挪威在隧道工程方面取得的成就引起了國際隧道界的關(guān)注。挪威作為人口僅520多萬的國家，建起了里程超過1000公里，數(shù)量達(dá)1800條的公路和鐵路隧道，其中已建成的L?rdal隧道，全長24.5公里，是世界上最長的公路隧道，而且越來越多和越來越深的隧道正在挪威開建。

L?rdal隧道是世界上最長的公路隧道

L?rdal隧道是單殼隧道，極大部分都只有錨桿+纖維噴砼支護(hù)

Hardangerbrua大橋兩端的隧道也是單殼隧道

Hardangerbrua大橋隧道洞口，挪威隧道簡單粗曠

隨之而來的一個(gè)問題卻困擾挪威隧道人，很多挪威以外的工程師認(rèn)為挪威隧道技術(shù)只是新奧法（New Austrian TunnellingMethod，簡稱NATM）中的一種形式。這一點(diǎn)并不被挪威本土工程師認(rèn)可，為了與NATM加以區(qū)別，并且突出原創(chuàng)性，他們?yōu)榕餐淼兰夹g(shù)取名為NMT（The Norwegian Method of Tunnelling），即挪威隧道工法。

發(fā)展歷程

1974年Barton等人提出一套巖體分級(jí)和確定對(duì)應(yīng)支護(hù)方式的系統(tǒng)，被Q系統(tǒng)。Q系統(tǒng)被提出后即得到了挪威隧道工程界的歡迎，并在實(shí)際工程中被大量使用，Barton等人根據(jù)積累的使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Q系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使之成為NMT法的核心。截至到目前為止，至少有1500個(gè)案例采用Q系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

1974年至1984年之間，Q系統(tǒng)主要支撐方式為錨桿、鋼筋網(wǎng)噴砼、格柵拱架和澆筑混凝土拱（Cast Concrete Arch，簡稱CCA），與NATM是類似的。在1984年以后，挪威不再使用鋼筋網(wǎng)噴砼、鋼拱架，很少采用CCA，轉(zhuǎn)而采用鋼纖維噴砼和錨桿作為主要支撐方式，這一趨勢在瑞典、芬蘭等北歐國家同時(shí)期發(fā)生；在施工方式上以機(jī)械化快速施工為主，要求開挖后以最短時(shí)間進(jìn)行支護(hù)，減小變形發(fā)生。2000年以來，NMT又發(fā)展了極具效率的高壓注漿（5~10MPa）技術(shù)，大幅減少了隧道滲水，使得纖維噴砼的噴射質(zhì)量和功效進(jìn)一步得以提高，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)“單殼稱砌”在破碎圍巖中應(yīng)用的信心。至此，NMT與NATM的區(qū)別越來越明顯，呈現(xiàn)出獨(dú)特的風(fēng)格。

功效顯著

NMT成為挪威隧道人引以自豪的工法，原因不光在于它具有很強(qiáng)原創(chuàng)性，還在于挪威隧道人認(rèn)為它的功效非常高（Barton等人，1992；Barton，1996；Barton，2012）：

1.提高施工效率——由于NMT不必掛網(wǎng)，不設(shè)鋼拱架，不澆二襯，因此施工時(shí)間大幅縮短，施工最佳進(jìn)度可達(dá)90.2米/天、426米/周、1176米/月。

NMT強(qiáng)調(diào)全機(jī)械化施工，開挖和支護(hù)要及時(shí)

2.節(jié)約施工成本——每米4000~8000美元（斷面大小從45m2至110m2），價(jià)格僅NATM的1/2~1/5；高壓注漿的情況下每米建設(shè)費(fèi)用會(huì)提高20%。

3.施工更加安全——NATM在安裝鋼筋網(wǎng)、鋼拱架時(shí)機(jī)械化程度較低，工人直接面對(duì)沒有很好支護(hù)的巖石，危險(xiǎn)程度很高；NMT主要依靠纖維砼和錨桿，兩個(gè)工況都可以采用全機(jī)械化施工，工人遠(yuǎn)離掌子面，因此被認(rèn)為更加安全。

