新奥法施工的原理和技术要点

新奥法施工的原理和技术要点新奥法施工的原理和技术要点2011年09月22日新奥法施工的原理和技术要点赣龙项目部摘要：以隧道新奥法的概念和设计原理为参量，推导出新奥法的施工原理和技术要点；然后根据现场的实际情况以及施工经验的总结，对新奥法施工中的难点、要点、和易错的部位予以说明，给出了自己的见解。

关键词：新奥法的概念设计原理技术要点喷射混凝土锚杆一、概述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；新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L．V．Rabcewicz)教授于1963年提出的一种新型施工“方法”（注：新奥法不单纯是一种施工方法，它的实质是一种现代先进的隧道设计与施工一体化方法）。

以往人们都认为在地下工程施工中必然要引起围岩坍塌掉块，开挖面积越大，坍塌的范围越大；因此，传统的隧道结构设计方法是将围岩看成是必然要松弛塌落，而作用于支护结构上的荷载。

传统的隧道施工方法则是将隧道断面分割成若干个小块进行开挖，随开挖随用刚才或木材支护，然后，从上到下，或者从下到上砌筑刚性衬砌；但是随着岩石锚杆、喷射混凝土的机械和岩体力学方面的发展，人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形、松弛、坍塌等现象有了更深入的认识；因此才有了我们熟知而又常新施工方法“新奥法”。

新奥法的定义：新奥法是应用岩体力学理论，以维护和充分利用围岩的自身承载力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要手段，必要时架设格栅钢架，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。

从新奥法的定义中我们不难看出：⑴围岩是隧道结构中的主要承载单元，所以我们要充分发挥围岩的自身承载力，应允许并控制岩体的松弛变形；一方面允许形变，是围岩中能形成自身的承载环，即就是自然拱的形成；另一方面又必须限制它的形变，是围岩不致过度松弛而丧失或大大降低自身的承载能力；所以在施工中，支护时间的迟早必然大大的影响围岩压力的数值，因此，一般宜尽快的施作初期支护，封闭围岩。

⑵为了改善支护结构的受力性能，在施工中应尽快的使之闭合，而形成封闭的环形结构；另外，隧道断面要尽可能的圆顺，以避免棱角处的应力集中。

⑶在施工的各个阶段，应进行现场围岩量测，提出准确可靠的测量信息，如隧道拱顶的下沉，周边的收敛等，并且要及时反馈用来指导地下工程的施工。

上述新奥法的定义中我们可以把新奥法的基本原则扼要的概括为：“少扰动、早喷锚、勤测量、紧封闭”。

二、新奥法要点首先，我们要认识到新奥法不单纯是一种施工方法，也不能笼统的认为喷锚支护就是新奥法；这是极其错误的概念。

新奥法是一种现代先进的隧道设计与施工一体化的方法，只有喷锚结构按照规定的方法程序进行设计与施工一体化的，我们才能认为符合新奥法。

1、施工与设计相结合⑴作为一名合格的地下工程技术人员我们要充分理解并掌握新奥法的设计理念，以及设计者的设计意图。

新奥法的设计应以工程类比法为主，结合拟建或已建工程的围岩等级与工程结构的尺寸条件，直接确定喷锚参数与施工的方法，必要时可辅以理论计算以及实验数据确定支护参数，进行地下工程的设计。

所以我们把地下工程的设计称为施工前的预设计阶段，在这个阶段我们很难详细的掌握地质资料，故我们只有通过施工中的围岩量测来调整支护参数，优化施工方案。

所以在隧道建设中按照设计施工的这种思想是不正确，也是不可取；我们要以实际情况为主，根据地质资料和现场围岩级别，以及以往施工中的经验总结，做到岩变我变、岩不变我也变，及时调整喷锚支护参数和预留沉降量，使地下工程施工带有一定的灵活性、科学性、安全性。

