隧道“新奥法”与“矿山法”对照
工程苦工
2022年11月09日 09:58:17
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引 言 新奥法和矿山法是在不同的历史时期创立起来的专门系统工程技术,是隧道设计和施工的技术法则,而不是一般意义上的施工技术或施工方法。尤其是新奥法的工程原理和技术指导原则与传统的工程技术方法有很大的区别,它要求信息化的设计一施工组织模式。 基本原理

引 言

新奥法和矿山法是在不同的历史时期创立起来的专门系统工程技术,是隧道设计和施工的技术法则,而不是一般意义上的施工技术或施工方法。尤其是新奥法的工程原理和技术指导原则与传统的工程技术方法有很大的区别,它要求信息化的设计一施工组织模式。

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基本原理
新奥法

新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。


采用该方法修建地下隧道时,对地面干扰小,工程投资也相对较小,已经积累了比较成熟的施工经验,工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时,对于岩石地层,可采用分步或全断面一次开挖,锚喷支护和锚喷支护复合衬砌,必要时可做二次衬砌;对于土质地层,一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌,在有地下水的条件下必须降水后方可施工。

新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。 当前,世界范围内应用新奥法设计与施工城市地铁工程取得了相当大的发展。如智利的圣地亚哥新地铁线采用新奥法施工地铁车站,车站位于城市道路下7~9m,开挖面积230㎡,相当于17m(宽)×14m(高)。针对我国城市地下工程的特点和地质条件, 尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。(点击阅读相关文章→新奥法施工) 

矿山法

矿山法又称浅埋暗挖法,与新奥法的不同之处在于,它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下,隧道埋深小于或等于隧道直径,以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通,无污染、无噪声,而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。 

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浅埋暗挖法是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是:利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力,采取适当的支护措施,使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法,主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序,现被施工单位普遍采纳。 

浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针:管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为:动态设计、动态施工的信息化施工方法,建立了一整套变位、应力监测系统;强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用;研究、创新了劈裂注浆方法加固地层;发展了复合式衬砌技术,并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。 

由于该工法在有水条件的地层中可广泛运用,加之国内丰富的劳动力资源,在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广,已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道,而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外,该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。(点击阅读相关文章→隧道施工方法—矿山法

支护作用

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不考虑围岩自承能力的支护措施是偏于安全的,但是,这种支护措施圬工量大,受到作业空间、设备、材料以及对结构的质量等要求的限制,难以实现,此时,必须考虑围岩自承能力。

处理特殊地质地段时,如果在保证结构的质量前提下,将围岩完全看作荷载的措施可以安全实现,那么,这种不考虑围岩自承能力的支护方案是一个比较理想的方案。反之,就是糟糕的方案。比如在处理支护变形采取的“支撑”方案,开始进行的“强支撑”,由于衬砌结构 “全断面”方可保证质量的要求,所以在衬砌之前必有拆除“支撑”的工序,这将是十分危险的。“支撑”是矿山法的理念,其配套的施工方法是“替换支撑”,即以二次衬砌替换临时支撑,这种工法的缺点是防水质量差,衬砌结构整体性差,特别是混凝土接头,无法满足对结构的耐久性要求。

正常情况下,不考虑围岩自承能力的施工理念必然是不经济的,是“不用脑筋用钢筋”解决问题的思想。

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按“新奥法”理念处理隧道支护变形,会同时从加强支护和减小荷载两个方面入手;按“矿山法”理念处理隧道支护变形,就一味加强支护。

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不论是经典土力学理论还是弹塑性力学理论,虽然荷载计算公式各异,但都有一个共同点——荷载与隧道开挖断面直径(或宽度)成正比,所以减小隧道断面→减小隧道直径→减小荷载→减少支护量的思路来处理支护变形,会更安全、更快捷、更经济。

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知识点:隧道“新奥法”与“矿山法”对照


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