4.環(huán)保更加有利——NATM水泥、砂石等的用量是NMT的3~5倍，而這些建筑材料都是Co2排放的重要來源，因此NMT建造方式更加綠色環(huán)保。

NMT認(rèn)為快速施工的原因在于圍巖變形最小，最容易發(fā)揮錨桿和噴砼支護(hù)效果和巖體自身承載能力

Q系統(tǒng)

關(guān)于Q系統(tǒng)中參數(shù)意義和組成，可以參考講解圍巖分級(jí)的教科書，這里介紹一下Q系統(tǒng)特點(diǎn)和基礎(chǔ)，主要內(nèi)容來自于Barton在2012年的一次訪談內(nèi)容。

Q系統(tǒng)是NMT的核心。到目前為止至少有1500個(gè)案例應(yīng)用挪威法，這些案例大部分來自挪威，但早期案例也有許多來自于瑞典。正是這些案例，以及許多其他國家的眾多單層洞室，成為挪威圍巖分級(jí)系統(tǒng)——Q系統(tǒng)和及其隧道支護(hù)定義的初始動(dòng)力。Q系統(tǒng)的提出主要是為了回應(yīng)一位國有業(yè)主的問題：“為什么挪威水電站主廠房有這么多不同類型的變形”？

挪威有5000公里的“單殼”隧道，其中3500公里是水工隧洞。后者中許多不加支護(hù)，并被冠以“無襯砌”隧道的名稱，原因在于就隧道用于過水和就其跨度而言，Q值足夠高（不需要支護(hù)），即便考慮某些隧道存在很大地應(yīng)力。

Q系統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)的“單殼”隧道和洞室（單層噴砼）支護(hù)為基礎(chǔ)。Q系統(tǒng)可以針對(duì)于大多數(shù)硬質(zhì)不連續(xù)的巖體，包括巖體位于斷層帶內(nèi)時(shí)，節(jié)理和不連續(xù)面會(huì)填充黏土等軟弱帶的情況。有時(shí)挪威也會(huì)遇到膨脹性黏土的情況，Q系統(tǒng)也需要包括膨脹性粘土的解決方案。正是這些不連續(xù)的節(jié)理面或斷層帶中不連續(xù)面的存在，導(dǎo)致了巖體的內(nèi)摩擦角和黏聚力的不足，也最終解釋了為什么需要采用錨桿和纖維噴砼（B + S（fr））的進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

Q系統(tǒng)根據(jù)不同Q值選擇支護(hù)方式

Barton在2012年的訪談中也談到了NMT支護(hù)的發(fā)展和特點(diǎn)。

纖維噴射混凝土

挪威在1978年開始，鋼筋網(wǎng)+噴砼的方式逐漸被纖維混凝土噴砼取代。同一時(shí)期，該趨勢在瑞典也發(fā)生了。瑞典的承包商同樣進(jìn)行了大規(guī)模的面板試驗(yàn)來證明新型纖維噴砼（S（fr））的優(yōu)越性。挪威首個(gè)研究纖維噴砼（S（fr））的博士論文可追溯至1981年，比英國開展研究更早。

在挪威，纖維噴砼（S（fr））通常采用Dramix不銹鋼纖維和BarChip聚丙烯（表面粗糙）纖維，兩種纖維對(duì)噴砼抗拉強(qiáng)度的提升效果均可以接受。光滑的平板型纖維不應(yīng)在隧道中使用。與NATM施工的案例中通常采用鋼筋網(wǎng)+噴砼不同，挪威在過去30 - 35年間修建的隧道選擇采用纖維噴砼（S（fr））。如果對(duì)比鋼筋網(wǎng)噴砼和纖維噴砼（S（fr））兩種支護(hù)的實(shí)際效果，選擇纖維噴砼就不難理解：鋼筋網(wǎng)不易貼近凹凸不平的圍巖表面，不可避免留下空洞和死角（見下圖）；而纖維噴砼可以與凹凸不平的巖石表面形成完全密貼的效果。下面圖中，鋼筋網(wǎng)噴砼與纖維噴砼的區(qū)別畫的并不夸張，事實(shí)就是如此。