⑵现场的施工人员就是要解决施工组织设计和现场的关系，将设计图纸变成实际的建筑物，而在这个过程中民工对设计的落实起着决定性的作用，这就要求我们工程技术人员怎么能规范有序、严谨、简单的将设计图纸上的东西交给我们一线的施工人员，这就要求我们技术人员要更进一步的了解设计意图。

随着科学技术的不断发展，设计制图已改用电脑CAD绘图，这就要求我们工程技术员必须懂得一定的科学技术，同时也使我们的一些工程技术人员懂得了投机取巧、有了麻痹大意的思想，认为设计就具有一定的正确性、合理性；在技术交底时，直接套用设计院的设计图纸，致使我们的工程屡次出错，增加施工成本。

所以我认为一个合格技术员不仅要熟悉CAD制图，更重要的是要明白，二次制图其实就是更细致的复核图纸的几何尺寸以及工程数量，同时也使自己对施工中的细节、难点、重点有了更深一层次的了解和认识；这样就等于对我们对隧道做了二次的设计，也才能更好的使设计与施工相结合，也才能更清楚把技术交底下发给一线的施工人员。

2、新奥法中的喷锚支护在新奥法的概念中明确提出了，锚杆和喷射混凝土为主要的支护手段，必要时架设格栅钢架；而在我们的实际施工中，由于我们工程技术员施工经验匮乏，以及对新奥法的认识和理解不够深刻，在遇到围岩变化时就盲目的架设格栅钢架，不注重系统锚杆的质量，更有甚的事去掉系统锚杆，只施作锁角锚杆，（注：锁角锚杆就是系统锚杆，但是不能用锁角锚杆代替系统锚杆）这就等于扔掉西瓜去搬玉米，从根本上违背了新奥法的施工理念，也只会给我们的工程增加成本，埋下安全隐患。

⑴喷射混凝土喷射混凝土一般是针对抗压强度和厚度进行设计；它是利用高压空气，将惨有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机与高压水混合，经过喷枪喷嘴射到岩石表面上，使之粘附于岩面的施工方法。

采用喷射混凝土作为隧道衬砌具有一定的优越性；①施工速度快、支护及时安全；②强度高，混凝土的压实效果好；③施工简单，可以缩短工期。

同样喷射混凝土也具有一定的缺点：①钢架支护背面的空隙；②混凝土表面会产生气孔；③在施工中会产生大量的回弹料和粉尘；④速凝剂添加量的不均匀；在这要特别说明：现在的隧道施工中，速凝剂均是靠人工用手或者某种容器直接加到喷射机中，然后通过高压空气和混凝土一起喷出，在空气中分散的混凝土与添加剂混合；这样做的效果就是速凝剂的添加量不均匀，影响混凝土的抗压强度，以及在施工中会产生大量的粉尘、混凝土回弹量，增加喷射混凝土的时间、成本；但是遗憾的是，在速凝剂的添加、搅拌、混合方面，目前还没有能够有效地将具有急速促进硬化效果的速凝剂添加混合到新拌混凝土中而不使管内产生堵管等故障的搅拌机，所以只能采用上述方法。

所以在现有的技术条件下，我们要尽可能的优化喷射混凝土的施工方案，我认为在施工中应该着重注意以下几点要求：①喷射混凝土必须在有足够照明的基础上进行，保证施工人员的安全性；②喷嘴要经常保持与喷射面呈直角状态，还要保持适当的喷射距离和喷射压力；③喷射混凝土要采用“S”形方式，由下至上反复喷射，直至达到所定的厚度；按照“新奥法”设计原理，喷射混凝土厚度超过25厘米，对于加强支护的作用很小；在有设置钢架支撑的地方，围岩与钢架之间不能产生空隙，而且必须使喷射混凝土和钢架成为整体，在超挖部位严禁回填片石等杂物，应用喷射混凝土回填，若超挖超过60厘米，应当埋设注浆管，以备后续注浆回填密实；④喷射混凝土表面，除特别需要的情况外，只能通过喷射混凝土来完成。

