新奥法隧道结构设计隧道工程6荷载计算
新奥法原理及施工要点
新奥法原理及施工要点摘要：新奥法原理修建隧道已成为一种主要施工方法。
尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
本文介绍了新奥法原理及其施工要点。
关键词：隧道新奥法施工Abstract: the new Austrian law principle to build a tunnel has become a main construction method. Particularly in the construction site is restricted, complicated geological conditions, and underground structure form complex of New Orleans with construction method is particularly important. This paper introduces the new Austrian law principle and key points of construction.Key words: New Orleans tunnel construction method一、隧道设计施工的两大理论（1）松弛荷载理论其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。
这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。
这是一种传统的理论。
（2）岩承理论其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。
由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理：而后一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。
由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称引言新奥地利隧道施工方法（NATM）是一种在隧道工程中常用的施工方法，它是在20世纪60年代和70年代由奥地利工程师和科学家们开发出来的。
这种方法在全球范围内得到了广泛应用，并取得了显著的成果。
本文将详细介绍新奥地利隧道施工方法的特点、原理及应用，并对其优缺点进行讨论。
一、新奥地利隧道施工方法的特点1. 整体式施工新奥地利隧道施工方法采用的是整体式施工，相对于传统的分阶段施工方法，它可以减少施工期间的地表沉降和变形。
这是由于NATM方法可以在开挖隧道的同时对周围的土层进行支护，从而减少了地表和周围建筑物的影响和损害。
2. 土力支撑结构NATM方法采用土力支撑结构作为隧道的主要支护形式。
这些支撑结构通常由钢筋混凝土或喷射混凝土构成，能够提供足够的强度和刚度来承受隧道围岩的压力。
此外，土力支撑结构还可以通过控制隧道周围的地下水位和渗流，降低地下水的涌入和侵蚀，从而提高隧道的稳定性。
3. 灵活的设计NATM方法允许根据实际施工情况进行灵活的设计和调整。
施工过程中可以根据地质条件和围岩变化进行随时调整，通过合理的支护和加固措施来解决工程施工中出现的问题。
这种灵活性可以使施工更加安全高效，也可以避免不必要的成本和时间浪费。
二、新奥地利隧道施工方法的原理1. 地质调查和监测在NATM方法中，地质调查是至关重要的一步。
通过详细的地质勘探和工程地质分析，可以确定隧道施工中可能遇到的地质问题，如岩类性质、断层、地下水等。
同时，还需要进行地表和隧道周围的监测，及时掌握地表沉降、围岩变形和地下水位等数据，以便进行合理的设计和施工调整。
2. 钻孔爆破在NATM方法中，钻孔爆破是常用的隧道开挖方式之一。
通过在地下岩层中钻孔，并通过爆破将岩石破碎，然后进行清理和支护，最终实现隧道的开挖。
这种方法可以高效地进行大规模的隧道掘进，但需要控制好爆破条件，以防止岩层的过度破碎和隧道的不稳定。
