¿Qué es la arquitectura NATM? NATM Construction NATM es la abreviatura de New Austrian Tunnel Construction. El texto original es NATM El concepto de NATM fue propuesto por el profesor austriaco ICZ en la década de 1950. Se basa en la experiencia en ingeniería de túneles y en la teoría de la mecánica de rocas. El método de construcción que combina varillas de anclaje y hormigón proyectado como método de soporte principal fue patentado y nombrado oficialmente en la década de 1960 después de muchos estudios prácticos y teóricos en algunos países. Desde entonces, este método se ha desarrollado rápidamente en muchos proyectos subterráneos en Europa occidental, Europa del Norte, Estados Unidos y Japón, y se ha convertido en uno de los nuevos símbolos técnicos de la ingeniería de túneles moderna. NATM se introdujo en China en la década de 1960 y se desarrolló rápidamente a finales de la década de 1970 y principios de la de 1980. Hasta ahora se puede decir que NATM es indispensable en todos los proyectos subterráneos claves y difíciles. NATM casi se ha convertido en un método básico para construir túneles en áreas con roca circundante débil y rota. La siguiente es sólo una breve descripción del funcionamiento de NATM. 1 Características de la construcción NATM: 1.1 Oportunidad La construcción NATM utiliza hormigón proyectado y soporte de anclaje como medio principal, que puede seguir de cerca la superficie de excavación en la máxima medida. Por lo tanto, el efecto espaciotemporal de la superficie de excavación se puede utilizar para limitar el desarrollo de la deformación antes del soporte, evitar que la roca circundante entre en un estado suelto y proporcionar soporte avanzado cuando sea necesario. Además, la resistencia temprana y la adhesión integral del hormigón proyectado garantizan la puntualidad del soporte. La construcción de soporte de hormigón proyectado inmediatamente después de la voladura del túnel puede prevenir eficazmente el desarrollo de deformación de la roca, controlar la extensión de la zona de reducción de tensiones, reducir la capacidad de carga del soporte y mejorar la estabilidad de la formación rocosa. 1.2 Cierre Debido a que el hormigón proyectado y el soporte de anclaje se pueden construir a tiempo, es un soporte integral y denso que puede prevenir eficazmente que el agua y la intemperie dañen y despojen la roca circundante, eviten la delicuescencia y expansión del macizo rocoso en expansión y protejan el roca original. Después de la excavación del túnel, la roca circundante puede deformarse o colapsar en cualquier momento debido a nuevas grietas producidas por las voladuras y grietas en la estructura geológica original. Cuando el soporte de hormigón proyectado se dispara contra la superficie de la roca a alta velocidad, las grietas, juntas y cavidades en la roca circundante se rellenan bien y la resistencia de la roca circundante mejora considerablemente. (Mejorar la cohesión C y el ángulo de fricción interna de la roca circundante). Al mismo tiempo, el soporte de hormigón proyectado de anclaje desempeña la función de sellar la roca circundante, aislando el contacto entre el agua y el aire y la formación rocosa, de modo que el relleno de grietas no se ablande ni se desintegre, provocando que las grietas se abran y provocando que la roca circundante volverse inestable. 1.3 El hormigón proyectado adherido y el soporte de anclaje pueden unirse completamente con la roca circundante. Este efecto de unión puede producir tres efectos: ① Efecto en cadena, es decir, los bloques de roca separados por grietas se unen entre sí. Si una roca viva peligrosa en la roca circundante se desliza o cae, provocará una reacción en cadena de los bloques de roca adyacentes y se volverá inestable uno tras otro, lo que provocará el colapso o fragmentación del techo a gran escala. Si el soporte del anclaje de hormigón proyectado se puede realizar a tiempo después de la apertura del túnel, la fuerza de unión y la resistencia al corte del soporte del anclaje de hormigón proyectado pueden resistir el daño local a la roca circundante, evitar que las rocas vivas individuales se deslicen y caigan y así mantener