（長安大學公路學院陳建勳）
一、隧道設計施工的兩大理論及其發展過程
二十世紀以來，人類對地下空間的需求越來越多，因而對地下工程的研究有了乙個突飛猛進的發展。在大量的地下工程實踐中，人們普遍認識到，隧道及地下洞室工程，其核心問題，都歸結在開挖和支護兩個關鍵工序上。即如何開挖，才能更有利於洞室的穩定和便於支護：
若需支護時，又如何支護才能更有效地保證洞室穩定和便於開挖。這是隧道及地下工程中兩個相互促進又相互制約的問題。
在隧道及地下洞室工程中，圍繞著以上核心問題的實踐和研究，在不同的時期，人們提出了不同的理論並逐步建立了不同的理論體系，每一種理論體系都包含和解決（或正在研究解決）了從工程認識（概念）、力學原理，工程措施到施工方法（工藝）等一系列工程問題。
一種理論是二十世紀20年代提出的傳統的「鬆弛荷載理論」。其核心內容是：穩定的岩體有自穩能力，不產生荷載：
不穩定的岩體則可能產生坍塌，需要用支護結構予以支撐。這樣，作用在支護結構上的荷載就是圍岩在一定範圍內由於鬆弛並可能塌落的岩體重力。這是一種傳統的理論，其代表人物有泰沙基和普氏等人。
它類似於地面工程考慮問題的思想，至今仍被廣泛的應用著。
另一種理論是二十世紀50年代提出的現代支護理論，或稱「巖承理論」。其核心內容是：圍岩穩定顯然是岩體自身有承載自穩能力：
不穩定圍岩喪失穩定是有乙個過程的，如果在這個過程中提供必要的幫助或限制，則圍岩仍然能夠進入穩定狀態。這種理論體系的代表性人物有拉布西維茲、公尺勒-菲切爾、芬納-塔羅勃和卡斯特奈等人。這是一種比較現代的理論，它已經脫離了地面工程考慮問題的思路，而更接近於地下工程實際，近半個世紀以來已被廣泛接受和推廣應用，並且表現出了廣闊的發展前景。
由以上可以看出，前一種理論更注意結果和對結果的處理：而後一種理論則更注意過程和對過程的控制，即對圍岩自承能力的充分利用。由於有此區別，因而兩種理論體系在過程和方法上各自表現出不同的特點。
新奧法是巖承理論在隧道工程實踐中的代表方法。
二、新奧法
新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱，原文是new austrian tunnelling method,簡稱為natm。它與法國稱收斂約束法或有些國家所稱動態觀測設計施工法的基本原則一致。
新奧法概念是奧地利學者拉布西維茲教授於二十世紀50年代提出的。它是以既有隧道工程經驗和岩體力學的理論為基礎，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的一種施工方法，經奧地利、瑞典、義大利等國的許多實踐和理論研究，於60年代取得專利權並正式命名。之後這個方法在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中獲得極為迅速的發展，已成為現代隧道工程新技術的標誌之一。
我國近40年來，鐵路等部門通過科研、設計、施工三結合，在許多隧道修建中，根據自己的特點成功地應用了新奧法，取得了較多的經驗，積累了大量的資料，現已進入推廣應用階段。但在公路部門新奧法的應用僅為50%左右。目前新奧法幾乎成為在軟弱破碎圍岩地段修建隧道的一種基本方法，技術經濟效益是明顯的。
新奧法的基本要點可歸納如下：
1．岩體是隧道結構體系中的主要承載單元，在施工中必須充分保護岩體，儘量減少對它的擾動，避免過度破壞岩體的強度。為此，施工中斷面分塊不宜過多，開挖應當採用光面爆破、預裂爆破或機械掘進。
2．為了充分發揮岩體的承載能力，應允許並控制岩體的變形。一方面允許變形，使圍岩中能形成承載環；另一方面又必須限制它，使岩體不致過度鬆弛而喪失或大大降低承載能力。在施工中應採用能與圍岩密貼、及時築砌又能隨時加強的柔性支護結構，例如，錨噴支護等。