3. 支护和加固隧道开挖完毕后，需要进行支护和加固工作，以确保隧道的稳定性。
简述中国铁路隧道新奥法设计施工理念
简述中国铁路隧道新奥法设计施工理念中国铁路在建设过程中，隧道是一项非常重要的工程。
为了更好地设计、施工隧道，中国铁路不断地推进技术革新与创新。
其中，新奥法设计施工理念是一种非常先进的技术，也是铁路隧道工程领域的一项重要成果。
一、新奥法的概念新奥法，全称“奥地利法”，是指奥地利隧道工程设计与施工经验总结成的一套设计、施工方法及管理体系。
该方法自上世纪50年代开始提出并推广，包括了从土体力学、岩土工程、安全技术等多个方面的技术，是目前国际上非常成熟的隧道设计施工方法之一。
二、新奥法的优点相较于传统的设计施工方法，新奥法有着非常多的优点。
具体而言，它能够更好地助力施工进程，提升施工效率。
同时，新奥法也能够更好地保证工程的质量和安全性。
1.高效率：新奥法采用的连续铸造方法及新型支护材料，大大提高了施工效率。
铸造速度快，且工艺流程简便，减少了施工周期和成本。
2.保质保安：新奥法结构设计合理，工序安排合理。
通过先进的软硬件系统与技术支持，建立了科学的风险控制及应急管理体系，最大限度地保障工程建设的质量和安全。
三、中国铁路隧道工程在新奥法上的应用中国铁路从2014年开始引进新奥法技术，先后应用于大大小小120余个工程，其中包括了长江大桥南岸隧道、昆明至安宁铁路锦和隧道和赣南高铁南昌至赣州段多条隧道等重点工程。
通过新奥法的应用，可以看到不断提升的施工效率和质量保障。
值得一提的是，中国铁路也对新奥法进行了一些本土化的改良。
比如在隧道口板的设计上，引入了额外的支护措施，可以有效防止出现挤土现象。
同时，也在施工过程中加强了工程监管，保证了工程的质量和安全。
综上所述，新奥法技术在中国铁路隧道工程上的应用，大大提升了施工效率，保障了工程质量。
随着铁路建设不断的推进，我们相信新奥法在未来中国铁路建设中将发挥越来越重要的作用。
【隧道方案】“新奥法”隧道施工方案
隧道施工方案1洞身开挖施工1.1洞身开挖根据隧道各里程段的特点及围岩情况，各级围岩段采用相宜的开挖和超前支护方法，短进尺、强支护，确保施工安全。
隧道洞身开挖严格按照“新奥法”原理组织施工。
机械化掘进，机械化装运。
Ⅴ级围岩断层破碎带、浅埋或偏压地段采用单侧壁或双侧壁导坑法施工；Ⅳ级围岩其余地段采用三台阶临时仰拱封闭法施工。
Ⅲ级围岩地段采用短台阶法施工，必要时预留核心土分部开挖。
岩层稳定且完整性较好的Ⅱ级围岩全断面法施工。
开挖采用凿岩台车钻眼，人工装药并连接起爆网络实施光面爆破，爆破施工遵循短进尺、强支护、弱爆破、勤量测的原则。
装载机装碴,大型自卸汽车运输出洞。
洞身开挖施工中严格控制开挖断面，控制超欠挖。
经监理工程师确认不影响衬砌结构的稳定和强度时，岩石个别突出部分（每平米内不大于0.1m）可侵入衬砌不大于50mm。
拱脚、墙脚以上1m内断面严禁欠挖。
为保持断面稳定和节约成本，施工中严格控制超挖量，使断面圆顺平整。
1.1.1Ⅱ级围岩全断面法施工Ⅱ级围岩完整、稳定，采用全断面法施工。
全断面法施工工序简单，工作面宽敞，运输、通风、排水方便，管路易于布置，便于进行机械化施工。
全断面开挖断面图。
a 、施工方法采用凿眼台车或作业台车配合人工手持风钻进行钻眼，进尺可以控制在2~4m 。
爆破后机械出碴装运至弃碴场，进行网、锚、喷混凝土初期支护。
一般适合采用全断面施工的围岩，其支护参数多为系统锚杆和网喷混凝土联合支护。
因此全断面施工工序简单：钻眼爆破→出碴→网、锚、喷支护→进入下一循环钻爆。
b 、施工工艺施工工艺见全断面开挖施工工艺流程图ⅢⅡⅠⅡⅢⅠ图2.3-01 全断面法开挖断面图二次衬砌初期支护网喷混凝土系统锚杆全断面开挖施工工艺流程图c、作业要点（1）测量放线在开挖面上进行测量并绘出中线与水平线，水平线可绘在轨平高度上，然后绘出开挖断面轮廓线，在按照钻爆设计准确标出炮眼位置，炮位误差不应大于5cm。
最好采用激光导向和幻灯布眼，以减少测量放线的时间，并提高炮眼位置的精度。
