隧道工程新奥法和新意法PPT文件格式下载.ppt

1、则内层衬砌可视为附加的安全储备；,6,1.3 新奥法原理的要点,5.初期支护应尽量做成柔性的 以便与围岩紧密接触，共同变形和共同承载。因此，初期支护大多采用喷射混凝土、锚杆和钢筋网的联合支护形式。这种衬砌在力学上被视为易变形的壳体结构；6.要尽可能使结构做得圆顺 隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件,因此,要尽可能使结构做得园顺（如做成圆形或椭圆形的），不产生突出的拐角，以避免产生应力集中现象。同时,尽早时结构闭合（封底），以形成承载环；,7,1.3 新奥法原理的要点,7.进行有效的监控量测 在施工过程中，对隧道周边进行位移收敛量测是必不可少的一个重要环节，以此作为合理选择支

2、护结构的形式与尺寸和指导下一阶段施工的依据。8.通过“排堵措施”解决衬砌渗水 对外层衬砌周围岩体的渗水，要通过足够的“排堵措施”予以解决，如在两层衬砌之间设置中间防水层等。以上几点表明：把围岩看作是支护的重要组成部分,并通过监控量测，实行信息化设计和施工,有控制地调节围岩的变形，以最大限度的利用围岩自承能力，是新奥法的核心。,8,9,2 隧道施工过程的力学分析,1 新奥法的基本概率,目录,3 新意法的基本理论,4 新意法设计施工的主要程序,5 新奥法和新意法的对比,2.1 围岩稳定性判据,2 隧道施工过程的力学分析,1.什么是围岩稳定性判据 围岩的二次应力场是客观存在的，但能否造成隧道围岩的失

3、稳破坏，要具有一定的转化条件和转化过程。从工程设计的角度来看，这个转化条件就是所谓判据。隧道围岩破坏机理十分复杂，目前，还没有从理论上建立起一个判别隧道围岩稳定性的标准方法。根据工程设计的实验经验，这个判据主要应包括以下两方面的内容：,10,2.1 围岩稳定性判据,2.围岩二次应力状态与岩体强度的关系 只有围岩的应力状态超过岩体的强度条件，才能造成岩体的塑性变形、剪切破坏、坍塌、滑动、弯曲变形等失稳的前兆。所以，满足岩体的强度条件是围岩失稳和破坏的必要条件。即 二次岩体强度极限 由于岩体中实际存在的不连续性和各向异性，岩体的强度必然不能直接引用岩石的强度公式。虽然岩石力学工作者多年努力，但迄今

4、仍未建立起一个完备而又实用的岩体强度的理论判据。,11,2.1 围岩稳定性判据,3.围岩位移状态和岩体变形能力的关系 隧道是高次超静定结构，围岩局部区域进入塑性状态或受拉破坏，都不一定意味着隧道围岩就将丧失整体的稳定性。除非渐进的强度损失引起岩体变形无法控制，使围岩极度松弛，才有可能导致隧道围岩发生坍塌。所以，满足围岩的变形条件是造成围岩失稳破坏的充分条件。即,uu,12,1.三种情况分析 如果支护过早（A点），支护需提供很大支护力；如果支护过迟（BD点之间），变形过大；最合理支护时机在D的左侧附近的E点。,2.2 围岩与支护结构平衡状态的建立,2 隧道施工过程的力学分析,13,两种极端情况：

5、第一种：洞室开挖后及时支护,且支护为理想的绝对刚性体。此时，支护在图示曲线的A点上工作，支护所需提供的反力达到最大值pmax。,2.2 围岩与支护结构平衡状态的建立,14,两种极端情况：第二种：支护可以允许围岩自由位移，相当于不加支护的情况。此时支护在图示曲线的B点工作，支护反力为零，而周边位移却达到最大值umax。,2.2 围岩与支护结构平衡状态的建立,15,实际上，绝对刚性支护是不存在的，而完全不加支护的洞室在地下工程中也很少采用，所以支护总是在围岩曲线A、B两点之间的任一点工作。例如，当支护特性曲线为时，支护就在C点工作，它负担C以下的压力pc，而围岩则负担C点以上的压力值（p0pc）。

