新奧法的應(yīng)用與發(fā)展.ppt

現(xiàn)代隧道施工技術(shù) 新奧法 natm 應(yīng)用與發(fā)展 主要內(nèi)容 一 新奧法簡介 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 四 新奧法應(yīng)用中的幾個問題 三 新奧法施工量測技術(shù) 一 新奧法簡介 一 新奧法簡介 1 新奧法的基本概念 全稱 新奧地利隧道施工法英文名稱 newaustriantunnelingmethod natm 創(chuàng)始人 奧地利學(xué)者l v rabcewicz 從巖體力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā) 采用噴錨支護(hù) 施工測試等手段并與巖體力學(xué)的理論構(gòu)成的一個體系而形成的一種新的施工方法 2 新奧法的基本思想 一 新奧法簡介 應(yīng)用巖體力學(xué)原理 以維護(hù)和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點(diǎn) 將錨桿和噴射砼集合在一起作為支護(hù)的主要手段 錨噴支護(hù) 及時進(jìn)行支護(hù) 以便控制圍巖的變形與松弛 使圍巖成為支護(hù)的組成部分 形成以錨桿 噴射砼和圍巖為三位一體的承載結(jié)構(gòu) 共同支承山體壓力 對圍巖和支護(hù)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測 及時反饋圍巖 支護(hù)復(fù)合體的力學(xué)動態(tài)及其變化狀況 為二次支護(hù)提供合理的架設(shè)時機(jī) 從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工 一 新奧法簡介 3 新奧法的基本要點(diǎn) 傳統(tǒng)工法 應(yīng)用厚壁混凝土結(jié)構(gòu)支護(hù)松動圍巖理論 新奧法 連續(xù)介質(zhì)理論 粘彈 塑性理論 根據(jù)開挖后 從圍巖發(fā)生變形到巖體破壞的時間效應(yīng) 適時構(gòu)筑柔性 薄壁且能與圍巖緊貼的噴射混凝土和錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)來保護(hù)圍巖的天然承載力 轉(zhuǎn)變圍巖本身為支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分 使圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成堅(jiān)固的支承環(huán) 共同形成長期穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu) 一 新奧法簡介 3 新奧法的基本要點(diǎn) 開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破 并盡量采用大斷面或較大斷面開挖以減少對圍巖的擾動 開挖后 盡量利用圍巖的自承能力 充分發(fā)揮圍巖自身的支護(hù)作用 根據(jù)圍巖特征 類別采用不同的支護(hù)類型及參數(shù) 及時施作密貼于圍巖的柔性噴射混凝土和錨桿初期支護(hù) 以控制圍巖的變形和松弛 在軟弱破碎圍巖地段 使斷面及早閉合 以有效發(fā)揮支護(hù)體系的作用 保證開挖穩(wěn)定 一 新奧法簡介 3 新奧法的基本要點(diǎn) 二次襯砌是在圍巖與初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定的條件下修筑 圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)形成一個整體 提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全度 盡量使斷面周邊輪廓圓順 避免棱角突變處的應(yīng)力集中 通過施工中對圍巖和支護(hù)的動態(tài)觀察 量測 合理安排施工程序 進(jìn)行設(shè)計(jì)變更和日常的施工管理 應(yīng)用巖體動態(tài)性質(zhì)的完整力學(xué)概念 科學(xué)性很強(qiáng) 不能單純看成一種施工方法或支護(hù)方法 不能將僅用錨噴或應(yīng)用新奧法部分原理就認(rèn)為是新奧法施工 錨噴支護(hù)不完全等價于新奧法 一 新奧法簡介 4 新奧法的設(shè)計(jì)程序 一 新奧法簡介 5 