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【摘 要】新奥法是隧道及地下工程普遍推广应用的一种工程方法，在地下工程施工中如何运用好这一原理非常关键。本文介绍了新奥法的基本原理、特点与方法，并针对软弱岩体、中硬岩、高强度应力比条件下的围岩支护强度与支护时机进行了详细的阐述，并介绍了几种常见的支护型式及施工时机。
【关键词】新奥法；围岩；支护；时间
一、新奥法的基本原理与特点
新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称，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。它是以喷锚支护作为主要支护手段，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。
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。
二、各种围岩隧道开挖支护方法与支护时机选择
根据新奥法的基本原理，根据不同围岩的特点，首先是采取合理开挖施工方法，减少对围岩的扰动，必要时要对围岩采取预加固和预支护；然后适时采取不同的支护强度，选择合理的支护时机完成支护；最后是根据支护完成后的隧道围岩变形量测，掌握变形与强度的关键分析，根据变形量与变形速率，决定是否采取二次支护。
1、软弱围岩条件下的开挖支护方法与支护时机选择
这里软弱围岩主要是指岩体强度低的软岩、Ⅳ、Ⅴ类围岩，松散体，断层、破碎带、节理裂隙特别发育的岩体、全风化岩体等岩体完整性差，强度低的岩体。这些围岩的特点是开挖后自稳能力极差，围岩自身承载能力差，开挖后软化非常快等特点。这种围岩条件下，需要进行超前预加固和超前预支护方法来提高围岩承载力，并限制围岩变形，为开挖提供一定的施工自稳时间，完成开挖和支护过程。主要采取的措施有放射型超前预灌浆，超前管棚、超前注浆小导管等措施。
开挖方法：由于自稳能力差，开挖时要从小到大，分层分区逐步开挖，及时完成支护，最后形成完善隧道断面的开挖方法。主要有双侧壁导坑法、台阶预留核心土法、台阶法等施工方法，采取短进尺、机械开挖、人工开挖等无爆破或弱爆破的开挖方法。
常规支护措施：为了提高表层支护刚度，通过约束浅表岩体的松弛变形，让中层支护与表层支护共同形成一个支护体，以充分发挥围岩的自稳能力，因此一般的支护采取喷射砼、挂网、型钢或格栅拱架等表面支护方法。径向中层支护采取注浆小导管，注浆锚杆，自进式注浆锚杆等支护形式，必要时采取深层长锚杆、注浆锚筋束或小锚索等。一方面作为支护锚杆，另一方面注浆再次加固开挖后松弛变形的岩体，从而再次形成一个完整的复合承载拱。同时在开挖后进行支护时，要喷砼封闭掌子面，必要时掌子面还要打超前锚杆，防止掌子面突出等问题的发生。
量测措施：主要采取收敛监测，位移计等，根据支护后的时间与空间变化量和变化速率，持续时间等指标，判定是否对隧道进行二次加固支护。
二次加固支护：采取二次加固支护主要是隧道支护后变形量大，时间长，为了防止围岩松弛承载圈承载能力不足，失稳等问题的发生。主要采取增加承载圈注浆，注浆小导管，锚杆等措施。
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2、普通中硬岩及硬岩条件下的开挖支护方法与支护时机选择
这里中硬围岩主要是指围岩强度较高到高，岩体完整性好，节理裂隙不发育。这种岩体的主要失稳方式为掉块，不稳定块体局部失稳引发整体失稳的破坏模式，主要以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩为主。
开挖方法：由于岩体强度高，承载圈承载能力强，围岩变形量小，自稳时间长等特点，这种围岩不需要超前支护，开挖方法为全断面法，厚层分层开挖法等钻孔爆破施工方法。主要对围岩扰动的控制方法为光面爆破，一方面减少爆破振动松弛深度控制，另一方面提高围岩的成型质量，最大限度地改善围岩应力调整，形成相对均匀的应力分布状态，避免应力集中问题。