⑵锚杆的施作锚杆很早就已经作为隧道和地下洞室等支护结构使用了，根据锚固方式的不同，锚杆大致可以分为三类：前端锚固方式、全面粘结方式、组合方式。

本文只对隧道中常用的全长粘结式的水泥砂浆锚杆予以说明。

一般的砂浆锚杆的施工顺序：①钻孔及清扫孔；②关注砂浆；③打入锚杆；④用下支座垫板、螺母固紧锚杆在施工中，为了锚杆能更好的发挥其作用效果，在锚杆孔钻孔时，首先要在钻孔处画线定位，使锚杆孔要尽可能的与岩面垂直，这样便于锚杆尾端剪应力和轴力的分解，并且钻孔时要尽可能选用不能大于锚杆直径的25毫米的钻头为宜，根据地质条件的不同，钻头可以适当的予以调整，一般都采用φ42~45mm的十字形钻头和32H的六角形钻头等；成孔以后要排出孔内的石屑很重要，其目的为了使接头部位没有石屑的堵塞，然后装入锚固材料，即就是锚固剂，它的主要成分就砂浆，通过在水里短时间的浸泡之后装入锚杆孔内，锚固剂转入量=成孔的体积—锚杆的体积。

根据以往的经验总结，每根锚杆的抗拔力不小于170KN，则每平方米的初期支护不少于2根锚杆，这个隧道一般不会出现大面积的下沉和坍塌，所以在施工中要严格控制锚杆的质量，通过拉拔实验调整锚杆的支护参数，使锚杆能够有效地组成锚固组合拱。

锚杆施工应注意以下几点：⑴不要在意何种材料，重点是适应围岩，保证锚固力不小于170KN；⑵锚杆务必以垫板与钢架焊接连接，且其强度不小于150KN抗拉力（如果以其它方式焊接，但必须保证焊接强度不小于170KN抗拉力）⑶正常情况下确保初期支护不小于170KN/m²的侧向力；锚杆作业前应进行工艺拉拔实验，以确定锚杆间距、长度、材料等参数，锚杆的抗拔试验值不低于126KN；⑷锚固剂首选早强锚固剂，饱满度不低于设计的85%；如果相邻的两个锚杆锚固质量均未达到要求，则必须补设锚杆；⑸由于开挖断面底脚处应力集中且围岩塑性较大，故加强底脚锚固，底脚处的系统锚杆2根，且锚杆最小间距不能小于50厘米；所有锚杆原则上按隧道断面法线方向布置，如果施工有困难可以调整，但是必须保证有效地锚固深度。

三、施工中易出错的地方1、要正确理解新奥法施工原理，不要误以为喷锚支护就是新奥法施工；2、要认真复核设计图纸，并且做好各项技术交底，要充分理解设计者的设计意图和新奥法的设计理念；3、再遇到围岩变化时不要盲目的架设格栅钢架，要通过围岩量测的数据，科学有序调整支护参数；4、喷锚支护具有一定的优越性，在施工一定要注重喷射混凝土和系统锚杆的质量，且不可抓住玉米扔掉西瓜；5、不要把隧道的拱顶下沉、开裂、坍塌寄托与仰拱闭合以及二衬的施作，这种做法带有很大的盲目性、危险性、并且没有一定的科学依据。

我们试想一下如果隧道施工中出现大面积的拱顶下沉、开裂，就及时的施作仰拱使其闭合成环，二衬紧跟，那么，地下工程还有什么困难可言吗？一次模筑二次衬砌所需11到12天的时间，而支护压力较大，容易下沉坍塌的必然是软岩隧道，如果围岩变形的速率过大，甚至可以达到 20mm/d，则在准备衬砌至衬砌前变形达20cm以上，这时，如果还盲目的施作二衬，其后果令人不寒而栗。