蒋仲达
广西金龙高速公路有限公司
新奥法NATM（New Austrian Tunneling Method）由奥地利学者缪勒、L.V.Rabcewicz上世纪五十年代总结前人在隧道工程中积累的经验后所提出的一套隧道设计、施工的新技术。并在六十年代正式命名，它是应用岩体力学的理论，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支护手段，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。
1.新奥法的技术特点
新奥法是一种把设计、施工、监测相结合的科学的隧道建造方法。它根据围岩性质允许围岩产生适量的变形，并在施工过程中通过喷射混凝土、锚杆、钢支撑对围岩起加固作用，根据围岩量测的结果适时的进行衬砌支护，充分地发挥围岩的自承作用。因此，新奥法在困难地层条件下修建隧洞以及控制围岩的高挤压变量方面，显示了极大的优越性。
（1）新奥法的核心
核心问题就是维护加固围岩、最大限度利用、发挥甚至提高围岩内部结构的自承能力，达到支护最小、费用最少、结构最稳定。
（2）新奥法三大支柱
新奥法理论的实质是对围岩：支护相互作用机理以及支护方法的一种假设和发展，它推翻了以往认为围岩只是单纯外荷的假定，而将围岩的自承能力提高到重要地位，也即将围岩和支护作为一个既相互作用又共同工作的联合体。作为这一概念的支撑条件，喷锚支护、控制爆破和监控量测三项技术均放在其基本要点之中。在施工实践中，新奥法秉承“管超前、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”的施工方针，以光面或双光面爆破、预裂爆破为开挖手段，以喷射混凝土、锚杆和钢拱架、钢筋网构筑初期支护，通过施工量测及信息的及时反馈来实现隧道工程设计和施工的合理化、信息化、科学化，因而一般称控制爆破、喷锚支护与监控量测为新奥法的三大支柱。
（3）适用范围
在围岩变形能量很大或涌水量大、喷射混凝土无效、锚杆不能自主的岩层、围岩稳定性较差的大断面巷道、隧道、硐室等情况下需要其他辅助预加固措施。
（4）支护结构设计方法
在新奥法支护结构的设计问题上，由于岩石和地质作用的复杂性。在隧道构筑过程中，由于开挖方法、支护方法、支护时机、支护结构刚度等对岩体稳定性都有影响，寻求能正确反映岩体状态的物理力学模型是非常困难的。因此，数值解法所得到的成果，目前仅作为新奥法设计的参考。目前，新奥法的设计工作是在基础理论和设计理论的定性成果指导下，通过拟建工程的地质条件与已建工程进行充分的分析对比，以确定本工程的预选设计方案；隧道施工时，对围岩监测布控，自始至终地测量围岩动态变化以监控其全过程，根据施工监测信息来及时反馈回开挖围岩、初期支护或永久支护的动态状况，据此在需要时修改或变更完善施工前预设计，保证现场监测对设计和施工的信息化指导作用。从现场量测获得反映围岩状态的变化量，通过力学计算反推围岩的各项物理和力学参数。
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（5）新奥法成败的关键
新奥法构筑隧道的主要特点是通过许多量测手段对开挖后隧道围岩的动态进行监测，并以此来指导隧道支护结构的设计和施工。快速、准确地进行现场监控量测和信息反馈是应用新奥法施工的关键。要使得隧道施工更安全、更经济，就要通过现场监控量测所获得的围岩、支护的应形和应力等信息及时反馈应用于隧道设计和施工中来实现的。位移量测是新奥法施工时最日常的监测项目，也是恰当选择支护时间的重要依据。
（6）支护特点
在新奥法的应用中，从设计角度考虑，通常将支护分成两部分，其中一次支护和围岩密贴，其力学作用是发挥围岩自承能力，从而达到抑制围岩大变形的目的，在此阶段，允许围岩有一定数量的变形；二次支护作为结构的补强或安全储备，是在变形基本稳定后施作。这种支护概念的前提是：围岩本身具有一定的自稳，在与之匹配的喷锚支护帮助下，其变形由初始较大逐渐减少，以至最后为零。