6、因此，可以定性地把围岩位移曲线理解为围岩与支护各自分担若干围岩压力的一条分界线。从理论上讲，最理想的工作点是B点，因为在该点可无需支护,让围岩作为一种天然结构物，去支承全部围岩压力。,2.2 围岩与支护结构平衡状态的建立,16,2.2 围岩与支护结构平衡状态的建立,17,18,3 新意法的基本理论,1 新奥法的基本概率,目录,2 隧道施工过程的力学分析,4 新意法设计施工的主要程序,5 新奥法和新意法的对比,本节主要内容：,新意法的基本原理新意法的基本术语地层变形反应的三个阶段,19,3 新意法的基本理论,3.1 新意法的基本原理,3 新意法的基本理论,1.什么是新意法 新意法又称岩土控制变形

7、分析法（ADECO-RS法），是20世纪70年代中期意大利Pietro Lunardi教授基于对围岩压力拱理论的研究和新奥法施工理论的基础上提出的。定义：通过对隧道掌子面超前核心岩土体的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，将其划分为三种不同类型，据以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越和实现全断面开挖的一种设计施工指导原则。,20,2.新意法的基本原理 隧道掘进时对隧道周边及前方一定范围的围岩产生扰动，改变了围岩原始应力状态。在开挖面周边区域内，围岩由三轴应力逐渐转变为平面应力状态，开挖面及前方一定范围内围岩应力重分布。开挖后围岩变形也在扰动区域内提前发生。1）若开挖面前方围岩处于弹性范围内

8、时，在开挖轮廓线附近产生弹性变形，称为“拱部效应”，此时开挖面处于稳定状态。,3.1 新意法的基本原理,21,2.新意法的基本原理 2）若开挖面前方围岩处于弹-塑性状态，在开挖轮廓四周及开挖面将朝隧道内产生塑性变形，“拱部效应”将从开挖轮廓周围往外移到地层中，但此“转移”只能通过足够的支护措施来实现和控制。,3.1 新意法的基本原理,22,2.新意法的基本原理 3）如果开挖后围岩产生破坏-滑移的应力状态，围岩大变形随之产生，围岩极不稳定，“拱部效应”难以形成，极易引起坍塌。这时必须采取人工支护措施协助围岩形成“拱部效应”。,3.1 新意法的基本原理,23,因此，隧道“拱部效应”的形成及其位置取

9、决于开挖后围岩的变形特征及其大小。,3.2 新意法的术语,3 新意法的基本理论,1.超前核心土：是隧道掌子面前方一定体积的土体，呈圆柱形，圆柱体的高度和直径大致等于隧道直径。2.掌子面挤出变形：是开挖介质对隧道开挖产生的变形反应的主要表现形式，主要发生在超前核心土内；挤出变形的大小取决超前核心土的强度、变形特征及其所处的原始应力场；挤出变形发生在掌子面表面，沿隧道水平轴线方向发展，其几何形状大概呈轴对称，或在掌子面形成螺旋状突出。3.隧道预收敛：是隧道掌子面前方的理论轮廓线的收敛变形，完全取决于超前核心土的强度及变形特性与其原始应力状态间的关系。,24,3.3 开挖过程中隧道的变形类型,3 新

10、意法的基本理论,新意法将隧道的开挖过程分为三种变形类型：预收敛变形、挤出变形和收敛变形。针对上述几种变形形式，如果不及时采取措施，可能发生围岩掉块、地层剥落和隧道塌方等现象。预收敛变形：掌子面前方未开挖的隧道理论轮廓线发生的向隧道内的变形。挤出变形：开挖掌子面时受地应力调整的影响向外水平挤出的变形。收敛变形：掌子面后方已经开挖的隧道轮廓向隧道内的变形。,25,3.3 开挖过程中隧道的变形类型,3 新意法的基本理论,上述新意法中所指的几种变形类型如下图所示：,26,预收敛变形,挤出变形,收敛变形,表示隧道预收敛变形,表示隧道收敛变形,表示侵入隧道理论轮廓线内的围岩,隧道塌方,围岩剥落,岩块脱落,