新奧法的應(yīng)用范圍 鐵路隧道 公路隧道 城市地鐵 地下貯庫 地下廠房 水電站輸水隧洞 礦山巷道等 跨度 可寬達(dá)30m以上 埋深 幾米的淺埋結(jié)構(gòu) 幾千米的深埋結(jié)構(gòu) 地面狀況 山嶺隧道 隧洞 城市地下結(jié)構(gòu) 地質(zhì)條件 硬巖 軟巖 膨脹地層 濕陷性土層 軟弱砂土地層 偏壓地帶 高地應(yīng)力區(qū)等 一 新奧法簡介 5 新奧法的應(yīng)用范圍 具有較長自穩(wěn)時間的中等巖體 弱膠結(jié)的砂和石礫以及不穩(wěn)定的礫巖 強(qiáng)風(fēng)化的巖石 剛塑性的粘土泥質(zhì)灰?guī)r和泥質(zhì)灰?guī)r 堅(jiān)硬粘土 也有帶堅(jiān)硬夾層的粘土 微裂隙的 但很少粘土的巖體 在很高的初應(yīng)力場條件下 堅(jiān)硬的和可變堅(jiān)硬的巖石 在下述條件下應(yīng)用新奧法必須與一些輔助方法相配合 有強(qiáng)烈地壓顯現(xiàn)的巖體 膨脹性巖體 要與仰拱與底部錨桿相配合 在一些松散巖體中 要與鋼背板與之配合 在蠕動性巖體中 要與凍結(jié)法或預(yù)加固法等配合 在下列場合中應(yīng)用應(yīng)慎重 大量涌水的巖體 由于涌水會產(chǎn)生流砂現(xiàn)象的圍巖 極為破碎 錨桿鉆孔 安裝都極為困難的巖體 開挖面完全不能自穩(wěn)的巖體等 一 新奧法簡介 5 新奧法的應(yīng)用范圍 目前已成功應(yīng)用新奧法施工的著名地下結(jié)構(gòu)有 下坑 西坪 大瑤山 軍都山等鐵路隧道 中梁山 縉云山 華鎣山 二郎山 西山坪等公路隧道 以及大多數(shù)地鐵隧道的聯(lián)絡(luò)通道等 一 新奧法簡介 6 新奧法的優(yōu)點(diǎn) 1 經(jīng)濟(jì) 快速 若以面積a為100 設(shè)計(jì)襯砌量b和超挖量的面積c 可以看出 由于采用控制爆破 柔性薄襯砌 新奧法的開挖量為老方法的73 110 151 襯砌量為老方法的20 此外 還可省去全部木模和40 以上的混凝土 降低支護(hù)成本30 以上 2 安全 適應(yīng)性強(qiáng) 一 新奧法簡介 6 新奧法的優(yōu)點(diǎn) 一 新奧法簡介 7 新奧法的缺點(diǎn) 實(shí)施不僅要求有良好的施工組織和管理 也要求技術(shù)人員和量測人員都十分熟練 沒有這一點(diǎn)就易于發(fā)生錯誤 作業(yè)質(zhì)量都與每一個人的仔細(xì)操作有關(guān) 開挖暴露出的地質(zhì)會立即改變其狀態(tài) 因此要求施工地質(zhì)人員要親臨現(xiàn)場 以便發(fā)現(xiàn)問題 用于控制的施工量測 往往給施工帶來不便 干噴射帶來的灰塵以及由于易受化學(xué)藥品的損害必須加強(qiáng)防護(hù) 尤其是對眼睛的防護(hù) 濕噴雖然可以避免此缺點(diǎn) 但在同樣條件下 不如干噴那樣有效的支護(hù)巖體 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 采用噴射混凝土 鋼筋網(wǎng)噴射混凝土 錨桿噴射混凝土或錨桿鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等在毛洞開挖后及時地對地層進(jìn)行加固的結(jié)構(gòu) 1 錨噴支護(hù)的概念 錨噴支護(hù) shotcreteandbolting 是噴射混凝土支護(hù)與錨桿支護(hù)的簡稱 一種 設(shè)計(jì) 施工 監(jiān)測相結(jié)合 的科學(xué)作業(yè)方法 噴射混凝土 錨桿和現(xiàn)場監(jiān)控量測被認(rèn)為是新奧法的三大支柱 1 錨噴支護(hù)的概念 外拱 錨桿 噴層和圍巖共同組成承載環(huán) 支承圍巖壓力 形成新奧法初期支護(hù)結(jié)構(gòu) 內(nèi)拱 二次襯砌 通過監(jiān)測了解外拱變形情況 待支護(hù)抗力與圍巖壓力相適應(yīng)時進(jìn)行外拱封底 使變形收斂 圍巖趨于穩(wěn)定 隨后復(fù)噴混凝土或現(xiàn)澆混凝土 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 2 錨噴支護(hù)的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)省 加快施工進(jìn)度 符合巖體力學(xué)原理的積極支護(hù)方法 柔性好 它能與圍巖變形一致 從而與之構(gòu)成一個共同工作的承載體系 