1、圖解“新奧法”劇仲林The New Austrian Tunneling Method (NATM) is based on a concept whereby the ground(rock or soil)surrounding an underground opening becomes a load bearing structural component through activation of a ring-like body of supporting ground.新奧法是基于一個概念，即通過發揮圍巖承載環的主動作用使隧道圍巖成為承載結構。圍巖承載環圍巖應力狀態HP0=H隧道

2、影響圈圍 巖地面圍巖承載環圍巖應力狀態rR原 巖 彈性區塑性區應力降低區應力升高區原巖應力區彈性狀態徑向應力分布曲線塑性區切向應力分布曲線彈性區徑向應力分布曲線彈性狀態切向應力分布曲線塑性區徑向應力分布曲線彈性區徑向應力分布曲線強度線：=c+tan塑性區內任一點的應力圓均與該線相切P0r承載環需要激發使其成為承載環0圍 巖 莫爾-庫倫破壞準則0=c+tan13=0c3311單元體受力狀態破壞狀態莫爾-庫倫破壞準則0=c+tan13c23311單元體受力狀態破壞角=45+/2極限平衡狀態莫爾-庫倫破壞準則極限平衡狀態坐標下ctgc2sin3131在 坐標下31sin1cos2sin1sin131

3、c245sin1sin12tg2452sin1cos2tgcccc31令莫爾-庫倫破壞準則極限平衡狀態莫爾-庫倫破壞準則0=c+tan1=33c3311單元體受力狀態激發圍巖自承能力就是增大側向應力即3333333莫爾-庫倫破壞準則庫侖準則庫侖（C. A. Coulomb）1773年提出內摩擦準則，常稱為庫侖強 度理論。 庫侖認為：“巖石的破壞主要是剪切破壞，巖石的強度（即抗摩擦強度） 等于巖石本身抗剪切摩擦的粘結力和剪切面上法向力產生 的摩擦力。”若用和代表受力單元體某一平面上的正應力和剪應力，則 這條準則規定：當達到如下大小時，該單元就會沿此平面發生剪切破壞，即： 式中：c粘聚力；f內摩擦

4、系數。 fca庫侖準則引入內摩擦角，并定義f=tan，這個準則在平面上是一條直線。 直線的斜率為f=tan ，截距為c。 剪切面上的正應力和 剪應力可分別由應力 圓給出，如圖所示。 當此應力圓與式(a) 所表示的直線相切時， 即發生破壞。莫爾-庫倫破壞準則莫爾準則莫爾(Mohr)1900年提出：材料的強度是應力的函數， 在極限時滑動面上的剪應力達到最大f(即抗剪強度)， 并取決于法向壓力和材料的特性。這一破壞準則可表示為如下的函數關系，即： f = f（） （b） 此式在- 平面上是一條曲線，它可以由試驗確定， 即在不同應力狀態下達到破壞時的應力圓的包絡線。 這個準則也沒有考慮2 對破壞的影響

5、，這是它存在的 一個問題。莫爾-庫倫破壞準則用莫爾包絡線判別材料的破壞根據莫爾強度理論，在判斷材料內某點處于復雜應力狀態下是否 破壞時，只要在-平面上作出該點的莫爾應力圓。 若應力圓在莫爾包絡線內(圓1)， 則該點沒有破壞。 若應力圓剛好與包絡線相切， 則該點開始破壞，或者稱之為 處于極限平衡狀態。 而與包絡線相割的應力圓(圓3)， 實質上是不存在的，因為當應 力達到這一狀態之前，該點就沿著一對平面破壞了。莫爾-庫倫破壞準則莫爾-庫倫破壞準則莫爾包絡線的型式關于莫爾包絡線的數學表達式，有直線型、雙曲線型、拋物線型和擺線型等多種形式，但以直線型為最通用。直線型 表達式： 此種情況下，莫爾準則與庫

6、侖準則等價。正是因為這點， 在實際中常將式（a）稱為莫爾庫侖準則。 但要注意這兩個準則的物理依據是不盡相同的。ffffC22311)1(2巖石全應力應變曲線巖石全應力應變曲線w巖石全應力應變曲線亦稱“應力-應變圖”。表示材料在外力或外因變化的作用下,應力與應變變化特征的曲線。w全應力應變曲線，表征了巖石從開始變形，逐漸破壞，到最終失去承載能力的整個過程。根據巖石的變形吧全應力應變曲線分為6個階段， 各個階段的特征和反映的物理意義如下：（）OA段，應力緩慢增加，曲線朝上凹，巖石試件內裂隙逐漸被壓縮閉合而產生非線性變形，卸載后全部恢復，屬于彈性變形。（）AB段，線彈性變形階段，曲線接近直線，應力應

7、變屬線性關系，卸載后可完全恢復。（）BC段，曲線偏離線性，出現塑性變形。從B點開始，試件內部開始出現平行于最大主應力方向的微裂隙。隨應力增大，數量增多，表征著巖石的破壞已經開始。（）CD段，巖石內部裂紋形成速度增快，密度加大，D點應力到達峰值，到達巖石最大承載能力。巖石全應力應變曲線巖石全應力應變曲線（）DE段，應力繼續增大，巖石承載力降低，表現出應變軟化特征。此階段內巖石的微裂隙逐漸貫通。（）殘余強度。強度不再降低，變形卻不斷增大。傳統“新奧法”的不足以及圍巖松動圈的存在w傳統的“新奧法”理論基礎是圍巖處于彈性-塑性狀態，實測表明，隧道圍巖存在破壞狀態即存在松動圈。w圍巖松動圈的存在具有客觀