隧道工程第6章 隧道结构计算
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6.3 半衬砌的计算
拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上时，称为半衬砌， 如图6.3所示。常适合于坚硬和较完整的围岩（Ⅱ、Ⅲ 级）中，或用先拱后墙法施工时，在拱圈已作好，但马 口尚未开挖前，拱圈也处于半衬砌工作状态。 6.3.1 计算图式、基本结构及正则方程 道路隧道中的拱圈，一般矢跨比不大，在垂直荷载 作用下拱圈向坑道内变形，为自由变形，不产生弹性抗 力。由于支承拱圈的围岩是弹性的，即拱圈支座是弹性 的，在拱脚反力的作用下围岩表面将发生弹性变形，使 拱脚产生角位移和线位移。
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6.4 曲墙式衬砌计算
在衬砌承受较大的垂直方向和水平方向的围岩压力 时，常常采用曲墙式衬砌形式。它由拱圈、曲边墙和底 板组成，有向上的底部压力时设仰拱。曲墙式衬砌常用 于Ⅳ耀Ⅵ级围岩中，拱圈和曲边墙作为一个整体按无铰 拱计算，施工时仰拱是在无铰拱业已受力之后修建的， 因此，一般不考虑仰拱对衬砌内力的影响。 6.4.1 计算图式在主动荷载作用下，顶部衬砌向隧 道内变形而形成脱离区，两侧衬砌向围岩方向变形，引 起围岩对衬砌的被动弹性抗力，形成抗力区，如图6.11 所示。抗力图形分布规律按结构变形特征作以下假定：
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③作用与反作用模型，即荷载—结构模型。例如， 弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法； ④连续介质模型，包括解析法和数值法。数值计算 法目前主要是有限单元法。从各国的地下结构设计实践 看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算 模型：一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载 同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型；另一类 则相反，视围岩为承载主体，支护结构则为约束围岩变 形的模型。
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视为自由变形得到的计算结果。 由于没有考虑弹性抗力，所以弯矩是比较大的，因此截 面也较厚。如果围岩较坚硬，或者拱的形状较尖，则可 能有弹性抗力。衬砌背后的密实回填是提供弹性抗力的 必要条件，但是拱部的回填相当困难，不容易做到密实。 仅在起拱线以上1耀1.5m 范围内的超挖部分，由于是用 与拱圈同级的混凝土回填的，可以做到密实以外，其余 部分的回填则比较松散，不能有效地提供弹性抗力。拱 脚处无径向位移，故弹性抗力为零，最大值在上述的1 耀1.5m 处，中间的分布规律较复杂，为简化计算可以 假定为按直线分布。考虑弹性抗力的拱圈计算，可参考 曲墙式衬砌进行。
地下结构工程施工技术第四章新奥法与锚喷支护
隧道施工的力学分析
围岩压力
围岩压力是隧道施工中的主要外力，其大小和分布对隧道施工的 安全性和稳定性有很大影响。
隧道支护结构受力分析
隧道支护结构是维持隧道稳定的重要措施，其受力分析是隧道设计 的重要依据。
隧道施工过程中的力学行为
隧道施工过程中的力学行为是一个动态变化的过程，需要根据实际 情况进行实时监测和分析。
隧道施工的稳定性分析
围岩稳定性分析
01
围岩稳定性是隧道施工安全性的重要保障，需要对围岩进行详
细的地质勘察和稳定性分析。
支护结构稳定性分析
02
支护结构是维持隧道稳定的重要措施，需要进行详细的结构设
计和稳定性分析。
施工过程稳定性分析
03
隧道施工过程中的稳定性分析是一个动态变化的过程，需要进
行实时监测和分析，以确保施工安全。