錨噴支護(hù)技術(shù)不再把圍巖僅僅視作荷載 松散壓力 同時還把它視為承載結(jié)構(gòu)的組成部分 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)承受荷載的性質(zhì)為圍巖的形變壓力 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 3 錨噴支護(hù)的適用條件 配合光面爆破等控制爆破技術(shù) 使開挖斷面輪廓平整 準(zhǔn)確 便于錨噴成型 并減少回彈量 減輕爆破對圍巖的松動破壞 維持圍巖強(qiáng)度和自承能力 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 4 錨噴支護(hù)與新奧法的關(guān)系 不能將新奧法等同于錨噴支護(hù) 既有密切聯(lián)系又有原則區(qū)別 錨噴支護(hù)的快速有效的支護(hù)施工手段 才有可能使新奧法的基本原則得以實(shí)現(xiàn) 不把圍巖看成自承結(jié)構(gòu) 不充分發(fā)揮圍巖本身的作用 即使大量采用錨噴支護(hù) 也不能認(rèn)為是應(yīng)用了新奧法 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 5 錨噴支護(hù)的作用原理 噴射混凝土的力學(xué)作用 1 防護(hù)加固圍巖 提高圍巖強(qiáng)度 2 改善圍巖和支護(hù)的力學(xué)狀態(tài) 密閉開挖暴露面 隔絕水和空氣 防止潮解風(fēng)化而剝落或膨脹 砼漿液滲入裂隙或節(jié)理 起膠結(jié)和加固作業(yè) 改變圍巖和支護(hù)的受力狀態(tài)從二向到三向 提高了圍巖的強(qiáng)度 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 5 錨噴支護(hù)的作用原理 錨桿的力學(xué)作用 吊懸作用 減跨作用 組合作用 擠壓加固作用 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 圍巖特性曲線 支護(hù)特性曲線 二 新奧法錨噴支護(hù)技術(shù) 三 新奧法施工量測技術(shù) 三 新奧法施工量測技術(shù) 一 量測在新奧法設(shè)計(jì)施工中的意義和作用 新奧法特點(diǎn) 借助現(xiàn)場量測對圍巖進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測 并據(jù)以指導(dǎo)開挖作業(yè)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工 量測的目的 1 掌握圍巖動態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài) 利用量測結(jié)果修改設(shè)計(jì) 指導(dǎo)施工 2 預(yù)見事故和險情 以便及時采取措施 防患于未然 3 積累資料 為以后的新奧法設(shè)計(jì)提供類比資料 4 為確定結(jié)構(gòu)安全提供可靠信息 5 量測數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理和必要的計(jì)算和判斷后 進(jìn)行預(yù)測和反饋 以保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 二 量測項(xiàng)目及其分類 必測項(xiàng)目 洞內(nèi)目測觀察 內(nèi)空變形量測 拱頂下沉量測 錨桿拉拔力量測 選測項(xiàng)目 對一些具有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進(jìn)行補(bǔ)充測試 以求更深入地了解圍巖的松動范圍和穩(wěn)定狀態(tài)以及未開挖區(qū)段的設(shè)計(jì)與施工積累現(xiàn)場資料 三 新奧法施工量測技術(shù) 1 洞內(nèi)目測觀察 目測觀察目的 1 預(yù)測開挖面前方的地質(zhì)條件 2 為判斷圍巖 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù) 3 根據(jù)噴層表面形態(tài)及錨桿的工作狀態(tài) 分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度 目測觀察內(nèi)容 1 對開挖后沒有支護(hù)的圍巖進(jìn)行目測 2 開挖后已支護(hù)段的目測 3 