纖維噴砼與鋼筋網(wǎng)噴砼區(qū)別，在挪威鋼筋網(wǎng)噴砼被認(rèn)為是低效的

NMT法要求在噴砼前，需要采用空氣/水射流對(duì)巖石表面進(jìn)行徹底的清洗，事實(shí)上，這一點(diǎn)對(duì)任何地方的隧道支護(hù)是必要的。但這個(gè)過程（當(dāng)然，如果是容易被沖蝕的巖石，應(yīng)該避免）在許多國家被忽視。無需多說，高品質(zhì)的纖維噴射混凝土（S（fr））也是必要的：噴砼和纖維都需要具有優(yōu)良的質(zhì)量。目前，在許多國家，仍然不愿意接受在噴砼中加入纖維和塑性劑等添加劑，認(rèn)為這些“高單價(jià)材料”會(huì)抬高隧道支護(hù)的費(fèi)用。在同一個(gè)國家的長期經(jīng)驗(yàn)表明，不采用高品質(zhì)噴砼的代價(jià)是隧道掘進(jìn)的速度和總成本將受到影響。高品質(zhì)的纖維混凝土需要添加硅粉（在于注漿中也需要），因?yàn)橐l(fā)揮纖維的抗拉就需要混凝土具有優(yōu)良的錨住纖維的能力。由此產(chǎn)生的較低的水/（水泥加填料）比例很容易實(shí)現(xiàn)。

在挪威，纖維混凝土每小時(shí)可施噴25m3以上，回彈量5～10%，典型纖維混凝土強(qiáng)度在50～60MPa，高的可以達(dá)到100MPa以上，混凝土塌落度12～20cm。濕噴纖維砼對(duì)隧道掘進(jìn)和安全是革命性的。

纖維噴砼+防水板+纖維噴砼的結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于瑞典的地鐵中

錨桿

NMT中錨桿是必不可少的支護(hù)措施。錨桿具有強(qiáng)度和延展性，對(duì)于提高巖體的韌性是非常關(guān)鍵的。挪威很多類型錨桿，有臨時(shí)錨桿、纖維錨桿和永久錨桿。挪威重視錨桿防腐，永久錨桿必須有防腐措施。

隨后，挪威開發(fā)了多層防腐巖石錨桿（防腐措施包括：鍍鋅，環(huán)氧涂層“combicoat”，內(nèi)部灌漿層，PVC套管，外部灌漿層），被稱為CT錨桿。這項(xiàng)技術(shù)非常必要，進(jìn)一步增強(qiáng)了挪威建造“單殼”隧道和洞室的信心，其中跨度62m、開挖量14萬m3的Gj?vik地下體育館的修建就是基于這種信心。Gj?vik地下體育館的Q值范圍為2~30（差/一般/好），10cm的鋼纖維混凝土（S（fr））和相應(yīng)錨桿足夠作為洞室的永久性支護(hù)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的安全性，采用了UDEC-BB（一種離散元計(jì)算程序）進(jìn)行校核，計(jì)算結(jié)果為7mm~9mm垂直位移，最終在量測中得到了驗(yàn)證。在入口完成后，主洞室開挖和支護(hù)6個(gè)月就完成了。