02 新奥法的基本原理
岩石力学的基本概念
岩石的物理性质
包括密度、孔隙率、含水量等，这些性质直接影响岩石的强度和稳 定性。
岩石的力学性质
包括抗压、抗拉、抗剪等强度指标，以及弹性模量、泊松比等弹性 指标，这些性质决定了岩石在受力时的行为和响应。
岩石的变形特性
岩石在受力过程中会发生变形，其变形特性包括弹性变形、塑性变形 和脆性变形等，这些变形特性对隧道施工的稳定性有很大影响。
锚喷支护技术的应用范围
01
隧道工程
在隧道施工中，锚喷支护技术常用于洞口段、浅埋段、断层破碎带等围
岩稳定性较差的地段，提供有效的支撑和加固作用。
02
地铁工程
在地铁施工过程中，由于地铁线路通常穿越城市繁华区域，周边建筑物
众多，采用锚喷支护技术可以减少对周边环境的影响，保障施工安全。
坪石隧道新奥法支护参数的设计验算及现场验证
０６ ｏ 》 中 的深 、浅 埋 围岩 均 匀 压力 一 结 构模 式 与 ２—９ ）
实 际 围岩 偏心 受 压情 况 不 同所 致 。但从 混 凝土 极 限抗 拉 、压强 度来 看 ，计 算 值均 处 于合 理 受力 范 围之 内。
坪 石 隧道 是 京珠 国道 主干 线粤 境 高速 公 路小 塘 至 甘塘 段 重 要工 程 之一 ，位 于广 东省 乐 昌市 坪 石镇 灵 石 坝 村辖 区 ，为分 离式 单 向行 车 双线 隧 道 。隧 道 左线 全
长 ５０ ｍ （ 中明 洞长 ４ ，右线 全长 ５ ５ｍ。 １ 其 ５ｍ） ０ 隧 道 围岩 为 泥 质 粉 砂 岩 、细 砂 岩 ，属 软 质 岩 石 ，
强 、弱 风化 岩层 ，岩 体 风化 较剧 烈 ，风化 节理 裂 隙较 发育 ，隧道 围岩不 稳 定 。 隧 道 区共 发育 两 个 泉 ，隧 道开 挖 过程 中出现 了涌 水现 象 ，对 围岩稳 定 不 利 。 为 保证 坪 石 隧道 的 新奥 法 施工 的顺 利 进行 及 验证 支护 参 数 ，在 坪 石隧 道 实施 了施 工监 控量 测 必测 和选
载效 应 如 图 ４～图 ６所 示 。
各
９ １１ ／ 墨 ・ ×４Ａ ． ０ ＋ｊ ５ Ｎ
９１． ５１× １ Ｎ／Ｏ． １ ０— ５ １ ＋ １ ９ ５ ６ ＭＰａ １ ．６
＝
： １ ８ ０ ２ ＭＰ ． ３ ａ＋ １．６５ ６ ＭＰ ９ ａ＝３． ９ ａ ７ ５ ８ ＭＰ
隧道 洞 身 围岩 类 别 以 Ⅳ类 为 主 ，洞 山处及 局 部地 段 为
＊ 收 稿 日期 ：２０ －８２ ０ １ ．７ ０
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２０ 第 ３ ０２年 期
新奥法
第九章新奥法第一节新奥法的基本概念一、名称由来与产生的历史背景新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM。
上下导坑先墙后拱法初次使用于公元1837年前奥国莱比锡至德累斯顿铁隧道上，故称其为奥国法。
新奥法与奥国法是两码事，不是隧道横断面施工作业顺序的差异，也不是年代早晚不同的关系，而前者是建立在新的理论基础上,具有丰富实际经验的新概念。
新奥法是由奥地利学者L.V.Rabcewiez，L.Muller等教授创建于本世纪五十年代，在1963年正式命名为新奥地利隧道工程方法。
它的产生是基于以下背景：1.锚杆支护在20世纪初出现在此之前，锚杆支护的采用始于20世纪初，到1950年代后在欧美各地得到广泛应用，并在水电站有压输水隧洞成功地采用了锚杆支护手段。
2.喷射混凝土机在1940年代末研制成功喷射混凝土机在1947年研制成功，1948～1953年喷射混凝土衬砌在奥地利首次用于卡普伦水电站的默尔隧道。
锚喷支护技术的开展为创建新奥法提供了有利的条件。
在创建与开展新奥法时期，L.V.Rabcewiez相继指出：隧道工程修建过程中掌握围岩动态随时间变化的重要性；施工量测工作的重要性；采用薄层支护，并及时修筑仰拱以形成闭合衬砌的必要性。
并根据实验证实，衬砌应按剪切破坏进行设计计算。