觀測時間 目測中圍巖破壞狀態(tài)分析 1 危險性不大的破壞 2 危險性較大的破壞 3 塌方征兆的破壞 利用目測結(jié)果修改設(shè)計(jì) 指導(dǎo)施工 三 新奧法施工量測技術(shù) 2 收斂位移量測 收斂位移量測目的 1 為判斷空間穩(wěn)定性提供可靠信息 2 根據(jù)變位速度判斷圍巖的穩(wěn)定程度 為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī) 3 指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計(jì)與施工 監(jiān)測斷面的設(shè)置 應(yīng)距開挖面2m的范圍內(nèi)盡快安設(shè) 并保證爆破后24h內(nèi)或下一次爆破前測讀初次讀數(shù) 三 新奧法施工量測技術(shù) 2 收斂位移量測 側(cè)線布置 測試頻度 三 新奧法施工量測技術(shù) 2 收斂位移量測 拱頂下沉量 三 新奧法施工量測技術(shù) 3 地表下沉量測 量測目的 1 地表下沉的范圍以及下沉量的大小 2 地表下沉量隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律 3 地表下沉穩(wěn)定的時間 地表沉降量測的重要性 測點(diǎn)縱向間距 三 新奧法施工量測技術(shù) 3 地表下沉量測 對于淺埋隧洞 道 距離地表較近 一般采用臺階法施工 則縱向斷面布置測點(diǎn)的超前距離為隧道 洞距地表的深度h與上臺階高度h1之和 整個縱向量測區(qū)間的長度為 h h1 2 5 d h 對于全斷面開挖 則應(yīng)從工作面前方2d處開始量測地表下沉 開挖面距量測斷面d5d 1次 周 三 新奧法施工量測技術(shù) 4 錨桿拉拔力量測 略 5 錨桿軸力量測 略 6 鋼拱架荷載量測 略 7 圍巖內(nèi)變形量測 略 8 噴射混凝土應(yīng)力量測 略 9 二次襯砌應(yīng)力量測 略 三 新奧法施工量測技術(shù) 三 現(xiàn)場量測的規(guī)劃 1 量測項(xiàng)目的確定和量測手段的選擇 2 施測部位的確定和測點(diǎn)的布置 3 實(shí)施計(jì)劃的制定 4 量測管理工作 實(shí)例 中梁山隧道施工監(jiān)控量測方案 三 新奧法施工量測技術(shù) 四 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用 三 新奧法施工量測技術(shù) 1 量測數(shù)據(jù)的處理 圍巖變形 時間的關(guān)系曲線 量測數(shù)據(jù)的回歸分析 量測數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖和曲線 四 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用 三 新奧法施工量測技術(shù) 2 量測數(shù)據(jù)的應(yīng)用 利用量測結(jié)果修改設(shè)計(jì) 指導(dǎo)施工 位移反分析 初期變形速度與最終變形量的關(guān)系 容許位移速率等 根據(jù)內(nèi)空變形速率預(yù)報險情 修改設(shè)計(jì) 根據(jù)最終變形修改開挖斷面尺寸 根據(jù)內(nèi)空變形速度確定二襯構(gòu)筑時機(jī) 提高圍巖類別節(jié)約投資 降低圍巖類別 加強(qiáng)支護(hù)確保工程質(zhì)量等 圍巖最終位移的預(yù)測 一 對新奧法的理解存在爭論 四 新奧法應(yīng)用中的幾個問題 究竟是原理還是方法 奧地利國家地下空間工程委員會正式命名過 新奧地利隧道施工方 natm 這里明確說是方法 但解釋方法時又強(qiáng)調(diào)要遵循這樣一個原理 即通過發(fā)揮圍巖承載環(huán)的主動作用使洞室周圍的圍巖 巖體或土層 成為承載結(jié)構(gòu)部件 此時又強(qiáng)調(diào)的是原理 米勒教授來華講學(xué)及他發(fā)表的系列文章均詳細(xì)闡述過應(yīng)遵循的22條原則 他還說過 隧道工程不僅是一門科學(xué) 而且是一門藝術(shù) 要學(xué)好隧道工程這門藝術(shù) 決不是短時間的事 要經(jīng)過多年的學(xué)習(xí) 這里強(qiáng)調(diào)的是原則和藝術(shù) 而不是我們所理解的具體方法 對 原理 和 方法 名詞的爭論并非無聊的咬文嚼字游戲 原理 可用在很多場所 具有普遍意義 方法 使用條件較具體 具有局限性 原理可滲透到方法之中 把各種方法取得的成就