這樣，就能通過調整支護結構的強度、剛度和它參加工作的時間（包括閉合時間）來控制岩體的變形。
3．為了改善支護結構的受力效能，施工中應盡快閉合，而成為封閉的筒形結構。另外，隧道斷面形狀應盡可能圓順，以避免拐角處的應力集中。
4．通過施工中對圍岩和支護的動態觀察、量測，合理安排施工程式、進行設計變更及日常的施工管理。
5．為了敷設防水層，或為了承受由於錨桿鏽蝕，圍岩性質惡化、流變、膨脹所引起的後續荷載，可採用複合式襯砌。
6．二次襯砌原則上是在圍岩與初期支護變形基本穩定的條件下修築的，圍岩和支護結構形成乙個整體，因而提高了支護體系的安全度。
上述新奧法的基本要點可扼要的概括為：「少擾動、早噴錨，勤量測、緊封閉」。
三、用乙個彈簧來理解新奧法原理
1．洞室邊緣某一點a在開挖前具有原始應力（自重應力和構造應力）處於乙個平衡狀態。如同一根彈性剛度為k的彈簧，在p0作用下處於壓縮平衡狀態。
2．洞室開挖後，a點在臨空面失去約束，原始應力狀態要調整，如果圍岩的強度足夠大，那麼經過應力調整，洞室可處於穩定狀態（不需支護）。然而大多數的地質情況是較差的，即洞室經過應力調整後，如不支護，就會產生收斂變形，甚至失穩（塌方），所以必須提供支護力pe，才能防止塌方失穩。等同於彈簧產生了變形u後，在pe作用又處於平衡狀態。
3．由力學平衡方程可知，彈簧在p0作用時處於平衡狀態；彈簧在發生變形u後，在pe的作用下又處於平衡狀態，假設彈簧的彈性係數為k，則有：
p0=pe+ku
討論：（1）當u=0時，p0=pe 即不允許圍岩變形，採用剛性支護，不經濟；
（2）當u↑時，pe↓；當u↓時，pe↑。即圍岩發生變形，可釋放一定的荷載（卸荷作用），所以要允許圍岩產生一定的變形，以充分發揮圍岩的自承能力。是一種經濟的支護措施，圍岩的自穩能力p=p0-pe=ku；
（3）當u=umax時，發生塌方，產生鬆馳荷載，不安全。
四、要點
1．圍岩是受洞室開挖影響的那一部分巖（土）體，圍岩是三位一體的即：產生荷載、承載結構、建築材料。
2．隧道是修築在應力岩體中的，具有特殊的建築環境，不能等同於地面建築。
3．隧道結構體系=圍岩+支護體系。
思考題：
1、 公路隧道按地理位置分為哪幾類，各有什麼優點？
2、 公路隧道包括哪些工程專案，各有什麼作用？
3、 新奧法設計施工的原理是什麼？
新奧法在施工中應用
由此可見，新奧法在地鐵中的施工應用，應注意塌方危險段，即先進導坑開挖段的穩定性問題，它與開挖環境中的地層條件 外部孔隙水壓力是否滲透及襯砌的設計等因素均有密切的聯絡 5,6 隨著新奧法技術的普及，其在地鐵施工中的特點可歸結為 將隧道圍岩作為一種支護結構和噴錨支護共同構成對地鐵隧道的支撐體系 將圍岩視...
新奧法施工特點
1 及時性 新奧法施工採用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應，以限制支護前的變形發展，阻止圍岩進入鬆動的狀態，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結性因而保證了支護的及時性和有效性。在巷道爆破後立即施工以噴射混凝土支護能有效...
什麼是新奧法施工
新奧法即新奧地利隧道施工方法的簡稱,原文是 new austrian tunnelling method 簡稱 natm 新奧法概念是奧地利學者拉布西維茲 l.v.rabcew icz 教授於 50 年代提出的,它是以隧道工程經驗和岩體力學的理論為基礎,將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護手段的...