Новый австрийский метод туннелирования ( NATM ), также известный как метод последовательной выемки ( SEM ) или метод набрызгивания бетона [1] ( SCL ), представляет собой метод современного проектирования и строительства туннелей , использующий сложный мониторинг для оптимизации различных методов армирования стен на основе типа породы, встречающейся по мере продвижения туннелирования. Этот метод впервые привлек внимание в 1960-х годах на основе работы Ладислава фон Рабцевича , Леопольда Мюллера и Франца Пахера между 1957 и 1965 годами в Австрии. Название NATM было призвано отличать его от более ранних методов, с его экономическим преимуществом использования присущей геологической прочности, имеющейся в окружающем скальном массиве, для стабилизации туннеля везде, где это возможно, а не для армирования всего туннеля. [2]
Считается, что NATM/SEM помогли произвести революцию в современной туннельной промышленности. Многие современные туннели использовали эту технику выемки грунта.
Метод последовательной выемки грунта очень экономически эффективен даже в карстовых условиях. [3]
NATM объединяет принципы поведения скальных массивов под нагрузкой и мониторинга производительности подземного строительства во время строительства. NATM часто называют подходом «проектирования по ходу», поскольку он обеспечивает оптимизированную поддержку на основе наблюдаемых условий грунта. Более правильно его можно описать как подход «проектирования по мере мониторинга», основанный на наблюдаемой конвергенции и дивергенции в облицовке и картировании преобладающих условий горных пород. Это не набор конкретных методов выемки и поддержки.
NATM состоит из семи элементов:
На основе расчета оптимального поперечного сечения необходима только тонкая защита из торкретбетона. Она применяется сразу за вырытым забоем туннеля для создания естественного несущего кольца и минимизации деформации скалы. Геотехнические приборы устанавливаются для измерения последующей деформации выемки . Возможен мониторинг распределения напряжений внутри скалы.
Этот мониторинг делает метод очень гибким, даже если команды сталкиваются с неожиданными изменениями в геомеханической консистенции породы, например, из-за трещин или воды в карьере . Армирование выполняется с помощью проволочного бетона, который можно комбинировать со стальными ребрами или болтами с проушинами, а не с более толстым торкрет-бетоном.
Измеренные свойства горных пород предполагают соответствующие инструменты для укрепления туннелей, где требования к опорам традиционно можно оценить с помощью систем RMR или Q. [4] С начала 21-го века NATM используется для разработки мягких грунтов и создания туннелей в пористых отложениях . NATM позволяет немедленно вносить коррективы в детали конструкции, но требует гибкой договорной системы для поддержки таких изменений.
NATM изначально был разработан для использования в Альпах, где туннели обычно выкапываются на глубине и в условиях высокого напряжения на месте . Принципы NATM являются основополагающими для современного туннелирования, и NATM по сути подразумевает конкретное рассмотрение конкретных условий почвы, с которыми приходится сталкиваться. Большинство городских туннелей строятся на небольшой глубине и не нуждаются в контроле высвобождения напряжения на месте, как это было в случае с первоначальным NATM в Альпах. Проекты в городах ставят более высокий приоритет на минимизацию осадки и поэтому, как правило, используют другие методы поддержки, чем первоначальный NATM. Это привело к путанице в терминологии, поскольку инженеры-туннельщики используют «NATM» для обозначения разных вещей.
Появились новые термины , и были приняты альтернативные названия для некоторых аспектов NATM по мере его распространения. Это отчасти вызвано возросшим использованием метода туннелирования в Соединенных Штатах, особенно в неглубоких туннелях в мягких грунтах.
Другие обозначения этого современного стиля туннелирования; Sequential Excavation Method (SEM) или Sprayed Concrete Lining (SCL) часто используются в неглубоких туннелях. В Японии используются термины Centre Dividing Wall NATM или Cross Diaphragm Method (оба сокращенно CDM) и Upper Half Vertical Subdivision method (UHVS).
Австрийское общество инженеров и архитекторов определяет NATM как «метод, при котором окружающие скальные или почвенные образования туннеля интегрируются в общую кольцевую опорную конструкцию. Таким образом, опорные образования сами будут частью этой опорной конструкции». [5]
Некоторые инженеры используют NATM всякий раз, когда предлагают торкретбетон для первоначальной поддержки грунта открытого туннеля. Термин NATM может быть обманчивым в отношении туннелей из мягкого грунта. Как отметил Эмит Браун, NATM может относиться как к философии проектирования , так и к методу строительства . [6]
Ключевые особенности философии дизайна NATM:
Если рассматривать NATM как метод строительства, то его ключевыми характеристиками являются:
Обрушение туннеля аэропорта Хитроу в 1994 году вызвало вопросы о безопасности NATM. Однако последующее судебное разбирательство возложило вину за обрушение на некачественную работу и недостатки в управлении строительством, а не на NATM. [7]