新奥法设计施工的原理

新奥法设计施工的原理

贺宝桥

（武警水电第三总队第十一支队质量安全股，四州 成都 610036）

摘 要：新奥法是国内隧道及地下工程普遍推广应用的一种工程方法，其原理与内容的合理性得到工程广泛认同。本文详细介绍了新奥法的基本原理、设计方法，对其施工特性及施工过程进行了分析，并阐述了其适用范围。 关键词：新奥法；设计方法；施工

中图分类号：TU201 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）06-0197-02

一、概述

新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称，即New Austrian Tunneling Method（NATM），是奥地利拉布西维兹教授等在长期隧道施工实践中，从岩石力学观点出发而提出的一种施工方法，它是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，将经验、量测和理论相结合，形成的一种隧道工程新概念和方法，是目前国内外广泛采用的动态监测设计施工方法。新奥法适用范围很广，从铁路隧道、公路隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房直至水电站输水隧洞、矿山巷道等，都可用新奥法构筑，它以其快速、节省、安全和具有很高的灵活性与优越性越来越受到学者和工程人员的青睐。 二、新奥法基本原理及本质

新奥法提出了与传统的隧道厚层砼结构支护松动岩体理论完全不同的新概念和新观点。新奥法的基本观点是把岩体视为连续介质，在粘、弹、塑性理论指导下，根据在围岩体中开挖隧道后，从围岩产生变形到破坏有一个时间效应，通过适时构筑柔性、薄层且能与围岩紧贴的初期支护结构来保护围岩的天然承载力，变围岩体本身为支护结构的主要组成部分，使围岩与支护结构共同形成坚固的承载圈，从而形成长期稳定的支护结构。其核心可归结为一点：运用各种手段（开挖方法、支护、测量及地层预处理等）控制围岩，最大限度地保护和调动围岩的自身能力。而传统的隧道设计施工方法的基本出发点，是按普氏等人的松动围岩压力理论作为基础，它支撑松动围岩荷载，是被动受力，因而其支承结构必然是强大和笨重的结构。实践证明，传统设计方法不仅不经济，而且也不一定安全。

新奥法的主要特点是在岩体力学特性和变形特性以及莫尔理论的基础上，通过多种量测手段对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此指导隧道支护结构的设计与施工，并考虑了隧道掘进时的空间和时间效应对围岩应力与变形的影响，以及支护结构种类、支护结构的构筑时机、围岩压力和围岩变形四者的关系，新奥法思想贯穿在不断变化的设计变更与施工过程中。控制爆破、适时喷、锚及其它支护、及时的现

场量测反馈是新奥法施工的主要措施。因此，新奥法要求在整个施工过程中作连续的、系统的围岩整体性态的动态观测，根据现场量测的数据，不断地对围岩稳定性及支护结构变形与受力状态做出分析评估，并对其作适当调整。实践证明，在岩层中，特别是在软弱、破碎和强度低的不良地质的岩层中修建地下洞室，新奥法比传统方法可以取得更好的技术经济效果。

三、新奥法设计方法

新奥法设计应以工程类比法为主，并通过现场监控量测时进行工程实际检验、确认和修正，必要时可辅以理论计算验算法确定支护参数的方法，主要有以下三种设计方法。

1．工程类比设计法

工程类比设计法是当前锚喷支护结构设计中最广泛应用的方法。工程类比法主要是在编制围岩分类表的基础上，结合拟建工程的围岩等级与工程结构尺寸等条件，参照已建成类似地下工程的经验，直接确定锚喷支护参数与施工方法。但是，工程类比设计法通常要涉及水文地质、工程地质、地形和工程结构及施工方法等诸多方面的因素，并且工程类比法与设计者的工程实践经验关系很大，所以，要进行严格的工程类比较为困难。

2．现场监控量测法

此法又称信息设计法，是新近发展起来的一种以现场量测为手段，以量测信息为确认和修正设计的依据，用来确定初期锚喷支护参数、支护时机、施工方法的设计方法。结合施工过程，它一边进行各种项目内容的量测，一边将量测的成果反馈到设计与施工中，使得支护结构的设计和施工更符合或更接近现场工程实际，也能够适应多变的地质条件和各种不同的施工手段，因而说现场监控量测法比工程类比法更为合理和更为实用可靠。但是，根据现场量测信息，分析判断围岩的动态的经验性很强，且受量测地段的选择、量测数据的处理、量测技术的水平、量测仪具的精度与质量、施工条件的变动等各种因素的影响，使得围岩动态判断的准确程度难以把握和准确的评价，加之量测工作量大和耗资较多，

