隧道是一种地下结构物,如何判断、评估地层的稳定性直接关系到隧道的结构设计和施工安全问题。
有关隧道工程的最早专门著作,可能要推1556年德国学者格奥尔格乌斯·阿格里科拉(Georgius Agricola)所著的《矿冶全书》(De Re Metallica),虽然那时还没有开始用火药采矿。有关地层压力的研究始于14世纪,随着采矿和隧道工程的发展,地层压力理论也在相应发展。这种研究基本上沿着两个方向进行:一个是把地层视为松散构造的散粒体理论,另一个是把地层视为连续弹性体的弹塑性理论。近百年来,从理论到工程实践,人们对地层压力进行了极其广泛深入的研究,也取得了不少成果,但至今仍未形成系统、圆满、严密的理论。
1907年,俄国学者M.M.普罗托奇雅可诺夫以均质松散体为基础,提出了地层压力的计算方法,即普氏理论,又称自然平衡拱理论,其要点是将围岩视为具有一定黏结力的松散体,洞室开挖后能够在其顶部形成稳定的压力拱,作用在支护上的压力仅为压力拱与支护之间松散岩体的质量。W.利特也认为,对于深埋隧道,作用在其支护结构上的垂直围岩压力,不是由洞顶的整个岩柱质量引起的,而仅是由洞顶某一曲线拱范围内的松动岩块质量引起的。
太沙基以松散介质平衡理论为基础,认为岩体是有一定黏结力的松散介质,当隧道或坑道开挖后,围岩下沉时由于侧压力的作用,在土层破裂面拱顶上方的垂直面上对下沉围岩产生摩阻力。与太沙基的理论类似,A.毕尔鲍曼对浅埋隧道荷重范围进行了修正。(www.daowen.com)
新奥法(New Austrian Tunneling Method,NATM)是以拉布希维兹(L.V.Rabcewicz)、米勒(L.Muller)等人为代表的奥地利学者在总结前人经验的基础上,结合隧道施工经验,于1962年在萨尔茨堡举办的地质力学学术讨论会上提出,并于1964年在《水力发电》杂志上公开发表的一套隧道施工步骤或理念(不仅仅是一种具体的施工方法)。
1980年,奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为:在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支承环结构的设计施工方法。这个定义扼要地揭示了新奥法的核心理论要素——调动围岩的承载力,将围岩本身变为支护结构的重要组成部分,使围岩与构筑的支护结构共同形成坚固的支承环。
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