支护措施：主要的快速支护形式为针对不稳定块体的锚杆随机支护和初喷喷射砼及时支护形成，防止掉块和不稳定块体失稳问题，系统支护可以滞后于开挖面完成，从而形成开挖，支护流水机械化施工的作业方式。如果没有特殊的功能需要，锚喷系统支护可以作为永久支护措施。Ⅲ类围岩主要采用喷砼，挂网，锚杆支护。Ⅰ类、Ⅱ类围岩只要喷射砼和随机锚杆支护。
3、高地应力地区的开挖支护方法与支护时机选择
高地应力是原始地应力水平在25MPa以上的应力条件下，根据不同的围岩强度形成的不同强度应力比划分出几种类型：
（1）第一类是高地应力，强度应力比在3以上。
这一类主要的问题是局部应力集中，从而发生岩爆、片邦、岩爆型断口掉块等问题。这种情况下开挖控制主要是控制成型质量，减小一次爆破揭示面积，防止一次揭示面积过大后，应力场发生急剧调整从而发生强岩爆的可能。对支护的要求为及时完成表面支护和随机浅层支护，防止浅表层局部应力集中引发岩爆、掉块等问题，从而应力向深处传递，进一步加剧应力集中问题，恶性发展。
主要支护时机按以下顺序进行：开挖后表层喷射砼要及时完成，浅层锚杆及时完成；通过浅表层支护后，在应力调整、围岩变形第一个高峰时段完成后再进行系统深层支护，来接受第二个高峰时段的应力调整；如果深层二次支护完成后仍在持续变形，并且变形速率大，还需要进行第三次加强支护。
（2）第二类是高地应力，强度应力比在3以下。
这一类岩体特点是强度应力比低，通过开挖爆破后，二次应力调整后浅层强度应力比变小，接近1或小于1。主要问题是由于强度应力比低，围岩变形后，浅层应力集中，很快进入塑性区，并进一步向深部发展，形成长时间的应力调整过程。主要的特点是变
形量大，变形时间长，岩体应力调整强烈。主要的表现形式是变形、表面支护体开裂，掉块，锚杆应力增加，位移从浅表逐步向深部发展等现象。
开挖支护控制方法为采用分层分区分部开挖，控制一次开挖揭示面积，采取应力逐步释放，分部完成浅层支护，分区或分层应力阶段性系统调整完成后再进行深层支护，控制塑性区的发展。
支护时机为浅表层支护及时完成，系统深层支护在分区系统性应力调整后再进行支护，防止不同部位深层支护后，支护体应力分布不均匀，导致局部支护体破坏而引发整体支护恶性不良破坏，而发生整体失稳问题。
这种类型的变形时间长，变形量大，收敛时间长，因此监控量测措施采用收敛监测，锚杆应力计，多点位移计，应力测式，锚索应力计，围岩波速持续测试等措施。如果变形速率长时间不减缓，变形量过大，并可能会超过支护体的应变极限时，要及时采取加强支护、围岩松动区、塑性区灌浆等措施，提高和改善这部分岩体的自身承载能力。
三、结语
根据以上三种围岩情况下的分析，不同围岩条件下的开挖支护方法和时机的选择归纳起来有如下几点：
1、软弱围岩主要采用超前支护、控制开挖揭示面积，快速及时支护强支护跟进，监控量测及时形成，并且反馈信息，根据信息决定是否进行二次加固支护，并且根据稳定时间来完成砼衬砌。
2、中硬岩和硬岩主要采取光面爆破，初喷及时完成，随机支护及时跟进，系统支护可以滞后开挖面，从而形成机械化开挖支护流水施工的施工流程。
3、高地应力地区主要采取光面爆破，应力分部分区分层，由小到大的开挖方法，分部完成浅表层支护，分层应力调整初步完成后进行深层支护，分区应力调整后进行加强支护等措施，要加强监控量测工作。
总之，要根据新奥法的基本原理，以充分保护围岩自身承载能力为中心，根据不同的围岩特点采取相应的开挖支护方法，提高承载能力，控制围岩变形松弛。根据可能发生的破坏形式采取相应的对策来加以控制，并且合理使用监控量测措施，提供判别依据，采取措施。
参考文献：
[1]贺宝桥，新奥法设计施工的原理[J]，中国水运，2008,8J,6Q
[2]乔云飞，杨延忠，浅论新奥法施工的原理及其特点[J]，四川水力发电，2007.12，26J（增2）
论文作者:李强
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：围岩论文; 应力论文; 方法论文; 隧道论文; 新奥论文; 强度论文; 措施论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;