la estabilidad. de la roca circundante. (2) Efecto compuesto, es decir, la roca circundante y el soporte forman un complejo (sistema de tensiones) * * * y la roca circundante de soporte. El soporte de hormigón proyectado puede mejorar la estabilidad de la roca circundante y su propia capacidad de soporte, y al mismo tiempo formar un sistema mecánico que trabaja junto con la roca circundante. Tiene la función de convertir la carga de la roca en una estructura portadora de rocas y cambia fundamentalmente. las debilidades del apoyo pasivo. ③Aumenta el efecto. Una vez abierto el túnel, se debe realizar a tiempo el hormigón proyectado y el soporte de anclaje. Por un lado, se deben rellenar los desniveles en la superficie de la roca circundante para eliminar la concentración de tensiones causada por una mala evaluación de la superficie de la roca y evitar daños a la roca circundante debido a una concentración excesiva de tensiones. Por otro lado, la roca circundante del túnel se esfuerza desde dos direcciones, lo que aumenta la cohesión C y el ángulo de fricción interna de la roca circundante, es decir, aumenta la resistencia de la roca circundante. 1.4 El soporte flexible de hormigón proyectado es un soporte delgado y flexible que puede igualarse estrechamente con la roca circundante. Debido a que el soporte de hormigón proyectado tiene un cierto grado de flexibilidad, puede deformarse junto con la roca circundante, formando un cierto rango de zonas de deformación inelástica en la roca circundante, controlando y permitiendo efectivamente el desarrollo moderado de la zona plástica de la roca circundante. , de modo que se pueda aprovechar al máximo la capacidad autoportante de la roca circundante. Por otro lado, el soporte de hormigón proyectado se comprime con la misma deformación que la roca circundante, produciendo una fuerza de reacción de soporte cada vez mayor sobre la roca circundante, que puede suprimir la deformación excesiva de la roca circundante y evitar que se afloje y dañe. 2 Puntos teóricos y puntos de construcción de NATM: 2.1 La diferencia entre NATM y los métodos de construcción tradicionales: El método tradicional considera la roca circundante del túnel como una carga y utiliza hormigón de paredes gruesas para soportar la roca circundante suelta. NATM cree que la roca circundante es un mecanismo de carga. Construye una estructura de soporte de paredes delgadas, flexible y ajustada (principalmente mediante pernos y varillas de anclaje) y forma un anillo de soporte entre la roca circundante y la estructura de soporte para resistir. la presión. El máximo Mantenga la roca circundante estable al máximo sin aflojarse ni dañarse. NATM considera la roca circundante como parte de los componentes portantes del túnel. Por lo tanto, se debe realizar una excavación de sección completa tanto como sea posible durante la construcción para reducir la perturbación de la tensión de las rocas circundantes alrededor del túnel, y se deben adoptar medidas como voladuras suaves y voladuras diferenciales. Reducir las vibraciones en la roca circundante para mantener su integridad. Al mismo tiempo, se debe prestar atención a la suavidad de la superficie del túnel tanto como sea posible para evitar la concentración de tensiones locales. NATM combina apropiadamente varillas de anclaje y hormigón proyectado para formar una capa de revestimiento relativamente delgada. Es decir, se utilizan varillas de anclaje y hormigón proyectado para soportar la roca circundante, de modo que la capa de hormigón proyectado y la roca circundante se combinan estrechamente para formar un sistema de soporte de roca circundante. y mantener La deformación de los dos maximiza la capacidad de carga de la propia roca circundante.

