡。 地表锚杆，注浆桩，深基桩，挡墙、土袋等。崩塌落石在陡坡山崖处开挖，即使围岩条件好也极可能出现崩塌或落石 喷射砼，地表锚杆，锚索，防落石棚，化学药液注浆。偏压岩地形非对称性，作用在隧道横断面上的荷载不平衡，加大隧道结构上的压力，导致结构剪切破坏。平衡压重填土，护坡挡墙，反压护拱，挖切土体，减轻偏压力。泥石流 泥石流的冲击力极大，多从沟谷冲下，危害结构物安全。沿沟谷设梯级防沙坝。 雪崩 与泥石流同样具有极大冲击力，多发生在沟谷或陡坡处。沿沟谷设梯级坝，洞口 顶部设防护棚。工程实例：206国道改造丰顺莲花山隧道工程地处莲花山山脉中低山区，工程总长13.39k
14、m， 其中柚树下隧道长1569m属于长隧道，地形变化比较复杂，其汕头端洞口为第四系残坡积 层，天然含水量25%，液性指数0.09,孔系比1.081，直接快剪凝聚力35.20KPa内磨擦角25， 属II类围岩，受整个线路的影响洞口处于极度偏压、浅埋地段，山坡最大倾角达40度，隧道 上方最浅埋深只有2米多，如图所示，洞口断面图（比例1： 600）从洞口断面图中可以看出其所处的地质结构是相当复杂的，经实地考查可知其岩性较弱。经 过强烈的地质构造运动，或风化作用造成极度破碎的岩体，这种岩体被称为软弱岩体，其初 始的大主应力一般为垂直方向居多，隧道开挖后容易在某一范围内形成一个滑动面，同时我 们知道，岩
15、体内有各种各样的结构面，它们有的是构造作用形成的，有的是其它原因造成的， 这些结构面对围岩的影响不仅仅是它们本身的强度比岩石低，从而造成潜在滑动面，更重要 的是这些结构面的组合，使岩体内出现分离体，这些分离体就是与整个岩体相脱离的岩块， 当隧道开挖后，山体的应力重新分布，这些岩块在自身重力作用下有塌落的可能，而在浅埋 地段会形成大面积的坍落，造成较大的经济损失。所谓偏压是指由于地形的非对称性作用， 在隧道横断面上的荷载不平衡，加大了隧道结构上的压力，导致结构剪切破坏，隧道开挖后 上面的土层形成自重应力场，其侧向压应力6呈三角形分布，如图所示，由于山体偏压，潜 在的滑动体形成了附加的拉应力6 1
16、从图中可以看出M点至隧道壁范围内处于受拉状态，由于覆盖层薄，其上面不能形成稳定的覆盖层，并且随着时间的延长，M点逐渐向上延伸 一直到最终的整体破坏。针对这一特殊的地质现象设计采用了反压护拱的方案其布置如图所示锚 杆：22mm,L=5m，间距 1mX 1m，面积 25mX24m钢筋网：两层，间距20cmX20cm20号砼：长20mX宽16mX厚1.5m施工中用的锚杆不但起到抗滑作用，同时也加固了软弱围岩。并取得了良好的效果。在岩体 中施加锚杆的主要作用是加强薄板状或不牢固的岩体，锚杆产生应力和应变，从而改善岩体 的稳定性。破碎围岩锚固体的应力变形曲线如图，图中第一个峰线是试件破碎前的曲线，第 二个峰线是破裂后锚固体应力变形曲线，第二个峰线显示了两个特点：一是锚固体具有可观 的强度，它接近于试块的强度；二是锚固体具有较好的可缩性，如图当应力达到极值后产生 明显的变形，但是其承载力基
