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一級建造師:新奧法施工

來源:233網(wǎng)校 2010年2月28日
    新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱, 原文是New Austrian Tunnelling Method 簡稱 NATM , 新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲 (L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ), 將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段的一種施工方法,經(jīng)過一些國家的許多實(shí)踐和理論研究, 于60年代取得專利權(quán)并正式命名。之后這個(gè)方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速發(fā) 展, 已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。六十年代NATM 被介紹到我國, 七十年代末八十年代初得到迅速發(fā)展。至今,可以說在所有重點(diǎn)難點(diǎn)的地下工程中都離不開NATM.新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍巖地段修筑隧道的一種基本方法。
    下面僅對新奧法施工作一簡要敘述。
    1 新奧法施工特點(diǎn)
    1.1及時(shí)性
    新奧法施工采用噴錨支護(hù)為主要手段,可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工,因此可以利用開挖施工面的時(shí)空效應(yīng),以限制支護(hù)前的變形發(fā)展,阻止圍巖進(jìn)入松動(dòng)的狀態(tài),在必要的情況下可以進(jìn)行超前支護(hù),加之噴射混凝土的早強(qiáng)和全面粘結(jié)性因而保證了支護(hù)的及時(shí)性和有效性。
    在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護(hù)能有效地制止巖層變形的發(fā)展,并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護(hù)的承載,增強(qiáng)了巖層的穩(wěn)定性。
    1.2封閉性
    由于噴錨支護(hù)能及時(shí)施工,而且是全面密粘的支護(hù),因此能及時(shí)有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落,制止膨脹巖體的潮解和膨脹,保護(hù)原有巖體強(qiáng)度。
    巷道開挖后,圍巖由于爆破作用產(chǎn)生新的裂縫,加上原有地質(zhì)構(gòu)造上的裂縫,隨時(shí)都有可能產(chǎn)生變形或塌落。當(dāng)噴射混凝土支護(hù)以較高的速度射向巖面,很好的充填圍巖的裂隙,節(jié)理和凹穴,大大提高了圍巖的強(qiáng)度。(提高圍巖的粘聚力C和內(nèi)摩擦角)。同時(shí)噴錨支護(hù)起到了封閉圍巖的作用,隔絕了水和空氣同巖層的接觸,使裂隙充填物不致軟化、解體而使裂隙張開,導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。
    1.3粘結(jié)性
    噴錨支護(hù)同圍巖能全面粘結(jié),這種粘結(jié)作用可以產(chǎn)生三種作用:
    ① 聯(lián)鎖作用,即將被裂隙分割的巖塊粘結(jié)在一起若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落,則引起臨近巖塊的聯(lián)鎖反應(yīng),相繼喪失穩(wěn)定,從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù),噴錨支護(hù)的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度是可以抵抗圍巖的局部破壞,防止個(gè)別威巖活石滑移和墜落,從而保持圍巖的穩(wěn)定性。
    ②復(fù)和作用,即圍巖與支護(hù)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合體(受力體系)共同支護(hù)圍巖。噴錨支護(hù)可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力,同時(shí)與圍巖形成了一個(gè)共同工作的力學(xué)系統(tǒng),具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用,從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點(diǎn)。
    ③增加作用。開巷后及時(shí)繼進(jìn)行噴錨支護(hù),一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平,消除因巖面不評引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象,避免過大的應(yīng)力集中所造成的圍巖破壞;另一方面,使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài),提高了圍巖的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角,也就是提高了圍巖的強(qiáng)度。
    1.4柔性
    噴錨支護(hù)屬于柔性薄性支護(hù),能夠和圍巖緊粘在一起共同作用,由于噴錨支護(hù)具有一定柔性,可以和圍巖共同產(chǎn)生變形,在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū),并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展,使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面,噴錨支護(hù)在與圍巖共同變形中受到壓縮,對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護(hù)反力,能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形,防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破壞。
    2新奧法理論要點(diǎn)及施工要點(diǎn)
    2.1 新奧法與傳統(tǒng)施工方法的區(qū)別:傳統(tǒng)方法認(rèn)為巷道圍巖是一種荷載,應(yīng)用厚壁混凝土加以支護(hù)松動(dòng)圍巖。而新奧法認(rèn)為圍巖是一種承載機(jī)構(gòu),構(gòu)筑薄壁、柔性、與圍巖緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)(以噴射混凝土、錨桿為主要手段)并使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同形成支撐環(huán),來承受壓力,并最大限度地保持圍巖穩(wěn)定,而不致松動(dòng)破壞。
    新奧法將圍巖視為巷道承載構(gòu)件的一部分,因此,施工時(shí)應(yīng)盡可能全斷面掘進(jìn),以減少巷道周邊圍巖應(yīng)力的擾動(dòng),并采用光面爆破、微差爆破等措施。減少對圍巖的震動(dòng),以保全其整體性。同時(shí)注意巷道表面盡可能平滑,避免局部應(yīng)力集中。
    新奧法將錨桿、噴射混凝土適當(dāng)進(jìn)行組合,形成比較薄的襯砌層,即用錨桿和噴射混凝土來支護(hù)圍巖,使噴射層與圍巖緊密結(jié)合,形成圍巖-支護(hù)系統(tǒng),保持兩者的共同變形,故而可以最大限度地利用圍巖本身的承載力。
    2.2保護(hù)巷道圍巖自身的承載能力
    新奧法施工在巷道開挖后采取了一系列綜合性措施:構(gòu)筑防水層、圍巖巷道排水;選擇合理的斷面形狀尺寸;給支護(hù)留變形余量;開巷后及時(shí)做好支護(hù)、封閉圍巖等,都是為保護(hù)巷道圍巖的自身承載能力,使圍巖的擾動(dòng)影響控制在最小范圍內(nèi),并加固圍巖,提高圍筵強(qiáng)度。使其與人工支護(hù)結(jié)構(gòu)共同承受巷道壓力。
    2.3允許圍巖由一定量的變形,以利于發(fā)揮圍巖的固有強(qiáng)度。同時(shí)巷道的支護(hù)結(jié)構(gòu),也應(yīng)具有預(yù)定的可縮量,以緩和巷道壓力。
    圍巖的變形是控制在一定范圍內(nèi)的,必須避免圍巖變形過大,從而導(dǎo)致圍巖強(qiáng)度的削弱以致引起垮落、失穩(wěn)。支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的變形量,允許巷道圍巖產(chǎn)生一定的變形,以緩和來自巷道的巨大壓力,更進(jìn)一步減輕支護(hù)荷載。
    2.4新奧法施工過程中量測工作的特殊性
    由于巖體生成條件與地質(zhì)作用的復(fù)雜性,施工條件的復(fù)雜性,以及對工程設(shè)計(jì)參數(shù)的精確要求,得要通過許多量測手段,在施工過程中對圍巖報(bào)考和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。并用監(jiān)測結(jié)果修改初步設(shè)計(jì),指導(dǎo)施工。
    量測的結(jié)果可以作為施工現(xiàn)場分析參數(shù)和修改設(shè)計(jì)的依據(jù),因而能夠預(yù)見事故和險(xiǎn)情,以便及時(shí)采取措施,防患于未然提到施工的安全程度。
    由上所述,新奧法的支護(hù)原則是:圍巖不僅是載物體,而且是承載結(jié)構(gòu);圍巖承載圈和支護(hù)體組成巷道的統(tǒng)一體,是一個(gè)力學(xué)體系;巷道的開挖和支護(hù)都是為保持改善與提高圍巖的自身支撐能力服務(wù)。
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