Page 103 - 工程施工技术应用及管理

第四章 隧道工程施工

哥达隧道时，隧道钻爆技术更趋进步，该隧道掘进速度创造了日进 7.3m、月进
171m 的记录。经过 100 多年的发展，钻爆法的施工方法得到了迅猛发展，先后
出现了喷锚支护、控制爆破、新奥法等技术，使得隧洞施工迈向全断面、大断面、
机械化、高效率的发展方向。

（一）设计理论
经过多年的基础工程建设和研究，采用钻爆法施工的隧道及地下工程结构
设计理论正逐步形成一门完善的学科理论。到目前为止，结构设计的发展大致经
历了如下几个阶段：古典压力理论、弹塑性力学理论、新奥法理论、能量支护理

论等。
1. 古典压力理论
古典压力理论认为在支护结构上覆盖的重力是其压力的来源，其代表有
Haim 理论、Rankine 理论和金尼克理论、Terzaghi 理论和普氏理论。但是这种理

论没有考虑围岩自身的承载能力，由于早期地下工程埋置深度不大，此种理论曾
一度被认为是正确的。通过近几十年的研究，隧道所处位置地应力垂直分量的实
测结果表明，地应力垂直分量常常并不等于上覆盖层重力的量值，两者往往有很
大差异，该理论逐渐被人们所怀疑。

2. 弹塑性力学理论
弹塑性力学是固体力学的 1 个重要分支，是研究弹性和弹塑性物体变形规
律的 1 门科学。1678 年，Hooke 提出了弹性体的变形和所受外力成正比的定律；
19 世纪 20 年代，法国的 Navier，Cauchy 和 De Saint Venant 等建立了弹性理论；

1864 年，Tres-ca 提出了最大剪应力屈服条件；Mises 提出形变屈服条件，Prandtl
和 Reuss 提出了塑性力学中的增量理论；Fenner 和 Kasener 分别推导了弹塑性理
论公式。
3. 新奥法理论

新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用
锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使
围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施
工和地下工程设计施工的方法和原则。Rabcewicz 最早把新奥法思想应用于奥地

利阿尔卑斯山深埋硬岩隧道建设，采用柔性支护旨在充分利用“拱效应”——地
层的自承能力；20 世纪 60 年代中期，Muller 把新奥法应用于城市地铁软岩（土）

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