多重防腐錨桿—CT錨桿，挪威重視錨桿防腐

鋼筋噴砼加勁環(huán)（RRS）

在易產(chǎn)生擠壓的軟弱巖體、含膨脹性黏土或覆蓋層薄時(shí)，一般厚度的纖維噴砼層提供支撐力可能不足；或者炸開后斷面過于不規(guī)則，而無法使巖體形成承載環(huán)時(shí)，NMT一般采用RRS加勁環(huán)（rib reinforced shotcrete），如下圖所示。

格柵拱架不是也不應(yīng)該是NMT中一部分，即格柵拱架不適合在NMT中使用，因?yàn)樗鼈兪褂脮?huì)加大隧道的變形。當(dāng)格柵作為“Q系統(tǒng)的一部分”加以應(yīng)用時(shí)很可能會(huì)失敗，因?yàn)樗鼜膩聿粚儆赒系統(tǒng)中的支護(hù)類型。因?yàn)榭傮w而言，格柵拱架不是一種高效、快速的支護(hù)措施，容易錯(cuò)過圍巖開挖后寶貴的支護(hù)時(shí)機(jī)。

在不穩(wěn)定圍巖情況下，首先，鋼纖維（S（fr））支護(hù)拱通過機(jī)械手噴射快速形成。然后，再可以施作RRS加勁環(huán)加強(qiáng)對(duì)鋼纖維支護(hù)拱進(jìn)行加固。這種加固效果優(yōu)于格柵拱架。由于加勁環(huán)的錨桿仍然加固圍巖的一部分，因此這種加勁方式，并不會(huì)大幅增加錨桿用量。相比之下，格柵拱架或鋼拱架必須有一定變形后才能發(fā)揮支撐能力。

RRS加勁環(huán)示意和實(shí)際施工

高壓注漿

近十年來，高壓（5~10 MPa）預(yù)注漿已經(jīng)成為NMT法控制圍巖滲水、涌水和加固破碎圍巖的一種標(biāo)準(zhǔn)方法。通過高壓預(yù)注漿，巖體條件總體上得到了很大的改善，從而大大減小超挖，并且實(shí)際上減少了永久性支護(hù)的需求。挪威在最近的三個(gè)鐵路隧道中都采用了高壓預(yù)注漿，但在實(shí)際施工過程中還是要特別關(guān)注高壓注漿對(duì)周圍環(huán)境影響，以及是否真正起到了維護(hù)地下水位。通過實(shí)踐可知，高壓注漿至少應(yīng)該使洞周5~6m范圍內(nèi)的巖層的地震波速和彈性模量增加才稱得上有效。雖然完成一環(huán)高壓預(yù)注漿（包括長鉆孔和注漿）需要20~30個(gè)小時(shí)，但高壓注漿仍稱得上是一種非常好的投資，在破碎圍巖中完成注漿后，巖體更加完整，開挖可以更快，不需要二次襯砌，總體上更便宜。

挪威近年來不斷發(fā)展高壓注漿技術(shù)，注漿后圍巖幾乎干燥

結(jié)論

NMT具有不少優(yōu)點(diǎn)，包括支護(hù)方式、工時(shí)、費(fèi)用有其吸引人的地方，但本文僅是簡要介紹了NMT的一些特點(diǎn)，還稱不上系統(tǒng)性的介紹。挪威隧道設(shè)計(jì)和施工方法都非常靈活，近年來更是發(fā)展迅猛，取得成績也很突出，全面系統(tǒng)的了解挪威隧道工法的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢對(duì)我國隧道工程發(fā)展很有意義，希望引起更多的關(guān)注和了解。

參考

Barton N,Grimstad E, Aas G, Opsahl OA, Bakken A, Pedersen L, Johansen ED (1992) Norwegianmethod of tunnelling. WT Focus on Norway, World Tunnelling, June/August 1992.

Barton N (1996).Investigation, design and support of major road tunnels in jointed rock using NMTprinciples. Keynote Lecture,IX Australian Tunnelling Conf. Sydney.

Barton N (2012) .DefiningNMT as part of the NATM SCL debate. In: Wallace S (ed) TunnelTalk.