11、隧道轮廓面,掌子面,岩块脱落,围岩剥落,掌子面塌方,27,4 新意法设计施工的主要程序,1 新奥法的基本概率,目录,2 隧道施工过程的力学分析,3 新意法基本理论,5 新奥法和新意法的对比,本节主要内容：,隧道掌子面稳定性评价处置措施的确定岩土控制变形的实施,28,4 新意法设计施工的主要程序,4.1 隧道掌子面稳定性评价,4 新意法隧道设计施工的主要程序,新意法理论认为，地下洞室的稳定性与拱效应的形成是密切相关的。拱效应能否形成及形成位置可以通过岩体开挖的变形响应来判断。成拱类型如下：1）接近开挖轮廓形成拱效应（A类）；2）远离开挖轮廓形成拱效应（B类）；3）不能形成拱效应（C类）。,29,

12、4.2 处置措施的确定,4 新意法隧道设计施工的主要程序,根据掌子面稳定性的评价结论，参考下表选择确定暗送具体的隧道稳定措施。,30,A类采取简单的约束措施；B类根据隧道进尺采取超前约束或者简单约束措施；C类除采取约束措施外，还必须采取有效的超前支护措施。,4.3 岩土控制变形的实施,4 新意法隧道设计施工的主要程序,1）新意法施工的主要内容与常规方法一致，不同之处在于有些围岩在开挖之前进行超前支护并安装监控设备。2）由于超前支护可以保证掌子面的稳定，所以尽量使用全断面法开挖。全断面开挖可以提高开挖效率，减少围岩扰动次数，且仰拱能及时闭合，掌子面的挤出位移和洞内收敛较小，更有利于隧道的短期稳定

13、。3）新意法还要求掌子面能保持为凹形状态，可使超前核心围岩在纵向形成拱效应，从而保证其稳定性。,31,32,5 新奥法和新意法的对比,1 新奥法的基本概率,目录,2 隧道施工过程的力学分析,3 新意法基本理论,4 新意法设计施工的主要程序,本节主要内容：,新奥法和新意法的不同之处新意法的优点,33,5 新奥法和新意法的对比,5.1 新奥法和新意法的不同之处,5 新奥法和新意法的比较,1 地层变形反应的分析不同 新奥法对地层变形反应的分析仅限于掌子面的后方，且对隧道收敛进行分析；新意法不仅对掌子面后方的地层进行分析，而且更加注重对掌子面及掌子面前方地层的变形反应进行分析，如下图所示：,34,5.

14、1 新奥法和新意法的不同之处,5 新奥法和新意法的比较,2 地层变形反应的控制方式不同,35,新奥法采用锚杆、喷射混凝土、钢拱架、施作仰拱等手段，仅对掌子面后方的隧道施加约束；新意法不仅要求隧道的支护措施要与掌子面保持适当距离，不能落后掌子面太远，以对隧道提供连续的约束作用，而且要求对超前核心土采取适当的防护和加固措施，提高其强度和变形特性，以对隧道提供超前约束作用。对掌子面及掌子面前方地层的变形反应进行分析，如图所示：,5.2 新意法的优点,5 新奥法和新意法的比较,36,1 新意法重视隧道加固措施，把隧道加固措施视为控制和调节变形不可缺少的工具，从而把隧道加固措施视为保证隧道最终稳定的结构的一部分。2 可以对隧道进行完整、可靠的设计，从而使主承包商在各种地层中，甚至在最困难的地层条件下，均可以机械化全断面隧道施工；3 可以估算出工程的工期和造价；4 可以在隧道施工期间容易、客观地量测掌子面-超前核心土体系的应力-应变状态，从而有效克服以前围岩分类方法的缺陷。,37,谢 谢！,