（7）新奥法的优点
1）可适用于各种地质条件下的大跨及深埋的地下工程，用途极其广泛。
2）由于它使围岩与支护结构共同工作，最大限度地发挥了围岩本身的支承能力，故可减少开挖土石方量，具有省人力、省资源和成本低等优点。
3）由于支护结构是永久性的，不用拆除，不占据有效空间，因而施工作业面宽阔，便于组织大型机械化施工，故可加快施工进度。
4）施工过程中，通过对围岩不断进行量测，可随时判断出围岩和支护结构的安全状态，并可及时采取相应的有效措施，或变更设计或变更施工方法，使设计和施工具有极大的灵活性和可靠的安全性。
2.新奥法的施工原则
新奥法有一整套保护围岩原有强度、容许围岩变形但又不致出现有害松散的基本原则，及时地掌握围岩和支护的变动形态，以此作为指导设计和施工的信息，使围岩变形与限制变形的支护抗力保持动态平衡，所追求的目标是隧洞的安全、稳定和经济。其创始人之一——教授曾指出：“所谓新奥法不是单纯的开挖、支护方法和顺序，而是按照观察到的围岩动态的各项指标来指导施工的方法。”故在按照新奥法原理对软岩隧洞进行设计和施工时，不应死搬硬套，而应根据不同的地质条件、围岩性质和收敛变形值采取不同的施工方法和断面支护参数。
软岩隧道新奥法施工基本原则要点为：
（1）围岩是隧道结构的主要承重部分，尽可能保护围岩的原有强度。开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，以减少爆破冲击波对洞身周围围岩的扰动。力求防止围岩松动和大范围变形，避免围岩出现单轴和双轴应力状态。
（2）根据围岩的特性，采用不同的支护类型和系数，充分发挥围岩的自身的自稳能力。及时施工以控制围岩的变形。初期支护采用能适应围岩变形的密贴于围岩喷射混凝土和锚杆的柔性结构，以减少衬砌受弯机会和挠曲断裂，使围岩通过有控制的弹性变形调整达到自稳目的。其必要强度靠锚杆、钢筋网、钢拱架等辅助措施来达到，而不是加厚衬砌或支护截面。
（3）在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合成环，以有效发挥支护体系的作用，保证隧道洞室的稳定。开挖方法不强求全断面开挖，分部开挖时也要分部封闭成环。
（4）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突出，造成局部应力集中，同时给二次衬砌及隧道结构防排水留下隐患。
（5）通过施工过程中对围岩和支护动态观察、量测，合理安排施工程序，并进行设计变更等日常的施工管理。
（6）在新奥法设计施工中，当选择施工方案或是确定开挖方法时，在确定支护原则、支护方式、支护时机等问题方面，必须充分考虑开挖工作面附近的应力状态的变化情况和变化所涉及的范围这一空间效应问题，必须考虑开挖工作面前进对围岩中应力状态的影响这一因素。
（7）新奥法要求构筑支护结构要有时间效应的概念，要适时，初期支护结构应当具有柔性，刚度不必过大。通过现场量测，控制围岩变形。一方面要容许围岩产生一定变形，以随释放岩体应力，达到新的应力平衡发挥其支撑效果，另一方面又不容许围岩出现有害的松弛而降低或丧失承载能力。
（8）二次衬砌的原则是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，使围岩和支护结构形成一个整体，提高支护体系的安全度。既不要太早，也不要太晚。围岩自稳时间的评定，应根据地质条件的初步调查和量测隧道洞侧的位移来评定。
论文作者:蒋仲达
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/30
标签：围岩论文; 新奥论文; 隧道论文; 量测论文; 结构论文; 方法论文; 应力论文; 《基层建设》2016年2期论文;