收稿日期：2008-04-28 作者简介：贺宝桥（1975-），男，四川省成都人，武警水电第三总队第十一支队质量安全股，工程师，学士，主要研究

方向：水工、路桥施工技术与管理。

198 中 国 水 运 第08卷 对施工有一定干扰，使得其推广受到一些阻碍。

3．理论计算验算法

理论计算验算法是在测定岩体和支护边学参数的前提下，根据围岩力学特征建立力学模型，通过计算确定支护参数的方法。力学模型如图所示，其力学关系为：在支护阻力 Pi 作用下，保证围岩不致于失稳的允许周边位移［U］与支护的变形相等，即寻求一个最佳共同工作点及最佳共同工作状态下的支护阻力ＰＥ和相应的支护参数。其数学表达式为： [U]=F（Pe）=f（Pe） 围岩-支护共同工作关系，可以用围岩位移曲线 U=F（Pi）和支护特征曲线U=f（Pi）表达，如图1和2所示。 法，达到安全经济的目的。新奥法施工程序可分为两个过程：

① 施工前预设计阶段。施工前预设计是在认真研究测定资料的基础上进行的。在这一阶段，一般很难完全详细地掌握实际的工程地质和水文地质资料，常常会有一定幅度的变动，故通过在施工中的地质调查和现场监控量测，确认和修正预设计是极其重要的。

② 信息反馈修改设计阶段。在施工前预设计阶段，一般很难全部详细了解实际的地质条件，必须在施工现场进行监控量测，确认和修正施工施工前预设计。因此，新奥法的设计必须要有信息反馈修正设计阶段，这是最终确定设计参数并据以实施的阶段。同时，隧道工程定测阶段地质调查的内容和精度要求，必须满足施工前预设计的要求。对于任何一种施工方法，都不会也不可能是万能的，新奥法也有一定的rσO适用范围。如前所述，新奥法是通过现场的量测管理，积极有效地利用围岩和自稳能力建造隧道的一种方法，就是说，采用新奥法的先决条件是围岩具有一定的自稳能力。 因此，遇到以下情况应用新奥法是有困难的：① 漏水量大的石灰岩溶地段，粘土层和断层破碎带；② 喷混凝土无效的含卵石的粘土层；③ 锚杆不能打入的岩层；④ 不能自稳的砂、砂砾层等。这就要求在隧道施工前要进行地质检查，做好应急准备，在施工中要做好地质超前探，根据预测结果及时调整施工方法，必要时采取地层预注浆、管棚超前支护 等辅助措施。 五、结论 新奥法是在总结前人的隧道工程经验后提出的一套隧道设计、施工新技术。它是以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，将经验、量测和理论相结合，形成的一种隧道工程新概念和方法。新奥法作为一种概念提出来，确实是正确的，但是在应用上却不能僵化，如果生搬硬套新奥法中的某些施POHσσOrPjλPOPjrOθ图1 围岩-支护共同工作的力学模型 Po--------原始应力线A围岩位移曲线支护特性曲线PO-PEPOσr工技术，施工措施，不去理解新奥法这一概念的真谛而导致施工中的失败，是在所难免的。 一般情况下，使用新奥法，都离不开控制爆破、锚喷支护与变形观测这三种手段。在地下工程开挖中，新奥法这一概念在我国已被广泛接受，但其施工方法是建立在钻爆法基础上，它更适用于较坚硬的岩层，对松软、破碎或粘结强度较差的地层，根据实际情况及时修改设计，改变施工方法，从而达到安全经济的目的。 参考文献 12BDCPE3UOUt(U)U3U 图2 围岩-支护共同工作的Pi--U关系示意图 四、新奥法施工过程及适用范围 新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支持能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的地压。其实质是，充分了解隧道及其周围地层中发生的变化，根据实际情况及时修改设计，改变施工方

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