3.岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据与新奥法开展同时，岩石力学也开展成为一门十分年轻的学科。
岩石力学的理论基础为新奥法提供了科学依据。
因此可以说，新奥法是在实际基础上开展起来的一种修建隧道工程的新理论与新概念。
二、新奥法的基本概念新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。
由于上述基本概念的认识与理解的差别,可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解，而专家们也可能在某些观点上有分歧，突出的问题有下列方面：1.由于英文“method”一词，容易把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法，或者仅是一种施工技术，而没有认识到新奥法是修建隧道一种基本理论，是包含设计于施工内容的隧道工程新概念。
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● 人们对围岩的认识是不断深入的： 从在国外的情况看：
土石方工程 分类法(开 挖难易程度)
岩石的坚固 性来分类: 如 坚固性系数f
RQD
从围岩稳定性出发分 类来代替多年沿用的 坚固性为基础的分类
从分级指标方面：
大多数从 定性描述
经验判断
定量描述
● 以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分类的 总趋势。
1、隧道围岩分级的因素指标及其选择 ⑴ 单一的岩性指标
● 一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的 分级指标，具有试验简单，数据可靠的优点；
● 岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量、泊松比等物理力 学参数 ；
● 岩石的抗钻性、抗爆性等工程指标。
⑵ 单一的综合岩性指标
● 岩体的弹性波传播速度：弹性波传播速度与岩体的强 度和完整性成正比，其指标反映了岩石的力学性质和岩体 的破碎程度的综合因素，通常用Kv来评价：
岩石质量指标分级认为：
RQD > 90％
为优质；
75％ < RQD < 90％ 为良好；
50％ < RQD < 75％ 为好；
25％ < RQD < 50％ 为差；
RQD < 25％
为很差
● 围岩的自稳时间 ：隧道开挖后，围岩通常都有一段暂时 稳定的时间，不同的地质环境，自稳时间是不同的，劳费 (uffer)认为隧道围岩的自稳时间ts可用下式表示：
第II类：与地质构造有关的要素。其分类指标采用诸如 岩石的质量指标、地质因素平分法等，这些指标实质上是 对岩体完整性或结构状态的评价。这类指标在划分围岩的 级别中一般占有重要地位；
第Ⅲ类：与地下水有关的要素。
目前国内外围岩的分类方法，考虑上述三大基本要素， 按其性质主要分为如下几种： ⑴ 以岩石强度或岩石的物理指标为代表的分类方法： ① 按岩石强度为单一岩性指标的分级法 :具有代表性是我 国解放前或解放后初期的土石分类法，即把岩石分为坚石、 次坚石、松石及土；
5 隧道围岩分级与围岩压力
5.1 隧道围岩分级及其作用 5.2 围岩压力的确定 5.3 影响围岩稳定性的因素
● 围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响 的岩体；
● 围岩压力：是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护 上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。 其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确 地进行隧道设计与施工有很重要的影响。
Kv
v岩体 v岩石
2
Kv
完整性
>0.75
完整
0.75～0.55 0.55～0.35 0.35～0.15 <0.15
