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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。
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:
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。
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]。
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:
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