2.2 Para proteger la capacidad de carga de la roca circundante del túnel, la construcción de NATM adopta una serie de medidas integrales después de la excavación del túnel: construir una capa impermeable y drenar el túnel de roca circundante, seleccionando una forma y tamaño de sección transversal razonables; margen de deformación para el soporte; abrir el túnel El propósito de soportar y sellar la roca circundante de manera oportuna es proteger la capacidad de carga de la roca circundante del túnel, controlar la perturbación de la roca circundante al mínimo y fortalecer la roca circundante; y mejorar la resistencia de la roca circundante. Utilice estructuras de soporte artificiales para resistir la presión del túnel. 2.3 Permitir una cierta deformación de la roca circundante para dar rienda suelta a la fuerza inherente de la roca circundante. Al mismo tiempo, la estructura de soporte de la calzada también debe tener una cantidad predeterminada de contracción para aliviar la presión sobre la calzada. La deformación de la roca circundante debe controlarse dentro de un cierto rango y se debe evitar una deformación excesiva de la roca circundante, que puede debilitar la resistencia de la roca circundante y provocar colapso e inestabilidad. La estructura de soporte tiene una cierta cantidad de deformación, lo que permite que la roca circundante del túnel se deforme hasta cierto punto para reducir la enorme presión del túnel y reducir aún más la carga de soporte. 2.4 La particularidad de la medición durante el proceso de construcción de NATM Debido a la complejidad de las condiciones de formación rocosa y los procesos geológicos, la complejidad de las condiciones de construcción y los requisitos precisos para los parámetros de diseño de ingeniería, es necesario utilizar una variedad de métodos de medición para medir. la dinámica de la roca circundante y el soporte durante el proceso de construcción. Monitorear el estado de funcionamiento de la estructura protectora y el estado de funcionamiento de la estructura de soporte. Los resultados del monitoreo se utilizan para modificar el diseño preliminar y guiar la construcción. Los resultados de las mediciones se pueden utilizar como base para analizar parámetros y modificar el diseño en el sitio de construcción, de modo que se puedan prever accidentes y situaciones peligrosas, de modo que se puedan tomar medidas oportunas para prevenir problemas antes de que ocurran y mejorar la seguridad de la construcción. De lo anterior se puede ver que el principio de soporte de NATM es: la roca circundante es tanto un objeto que soporta carga como una estructura que soporta carga. El círculo que soporta la roca circundante y el cuerpo de soporte constituyen la unidad del túnel y es una unidad; sistema mecánico; la excavación y sostenimiento del túnel son con el fin de mantener y mejorar la capacidad autoportante de la roca circundante. Medios de soporte principales de NATM y secuencia de construcción: NATM utiliza anclaje y soporte de hormigón proyectado como método de soporte principal, porque el anclaje y el soporte de hormigón proyectado pueden formar una capa delgada y flexible que está estrechamente integrada con la roca circundante, de modo que la roca circundante puede deformarse coordinadamente para hasta cierto punto sin Esto hará que la estructura de soporte soporte una presión excesiva. La secuencia constructiva se puede resumir en: excavación → soporte inicial → soporte secundario. 3.1 La excavación incluye: perforación, carga, voladura, ventilación, remoción de escoria, etc. La excavación y el sostenimiento inicial se realizan alternativamente al mismo tiempo. Para proteger la capacidad de autosostenimiento de la roca circundante, el soporte inicial debe realizarse lo antes posible. Para utilizar la capacidad de carga de la roca circundante, se debe utilizar voladura con lechada (voladura controlada) o excavación mecánica, y se debe utilizar excavación de sección completa tanto como sea posible. Cuando las condiciones geológicas son malas, la excavación se puede realizar en bloques varias veces. La longitud de la excavación debe determinarse en función de las condiciones de la roca y del método de excavación. Cuando las condiciones de la roca son buenas, la longitud puede ser mayor, y cuando las condiciones de la roca son malas, la longitud puede ser menor. Bajo las mismas condiciones de roca, la longitud de excavaciones múltiples en bloques puede ser mayor y la longitud de la excavación de sección completa puede ser menor. Generalmente, la longitud es de aproximadamente 2 a 2,5 m en roca de dureza media y de aproximadamente 0,8 a 1,0 m en estratos de expansión. 