新奧法施工原理

在大量的地下工程實踐中,人們普遍認識到,隧道及地下洞室工程,其核心問題,都歸結在開挖和支護兩個關鍵工序上。即如何開挖,才能更有利於洞室的穩定和便於支護:若需支護時,又如何支護才能更有效地保證洞室穩定和便於開挖。這是隧道及地下工程中兩個相互促進又相互制約的問題。

在隧道及地下洞室工程中,圍繞著以上核心問題的實踐和研究,在不同的時期,人們提出了不同的理論並逐步建立了不同的理論體系,每一種理論體系都包含和解決(或正在研究解決)了從工程認識(概念)、力學原理,工程措施到施工方法(工藝)等一系列工程問題。

基本介紹

  • 中文名:新奧法施工原理
  • 外文名:New Austrian Tunnelling Method
  • 別稱:NATM
  • 提出者:拉布西維茲 (L. V. RABCEW ICZ)
  • 提出時間:50年代
  • 套用學科:岩體力學
施工原理,設計理論,基本介紹,彈簧解法,要點,

施工原理

1.新奧法中認為,岩體是結構體系中的主要承載單元,在施工中必需充分保護岩體儘量減少對它的擾動,避免過度破壞岩體的強度。
2.為充分發揮岩體的承載能力,應允許並控制岩體的變形。
3.為了改善支護結構的受力性能,施工中應儘快閉合而成為封閉的筒形結構。
4.在施工中的各個階段,應進行現場量測監視,及時提供可靠的數量足夠的量測信息。
5.為了鋪設防水層,成為了承受錨桿鏽蝕,圍岩性質惡化,流變,膨脹所引起的後續荷載,可採用複合式襯砌。
6.二次襯砌原則上是在圍岩與初期支護變形基本穩定的條件下修築的,圍岩和支護結構形成一個整體,因而提高了支護體系的安全度。
在大量的地下工程實踐中,人們普遍認識到,隧道及地下洞室工程,其核心問題,都歸結在開挖和支護兩個關鍵工序上。即如何開挖,才能更有利於洞室的穩定和便於支護:若需支護時,又如何支護才能更有效地保證洞室穩定和便於開挖。這是隧道及地下工程中兩個相互促進又相互制約的問題。
在隧道及地下洞室工程中,圍繞著以上核心問題的實踐和研究,在不同的時期,人們提出了不同的理論並逐步建立了不同的理論體系,每一種理論體系都包含和解決(或正在研究解決)了從工程認識(概念)、力學原理,工程措施到施工方法(工藝)等一系列工程問題。

設計理論

(1)鬆弛荷載理論其核心內容是:穩定的岩體有自穩能力,不產生荷載:不穩定的岩體則可能產生坍塌,需要用支護結構予以支撐。這樣,作用在支護結構上的荷載就是圍岩在一定範圍內由於鬆弛並可能塌落的岩體重力。這是一種傳統的理論,其代表人物有泰沙基和普氏等人。
(2)岩承理論其核心內容是:圍岩穩定顯然是岩體自身有承載自穩能力:不穩定圍岩喪失穩定是有一個過程的,如果在這個過程中提供必要的幫助或限制,則圍岩仍然能夠進入穩定狀態。這種理論體系的代表性人物有拉布西維茲、米勒-菲切爾、芬納-塔羅勃和卡斯特奈等人.
由以上可以看出,前一種理論更注意結果和對結果的處理:而後一種理論則更注意過程和對過程的控制,即對圍岩自承能力的充分利用。由於有此區別,因而兩種理論體系在過程和方法上各自表現出不同的特點。新奧法是岩承理論在隧道工程實踐中的代表方法。

基本介紹

1.岩體是隧道結構體系中的主要承載單元,在施工中必須充分保護岩體,儘量減少對它的擾動,避免過度破壞岩體的強度。為此,施工中斷面分塊不宜過多,開挖應當採用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。
2.為了充分發揮岩體的承載能力,應允許並控制岩體的變形。一方面允許變形,使圍岩中能形成承載環;另一方面又必須限制它,使岩體不致過度鬆弛而喪失或大大降低承載能力。在施工中應採用能與圍岩密貼、及時築砌又能隨時加強的柔性支護結構,例如,錨噴支護等。這樣,就能通過調整支護結構的強度、剛度和它參加工作的時間(包括閉合時間)來控制岩體的變形。
3.為了改善支護結構的受力性能,施工中應儘快閉合,而成為封閉的筒形結構。另外,隧道斷面形狀應儘可能圓順,以避免拐角處的應力集中。
4.通過施工中對圍岩和支護的動態觀察、量測,合理安排施工程式、進行設計變更及日常的施工管理。
5.為了敷設防水層,或為了承受由於錨桿鏽蝕,圍岩性質惡化、流變、膨脹所引起的後續荷載,可採用複合式襯砌。
6.二次襯砌原則上是在圍岩與初期支護變形基本穩定的條件下修築的,圍岩和支護結構形成一個整體,因而提高了支護體系的安全度。
上述新奧法的基本要點可扼要的概括為:“少擾動、早噴錨,勤量測、緊封閉”。

彈簧解法

1.洞室邊緣某一點A在開挖前具有原始應力(自重應力和構造應力)處於一個平衡狀態。如同一根彈性剛度為K的彈簧,在P0作用下處於壓縮平衡狀態。
2.洞室開挖後,A點在臨空面失去約束,原始應力狀態要調整,如果圍岩的強度足夠大,那么經過應力調整,洞室可處於穩定狀態(不需支護)。然而大多數的地質情況是較差的,即洞室經過應力調整後,如不支護,就會產生收斂變形,甚至失穩(塌方),所以必須提供支護力PE,才能防止塌方失穩。等同於彈簧產生了變形u後,在PE作用又處於平衡狀態。
3.由力學平衡方程可知,彈簧在P0作用時處於平衡狀態;彈簧在發生變形u後,在PE的作用下又處於平衡狀態,假設彈簧的彈性係數為K,則有:
P0=PE+Ku
討論:(1)當u=0時,P0=PE 即不允許圍岩變形,採用剛性支護,不經濟;
(2)當u↑時,PE↓;當u↓時,PE↑。即圍岩發生變形,可釋放一定的荷載(卸荷作用),所以要允許圍岩產生一定的變形,以充分發揮圍岩的自承能力。是一種經濟的支護措施,圍岩的自穩能力P=P0-PE=Ku;
(3)當u=umax時,發生塌方,產生鬆弛荷載,不安全。

要點

1.圍岩是受洞室開挖影響的那一部分岩(土)體,圍岩是三位一體的即:產生荷載、承載結構、建築材料。
2.隧道是修築在應力岩體中的,具有特殊的建築環境,不能等同於地面建築。
3.隧道結構體系=圍岩+支護體系。

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