8、性及普遍性，圍巖松動圈是開挖后，隧道周邊客觀存在著的物理狀態，其對應于巖石全應力應變曲線峰后階段的巖石狀態。只有當圍巖強度大于圍巖的應力時，隧道周邊不產生松動圈，此時稱松動圈值為零，隧道實際不存在支護問題。圍巖支護對象就是圍巖松動范圍的松動荷載。rR 圍巖原巖 松動圈應力降低區應力升高區原巖應力區P00承載環隧道圍巖狀態對應于巖石的全應力應變曲線塑性區破裂膨脹穩定區應變軟化區彈性區隧道圍巖周邊環向應力狀態 1/3時，洞頂、底將出現拉應力，其值為而兩側壁將出現壓應力集中，其值為隧道圍巖周邊環向應力狀態31v3v 1/3時，洞壁圍巖均為壓應力集中，頂、底的壓應為而兩側壁壓應力值為當大于圍巖的單軸抗

9、壓強度c時，洞壁圍巖就要破壞（洞壁的徑向應力r=0）。隧道圍巖周邊環向應力狀態31v3v 對于、級圍巖，通常=1/41/2，所以對于這兩種圍巖，拱部中心夾角約60范圍圍巖處于拉應力狀態，錨桿的支護效果較差，最理想的支護是鋼架；而側壁的應力狀態，不論何時，均大于初始應力2倍以上，圍巖必然處于松動-塑性狀態，其最理想的支護是錨固，且錨固應加強。 軟巖隧道圍巖的破壞首先從側壁開始，所以，保證側壁穩定即可保證隧道整體的穩定。根據隧道圍巖應力狀態進行有效支護隧道圍巖破壞坍塌、級隧道圍巖應力狀態及施工要點rRP0r0應力升高區圍巖承載環彈性狀態原巖圍巖切向應力曲線1徑向應力曲線3、級圍巖為彈性狀態，其變形

10、為彈性變形，且在爆破之后基本完成，施工時重點注意局部的吊塊或坍塌，噴射混凝土以平、順為要點，避免應力集中產生，圍巖量測也重點監控局部超挖、坍塌、裂縫等部位。、級隧道圍巖應力狀態及施工要點rRP0r0應力升高區圍巖承載環彈性狀態原巖圍巖切向應力曲線1徑向應力曲線3、級圍巖由外內，為彈性塑性松動狀態，其變形主要為圍巖碎脹變形，只有在初期支護閉合之后方可結束，施工時注意支護要及時，極力控制圍巖應力釋放，以錨桿、鋼架、噴混凝土為主要措施與圍巖形成組合拱作為承載結構；圍巖量測以監控鋼架為目標。應力降低區塑性-松動破壞狀態根據圍巖應力狀態進行有效支護因為施工作業空間的原因，錨桿的方向向下此范圍內的錨桿可以

11、取消此鎖鉸錨桿是關鍵側壁的應力最大，應加強錨固及時閉合，是初期支護成環60“新奧法”與“礦山法” 礦山法是基于一個概念，即以鉆孔爆破為開挖隧道的主要方法、并以經典土力學理論進行隧道支護設計。 礦山法與新奧法一樣，不是施工方法，是一個概念或原理，是一種修建隧道的“哲學”。 礦山法與新奧法是一對并列的概念，而非從屬概念。礦山法定義的重點不是“鉆爆”施工方法，而是“以經典土力學理論”進行的隧道支護設計，經典土力學主要指太沙基理論，其內涵是圍巖是荷載，不作為支護結構的一部分。而新奧法對待圍巖，其不僅是荷載，而且作為支護結構的一部分。太沙基理論圖示“新奧法”與“礦山法”對照鉆爆法開挖噴錨支護礦山法新奧法

12、以經典土力學理論為理論基礎，不考慮圍巖的自承能力以彈塑性力學理論為理論基礎，利用圍巖自承能力噴錨支護考慮圍巖自承能力的，則為“新奧法”，反之為“礦山法”。不考慮圍巖自承能力的支護措施是偏于安全的，但是，這種支護措施圬工量大，受到作業空間、設備、材料以及對結構的質量等要求的限制，難以實現，此時，必須考慮圍巖自承能力。處理特殊地質地段時，如果在保證結構的質量前提下，將圍巖完全看作荷載的措施可以安全實現，那么，這種不考慮圍巖自承能力的支護方案是一個比較理想的方案。反之，就是糟糕的方案。比如在處理支護變形采取的“支撐”方案，開始進行的“強支撐”，由于襯砌結構 “全斷面”方可保證質量的要求，所以在襯砌之

13、前必有拆除“支撐”的工序，這將是十分危險的。“支撐”是礦山法的理念，其配套的施工方法是“替換支撐”，即以二次襯砌替換臨時支撐，這種工法的缺點是防水質量差，襯砌結構整體性差，特別是混凝土接頭，無法滿足對結構的耐久性要求。正常情況下，不考慮圍巖自承能力的施工理念必然是不經濟的，是“不用腦筋用鋼筋”解決問題的思想。“新奧法”與“礦山法”對照按“新奧法”理念處理隧道支護變形，會同時從加強支護和減小荷載兩個方面入手；按“礦山法”理念處理隧道支護變形，就一味加強支護。“新奧法”與“礦山法”對照“新奧法”處理支護變形第一階段“礦山法”處理支護變形第一階段以渣土回填隧道下半斷面，以穩定側壁、減小開挖斷面，是最及時、最安全、最經濟的施工措施的施作臨時仰拱加強側壁錨固加強側壁錨固構件支撐不論是