较完整 破碎 较破碎 极破碎
● 岩石质量指标（RQD）：是综合反映岩体的强度和 岩体的破碎程度的指标。所谓岩石质量指标是指钻探 时岩心复原率，或称为岩芯采取率，即：
RQD（％） ＝ 10cm以上岩芯累计长度 × 100 单位钻孔长度
Q ＝（ RQD/ Jh）( Jr/Ja)( Jw / SRF)
RQD:岩石质量指标; Jh:节理组数目，岩体愈破碎，Jh取值愈大; Jr:节理粗糙度，节理愈光滑，Jr取值愈小; Ja:节理蚀变值，蚀变愈严重，Ja取值愈大， Jw:节理含水折减系数，节理渗水量愈大，水压愈高，Jw 取值愈小， SRF:应力折减系数，围岩初始应力愈高，SRF取值愈大
② 以岩石的物性指标为基础的分级方法：具有代表意 义的是我国工程界广泛采用的岩石坚固系数值分级法；
● 优点： 指标单一，使用方便； ● 缺点：不能全面反映岩体固有的性态。
⑵ 以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法：
① 这类分类法以泰沙基分类法为代表
这类分类法是在早期提出的，限于当时的条件，仅把 不同岩性、不同构造条件对围岩分类，这类分类法曾长 期被各国采用，至今仍有广泛的影响。
● 指标的选择
⑴ 首先选择对隧道围岩稳定性有重大影响的因素指 标；
⑵ 选择测试设备简单、人为因素小、科学性强的定 量指标；
⑶ 选择指标要有一定的综合性。
2、隧道围岩分级的方法
现行的许多围岩分类方法中，作为分类的基本要素大 致有三大类：
第I类：与岩性有关的要素。其分类指标是采用岩石 强度和变形性质等：如岩石的单轴抗压强度、变形模量或 弹性波速等。
② 以岩石质量为指标的分类方法——R.Q.D.方法
● 优点：考虑了多种因素的影响，但分级指标大体上是 半定量的。
● 缺点：分级的判断还带有一定的主观性。
⑷ 组合多种因素的分类方法
比较完善的是1974年挪威地质学家巴顿等人提出的 “岩体质量——Q”的分类方法。岩体质量值Q实质上 是岩块尺寸、抗剪强度和作用力复合指标，根据不同的 Q值，可将岩体进行分类。
② 以岩体综合物性为指标的分类法
60年代我国提出了以岩体综合物性指标为基础的“岩 体综合分类法”。
● 优点： 正确的考虑了地质构造特征、风化状况、地 下水情况等多因素对围岩的影响。
● 缺点：分级指标缺乏定量描述。
⑶ 以地质勘探手段相联系的分类方法： ① 按弹性波（纵波）速度的分类方法
围岩弹性波速度是判断岩性、岩体结构的综合指标，它 既可反映岩石软硬，又可表达岩体结构的破碎程度。 1970年前后，日本提出按围岩弹性波速度进行分类，我 国从1986年起，也开始将围岩弹性波（纵波）速度引入 我国围岩分类法中。
● 地质环境：隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广， 包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地 层中的原始地应力状态、地温梯度等 。
5.1 隧道围岩分级及其应用
● 目前，隧道围岩分级是设计、施工的基础（工程类 比法就是建立在围岩分级的基础上的）。 ● 围岩分级的目的
① 作为选择施工方法的依据； ② 进行科学管理及正确评价经济效益； ③ 确定结构上的荷载（松散荷载）； ④ 给出衬砌结构的类型及其尺寸； ⑤ 制定劳动定额、材料消耗标准的基础等等；
ts=常数×L－(1＋a)
式中： L－ 隧道未支护地段的长度；a－ 视围岩情况在0～1之
间变化，好的岩体可取 a =0;极差的 a=1 劳费（uf分为： 稳定的、易掉块的、极易掉块的、 破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力的七级
● 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩 性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿N.Barton 等人提出的岩体质量－Q指标，即：