隧道工程-隧道围岩压力理论及隧道设计理论(6)

隧道工程课程报告,学习总结

自上世纪50~60年代以来，以奥地利岩土专家拉布斯维兹和纽勒教授所创建的“新奥法”对传统的支护理论是一次突破。提出了围岩与支护系统共同作用理论。其要点是通过控制爆破和锚喷支护等人为手段尽量保护围岩，限制围岩变形，以现场监测数据为围岩稳定的判据，对地下工程进行设计和施工的新理念。传统的支护理论认为围岩仅仅是荷载，而新奥法认为，围岩在与锚喷支护的共同作用下，不仅是荷载而且也是支护结构的一部分。新奥法是充分利用围岩自承能力，调动围岩自承能力，在松软地层进行地下洞室设计、施工的新理念。

新奥法三要素：光面爆破（控制爆破）、喷射混凝土锚杆联合支护、监控量测等称为新奥法三大要素。喷锚支护所受到的是形变压力，形变压力是随着围岩变形而逐渐减小，也就是说刚度大的支护结构因变形较小反而受到较大的形变压力，反而刚度较小的支护结构（较薄的喷混凝土层）受到较小的形变压力。当变形发展到一定程度时导致岩体破坏，由形变压力突变为松散压力，也就是前面所论述的围岩压力。新奥法的核心是通过施做不同的支护结构一方面允许岩体产生一定的变形，同时还要有效的控制岩体变形，使之达到合理的切合点。

从上世纪70年代推广“新奥法”以来，我国隧道和地下工程施工技术起了巨大的变革。传统的小导坑木支撑在也不见了。全断面、半断面大型机械施工，控制爆破和锚杆喷射混凝土、钢架等先进的技术，全面取代了传统的施工方法。但从地下工程设计方面进展不大，目前各设计院仍以岩土压力作为荷载，只不过在计算二次衬砌时进行了荷载折减。由于地下工程所面对的是岩体，岩体本身是既不均匀又不连续，各向异性的地质体，又受到地质构造（断层、褶皱、局部断裂、节理、岩性、岩石风化程度等等）不确定因素的组合作用，同时还收到影响围岩稳定的地下水的作用，对这样千奇百怪的地质体，目前不可能，将来也见得可能对这样复杂的地质体建立符合实际的数学模型，像对地面结构那样进行理论计算。当前所提出的“信息化设计”既“动态设计”是进行“新奥法”设计的有效方法。“信息化设计” 或“动态设计”是目前地下工程设计的新的方向。

“信息化设计” 或“动态设计”的流程：

① 预设计阶段：根据地质条件、工程条件采用经验方法工程对比法（围岩分级）或必要的有限元计算进行支护系统的与设计；

② 根据预设计进行施工；

③ 对围岩稳定性和支护系统的效果进行现场监测；

④ 对现场监测监测结果进行判释，判释可通过两个方面：其一（主要方面）通过围岩稳定判别标准的经验方法进行判释；其二通过对监测数据进行反分析的理论方法进行判释；

⑤ 根据判释结果对围岩稳定性和支护系统的支护效果进行评价，若安全可继续施工，若过于安全可降低支护系统，若出现险情可暂停施工，并加强支护系统的强度和刚度。 2.4. 非连续介质阶段

目前很多理论（泰沙基、普氏、有限元分析等）均建立在连续介质力学的基础上，实际上的岩体是非常复杂的，在某种情况下很多岩体可以近似为连续介质（似连续介质）用连续介质力学的方法可以求解。但是，也有很多的岩体的破坏形态不符合连续介质力学的规律，如被多条节理和结构面切割的块状岩体。这种岩体的破坏形态属于刚体破坏，一般应用工程地质和力学计算相结合的分析方法，即岩石块体极限平衡分析法（块体平衡理论）。

著名的学者石更华通过大量的研究，得出了块状岩体失稳的三种形态，创造了用赤平投影方法求解块体稳定的几何方法，铁科院西南分院王建宇院长在石更华块体研究的基础上推导了遍有节理块体稳定的解析解法。块体稳定分析方法基本要点：

（1）在地下洞室或边坡的岩体，凡是有三组及以上的结构面连同洞室的临空面，就会将岩体切割成大小不等，位置各异的锥体；

（2）块体失稳三种状态：

① 直接坠落：在重力作用下直接坠落；