新奥法在铁路隧道施工中的应用研究

1 新奥法概述

新奥法全称为新奥地利隧道施工法（New Austrian Tunnelling Method），简记为NATM。1962年，在萨尔茨堡召开的第八次土力学会议上，奥地利的L.V.Rabcewiez教授以本国隧道工程经验和岩体力学理论作为基础，首次提出了围岩视为承载机构，采用现代化的支护构件，如将锚杆和喷射混凝土组合，成为主要支护手段的施工方法。

传统上程理论认为，隧道围岩是荷载机构，必须构筑厚混凝土衬砌，或重型钢支架来支撑。而新奥法认为围岩可以起到承藏作用，可以以喷射混凝上、锚杆和轻型钢拱肋为主要手段，构筑薄层支撑环，形成紧贴围岩的支护结构来承受压力，同时依照合理的施工程序，能够最大限度保证岩体的稳定，不会松弛垮塌。新奥法现在已经成为多种地层情况下进行隧道施工的基本方法，几乎涵盖了大部分重点难点的地下工程。

经过许多国家的理论研究和工程实践，新奥法被证明适应性强，建筑效果显著，应用范用广泛。因此，新奥法逐渐受到普遍重视，自被提出后很快得以在西欧、北欧国家如奥地利、瑞典、瑞士、联邦帝国，发过等的铁路隧道中普及，使用率高达70-80%，图1为奥地利本国采用新奥法施工工程的纪念邮票。

60年代新奥法首次被介绍到我圈，开始推广。到1981年底，采用喷锚支护的隧道1_程总长度已接近7500公里。近年来，又在普济、西坪、下坑、大瑶山、军都山等铁路隧道采用施工。经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，新奥法逐步得以完善，并主要在铁路隧道施工中取得了较大的成就。

2 新奥法施工方式

新奥法施工二是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以充实，进一步发展。新奥法施工方法如图2所示。

3 三要素及铁路施工实例

新奥法可用于各种支护结构，但由于最为常用的是喷锚支护。因此新奥法一般被认为包括三大要素，即喷混凝士、锚杆、量测。

3．1喷射混凝上：喷射混凝上是指向隧洞开挖面喷射一定厚度的混凝土层，利用混凝土干化后的强度支护围岩，能够迅速封闭新开挖基形出来的岩面，使其与大气隔绝，防止风化碎裂，很快获得较高强度，其次是混凝七层可以密贴围岩，其柔软性起到减少应力集中、控制围岩变形，充填表层裂隙，保护和发挥岩体潜力的效应。

3．2锚杆：新奥法中，锚杆的效果在许多情况下会超过喷射混凝士。及时埋设锚杆可以促进围岩衬砌环的迅速形成。根据岩层的具体情况，可以选择采用端部锚固或沿全长灌浆锚固的锚杆。

喷锚支护是将锚杆、混凝土涂层这前两项要索结合，和围岩形成一体，转变成自承拱共同作用，有效地稳定岩体，防止松动塌陷，是新奥法施工中的标准支护手段。还可以使用丝网作为辅助结构，拦挡锚杆之间的破碎岩体，增强混凝土喷层的强度。

喷锚支护结构已经成为新奥法施工的代表方式，在雅山铁路隧道、青藏铁路风火山隧道以及黄土地区大断面隧道施工中椰发挥了显著优势，图4即为雅山隧道中支护结构的复合衬砌图。可见喷锚支护在保证其施工安全方面立下了汗马功劳。

3．3量测：量测工作决定了新奥法施工支护结构设计的经挤性和安仓性。它利用量测仪器、仪表和量测元件，对地表沉陷、嗣岩和支护结构的变形、应力应变等进行量测，来削定永久性支护的选用是否适应铁路隧道的地层类型，以及如何采取稳妥的加强措施，为隧道工程的设计、施工和经营管理提供科学的数据依据。特别是在软岩隧道中，最测数据作为隧道塌方提供客观直接的依据，对运营J舌通乍安全也有着长远意义。量测工作的流程如图4所示。

东秦岭铁路特陡隧道就采用了新奥法进行设计和施工，并把现场监控量测流积列入正式设计文件，指导施工过程的实施。现场监控量测已成为很多工程判断隧道的围岩稳定状态、提供设计信息、指导施工顺序、进行施工管理，保证施工安全的重要手段。

4 隧道施工中新奥法实施原则

在铁路隧道施工中，新奥法不仅是施工支护指导办法，更是隧道工程的基础概念，其实施成功与否取决于理论是否依附于实践，在施工程序是否遵循正确原则。Rabcewiez教授曾经为新奥法设置了22条基本规则，经过归纳总结，可扼要地概括为“减少扰动；尽快喷锚；及时封闭“加强测量”等。

4．1保护围岩，减少对围岩的扰动，充分发挥自承能力。

4．2衬砌是对围岩进行加固，尽快使支护结构闭合，使成为共同体系。

4．3应在恰当的时候为开挖岩心敷设保护层，使用钢支撵加强衬砌。

4．4加强监测，正确掌握支护围岩的时间。

隧洞的主要承载部分是围岩，支护结构起到发挥和保护围岩承载能力的作用。在静力学理论中，隧道的结构可视为岩体承载环和支护衬砌组成的圆筒结构，承载环的闭合起到了关键作用，因此围岩和衬砌的整体化应在初期衬砌中就及早完成，保证衬砌环的稳定与完整。从应力重的分布来考虑.全断面掘进是比较理想的开挖方式。因此，施工方式归根结底要把握一个出发点，那就是保护，调动和发挥围岩的自承能力，在此基础上根据工程实际条件灵活地选择施工及辅助手段。