3.2 La primera operación de soporte incluye: hormigón proyectado primario, soporte de anclaje, red colgante, montaje del marco del arco de acero y hormigón proyectado repetido. Después de excavar el túnel, se debe rociar una fina capa de hormigón (3-5 mm) lo antes posible. Para ganar tiempo, se realizó la primera operación de apoyo sobre el escorial excavado. Una vez finalizada la primera inyección de hormigón sobre la superficie de excavación no cubierta por el escorial, se procedió a descargar la escoria. Las varillas de anclaje están dispuestas en un sistema determinado para fortalecer la roca circundante profunda y formar un arco de carga en la roca circundante. El arco exterior está compuesto por una capa de hormigón proyectado, varillas de anclaje y arcos de carga de la superficie de la roca. función de apoyo temporal y también forma parte del apoyo permanente. Después de volver a pulverizar, se debe alcanzar el espesor de diseño (generalmente 10-15 mm) y las varillas de anclaje, la malla metálica y los arcos de acero deben envolverse en hormigón proyectado. El tiempo para completar el primer soporte es muy importante y generalmente debe completarse dentro de la mitad del tiempo de autoestabilización de la roca circundante después de la excavación. La experiencia de construcción actual es que la roca circundante suelta debe completarse dentro de las tres horas posteriores a la voladura, lo que está determinado principalmente por las condiciones de construcción. Cuando se excavan túneles en zonas de fractura o estratos expansivos (como el granito Fenghua) con condiciones geológicas extremadamente pobres, para prolongar el tiempo de autoestabilización de la roca circundante y ganar tiempo para el soporte inicial y la operación segura, es necesario excavar antes. Realizar la excavación desde el frente. Mientras instala los anclajes, entierre los instrumentos o puntos de medición en la roca circundante y apoye para medir el desplazamiento y la tensión de la roca circundante en el sitio: con base en la información medida, comprenda la dinámica de la roca circundante y la adaptabilidad de la resistencia del soporte a la roca circundante. Después del soporte inicial, cuando la deformación de la roca circundante se estabiliza, el soporte secundario y el sellado posterior, es decir, el soporte permanente (u hormigón proyectado o arco de hormigón vertido), pueden mejorar la seguridad y mejorar la capacidad de carga de todo el soporte. Este Este tipo de sincronización de soporte se puede obtener a partir de los resultados del monitoreo. La inestabilidad de la placa del fondo y la severa deformación del tambor del fondo afectarán inevitablemente la inestabilidad de las paredes laterales y los soportes superiores. Por lo tanto, el fondo debe sellarse lo antes posible para formar un soporte cerrado para buscar la estabilidad de la roca circundante. . El ámbito de aplicación de NATM: ① Masa rocosa media con largo tiempo de autoestabilización; ② Grava débilmente cementada y conglomerado inestable; ③ Roca fuertemente erosionada; ④ Caliza arcillosa de arcilla plástica dura y caliza arcillosa; ⑤ Arcilla dura y arcilla dura; ⑥ Masa rocosa microfisurada que contiene una pequeña cantidad de arcilla; ⑦ Roca dura y roca endurecida en condiciones de campo de tensión inicial alta. La aplicación de NATM debe ir acompañada de algún medio auxiliar en las siguientes situaciones: ① Masa rocosa con fuerte presión sobre el suelo; ② Masa rocosa expansiva (debe estar equipada con invertidos y anclajes inferiores); ③ En algunas masas rocosas sueltas, debe usarse junto con placas de respaldo de acero. ④ En masas rocosas rastreras, debe combinarse con el método de congelación o pre-; método de refuerzo en lo siguiente Debe usarse con precaución cuando: ① Una gran cantidad de agua surge en la masa rocosa (2) El agua surge en la roca circundante (3) La masa rocosa está extremadamente rota, perforando e instalando anclajes; es extremadamente difícil (4) La superficie de excavación es roca completamente inestable Cuerpo, etc.