隧道及地铁区间一般深埋于地下岩土介质中，现实工程实践中只有真正深入到地下空间才能感知到隧道区间的存在及施工流程，这极大增加了学生的学习难度。通过地下工程施工的虚拟仿真试验教学项目，可以使学生在实验室内即可直观感受隧道在地表以下地层中的断面开挖成型及线路走向延伸过程，辅助以传统的新奥法施工技术，呈现出完整建造隧道及地铁区间的施工技术和工艺流程，借助3D头盔和眼镜等辅助设备，学生可以沉浸进入到掘进机的内部进行按键操作，模拟掘进机掘进施工的全过程，这可以极大提高学生的专业学习兴趣，激发学生的创新实践能力。具体实验目的：
（1）掌握新奥法施工工艺和流程；
（2）理解新奥法设计原理和应用条件；
（3）熟悉新奥法在地下工程应用案例。
（1）新奥法的含义
新奥法是新奥地利隧洞施工法的简称，它是一种集设计、施工、监测于一体的科学的隧道施工方法。将地层视为连续介质体，在粘、弹、塑性理论的指导下，充分考虑了地层开挖隧道后，从变位发生、发展到岩土体出现破坏过程的时间效应特性，适时构筑柔性、薄壁、能与周围地层贴紧的支护结构，保护隧道周围地层的天然承载力，使其成为支护结构的重要组成部分，与人工构筑的支护结构共同作用，形成可靠的洞周支撑环，使隧道结构能保持长期稳定。
（2）新奥法基本原理
新奥法是完全不同于传统矿山法的一种新理念，它摒弃了应用厚壁混凝土结构支护松动围岩的理论：
①钻爆开挖时宜采用对围岩扰动较小的控制爆破，尽可能采用大断面少部分的开挖方法，减少对围岩的扰动，以免破坏岩体的稳定；
②隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩的自身支护作用；
③根据围岩级别，采用不同的初期支护，及时施作密贴于围岩的柔性支护（如钢拱架、喷射混凝土和锚杆等），以控制围岩的变形和松弛；
④在软弱破碎地段，使断面及早闭合，从而增加支护结构的刚度，有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性；
⑤二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修建，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高支护体系的安全度；
⑥尽量使开挖后的隧道断面周边轮廓光滑、圆顺，避免棱角突变处应力集中；
⑦在施工中对围岩和支护结构进行合理的监控测量，以便能够合理安排施工程序，修整不合理的设计和施工方法。
（3）新奥法的分类
按开挖隧道的横断面分部情形分类，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。具体包括：①台阶法；②单侧壁开挖法；③双侧壁开挖法；④核心土开挖法；⑤CD开挖法；⑥CRD开挖法。
（4）新奥法施工工艺
①台阶法施工工艺
②单侧壁开挖法施工工艺
③双侧壁开挖法施工工艺
④核心土开挖法施工工艺
⑤CD开挖法施工工艺
⑥CRD开挖法施工工艺
（5）新奥法的辅助施工方法
（1）实验方法描述
地下工程虚拟仿真实验教学项目的开展要严格遵循国家和行业相关标准和规范，结合相关课程教学大纲要求、教材具体内容和实验指导书中的原理与步骤，操作过程必须规范、科学，严格按照施工技术和工序进行实验，尽量减小实验结果将与系统预设结果的差距。
依据工程现场的地质勘探资料和生产资料，参照施工的平剖面图，设定工程施工准备项目，并进行逐步确认和选择；模拟施工技术，熟悉施工流程，掌握施工技术参数的选择和确定依据，最终完成具体工程的施工全过程学习和测试工作；期间，若是选择不恰当，施工工序无法继续进行，系统会自动提示，并要求学生进行修改完善。
（2）学生交互性操作步骤说明
①台阶法
学生选定台阶开挖方法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟台阶法开挖的施工工艺。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对正台阶法的优缺点进行简要评价。
②单侧壁开挖法
学生选定单侧壁开挖法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟单侧壁开挖法的施工工艺。单侧壁开挖法的工艺流程如图5所示。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对单侧壁开挖法的优缺点进行简要评价。
③双侧壁开挖法
学生选定双侧壁开挖法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟双侧壁开挖法的施工工艺。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对双侧壁开挖法的优缺点进行简要评价。
④核心土开挖法
学生选定环形开挖法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟环形开挖法的施工工艺。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对环形开挖法的优缺点进行简要评价。
⑤CD开挖法
学生选定CD开挖法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟CD开挖法的施工工艺。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对CD开挖法的优缺点进行简要评价。
⑥CRD开挖法
学生选定CRD开挖法后，通过鼠标的顺序操作能够模拟CRD开挖法的施工工艺。
操作要求：能够实现在隧道开挖断面上，通过鼠标选取相应的机具，并在隧道断面的对应位置完成点击，按照规定顺序完成整个施工流程模拟。
操作结束后，要求学生对CRD开挖法的优缺点进行简要评价。