新奥法
新奥工法（英语：The New Austrian Tunneling method, NATM），全称新奥地利隧道施工法，又称序列开挖法（SEM）或喷射混凝土衬砌法（SCL），是一种现代隧道设计与施工技术[1]。该方法利用精密监测，根据施工中遇到的岩石类型，优化支撑结构的加固方式。[2]
此技术于1960年代首次受到关注，源自Ladislaus von Rabcewicz、Leopold Müller、Franz Pacher于1957年至1965年间在奥地利萨尔兹堡的研究。名称的确立旨在区别于早期方法，强调其经济优势，即利用周围岩体的天然地质强度稳定隧道，而非全面加固整体结构。
新奥工法被广泛认为促进了现代隧道工程的革新，并已成为许多现代隧道的主要挖掘技术。新奥工法在喀斯特地形条件下亦具备高度成本效益。
原理
[编辑]新奥工法运用岩体受载行为的基本原则，结合施工过程中的监测技术。此方法常被形容为“边设计边施工”，但更准确的说法是“边监测边设计”。设计基于对衬砌变形及岩体状况的实时观察进行优化，而非一套固定的开挖与支撑技术。
新奥工法包含六项主要要素：
- 利用岩体固有强度：依赖周围岩体的自然强度作为主要支撑结构。初期支撑的作用是促使岩体自我支撑。
- 喷射混凝土保护：最小化岩体松动与变形，在开挖后立即喷射薄层混凝土以稳定岩层。
- 测量与监测：对潜在变形进行精确监测。要求安装嵌入衬砌、地层及凿孔的精密仪器。如出现位移，仅在必要时增加支撑，以降低总体工程成本。
- 灵活支撑：初期衬砌薄且根据当前地层状况调整。采用主动支撑方式，通过岩栓、钢丝网和钢肋的灵活组合加固隧道，而非加厚混凝土衬砌。
- 迅速完成仰拱面封闭：在软弱地层中，迅速封闭仰拱面形成承载环，有效发挥周围岩体的结构强度。
- 岩体分类：根据岩体硬度与稳定性评估最小支撑需求，避免支撑过强导致的资源浪费。针对不同岩体类型的支撑设计可作为施工指导原则。
通过计算最佳隧道横截面，只需在开挖后立即喷射薄层混凝土，形成自然承载环，减少岩体变形。岩土工程仪器可测量开挖后的变形及岩体内的应力分布。
此监测方法灵活，即便遇到岩体结构变化（如裂缝或矿井水），仍能迅速调整施工方案。加固材料为钢筋混凝土，可结合钢肋或锚栓使用，而非依赖更厚的喷射混凝土。
根据测得的岩体特性，选择适当的加固工具。支撑需求通常依据RMR或Q系统进行评估[3]。21世纪以来，新奥工法广泛应用于软土层隧道及多孔沉积层。此方法允许即时调整施工细节，并需配合灵活的合同机制以支援变更。
学理与术语演变
[编辑]新奥工法最初为阿尔卑斯山地区设计，适用于深层及高地应力条件下的隧道施工。此方法已成为现代隧道工程的基础，针对特定地层条件进行设计。大部分城市隧道位于浅层，与原版新奥工法相比更重视减少沉降，采用的支撑方式因此有所不同，术语使用也出现混淆。
在美国，特别是浅层软土地层隧道，新奥工法的应用促使多种替代名称出现，如“序列开挖法”（SEM）或“喷射混凝土衬砌法”（SCL）。日本则使用“中央分隔墙法”（CDM）及“上半部垂直分隔法”（UHVS）等术语。[4]
奥地利工程师与建筑师协会将新奥工法定义为：“一种将隧道周围岩层或土层整合为整体环状支撑结构的方法，使支撑结构本身成为支撑系统的一部分。”部分工程师将新奥工法广义指代开挖隧道时的初期支撑喷射混凝土。需要注意的是，新奥工法既是设计理念，也是施工方法[5]。
核心特色
[编辑]作为设计理念的新奥工法，其核心特征包括：
作为施工方法的新奥工法，其核心特征包括：
- 隧道逐段开挖并支撑，随地层状况调整施工顺序。
- 初期支撑采用喷射混凝土，辅以纤维或钢筋网加固，搭配钢拱架（如格子梁）及地层加固技术（如土钉或排钉）。
- 最终支撑通常使用铸造混凝土衬砌，设于防水层之上。
- 迅速完成仰拱面封闭，形成结构环，充分发挥隧道上部拱形结构的自然承载力。
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Alun Thomas. Sprayed Concrete Lined Tunnels – 2nd ed. Abingdon, UK: Taylor & Francis. 2019: 288. ISBN 9780367209759.
- ^ Özdemir, Levent. North American Tunnelling 2006. Washington, DC: Taylor & Francis. 2006: 246. ISBN 0-415-40128-3.
- ^ Arild Palmström. Combining the RMR, Q, and RMI Classification Systems. RockMass. 2009.
- ^ Alan Muir Wood. Tunneling: Management by Design. Abingdon, UK: Taylor & Francis. 2002: 328. ISBN 978-0-419-23200-1.
- ^ Victor Romero. NATM In Soft-ground: A Contradiction Of Terms?. Jacobs & Associates. 2002.
延伸阅读
[编辑]- Johann Golser, The New Austrian Tunneling Method (NATM), Theoretical Background & Practical Experiences. 2nd Shotcrete conference, Easton (USA), 4-8 Oct 1976.
