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公路桥梁工程与隧道施工

力和位移随时间与空间的发展演化规律，进而有效地分析隧道稳定性，合理选择内衬
施作时机及其支护刚度，优化隧道结构设计。
（一）时间效应
在岩体地层开挖隧道的过程中，伴随着开挖面地向前推进，如何尽可能地使岩体
的初始应力状态不受过大扰动，从而使围岩处于相对稳定状态是一个非常复杂的问题。

新奥法的基本思想在于把岩体视为连续介质，在粘、弹、塑性理论指导下，根据在岩
体中开挖隧道后从变形产生到岩体破坏，要有一个时间历程，适时地构筑支护结构，
使围岩与支护共同形成坚固的承载环。这里提及的“隧道围岩从变形产生到破坏的过

程”这一时间效应，主要反映在围岩应力和变形随时间而持续增长发展，包括两部分
内容：①围岩介质固有的流变性态；②围岩应力与变形随时间而不断地逐步释放由隧
道作业面沿纵向的“虚拟支撑力”和沿横向的围岩“承载拱效应”，产生对围岩应力
和变形的约束作用。

由于开挖作业面的空间“虚拟”支撑作用，在开挖面附近隧道围岩受到作业面空
间效应约束，其应力与变形逐步释放。当开挖面向前推进时，岩体本身固有的流变时
效逐渐显现并发展，尤其是对软弱破碎围岩，开挖面空间效应消失之后，隧道边界因

开挖引起的围岩荷载完全释放，而此时，围岩流变的黏性时效仍将持续存在，围岩应
力与变形的后续释放主要由岩体流变产生。对于挤压性地层之类高地应力大变形软岩
言，过大变形将使围岩进入粘塑性时效屈服状态，在变形及其速率持续增长条件下，
此时若不及时支护，将导致围岩垮落、坍塌和失稳。
对洞体围岩属于高地应力、软弱破碎的大变形软岩，它给衬护结构的设计和施工

工艺带来一系列特殊性问题。这类岩体具有明显的时效流变特征，高地应力大变形软
岩沿洞周的“挤入型”大变形，可以归属于一种变形速率快而收敛速率慢的岩体非线
性蠕变研究范畴。这类岩体的力学特征是强度低、压缩性高、自稳和自承能力差，其

岩体流变属性十分明显，洞体变形具有突出的黏性时效特征。只有计入岩体的流变时
效于工程实际施工，在理念上才是完善的，隧道的变形与受力也更符合实际。
（二）空间效应
在隧道开挖过程中及开挖之后，围岩存在着两种主要的、不同的支护作用，即开

挖面空间效应。隧道开挖面的空间几何效应在横断面上表现为“环形”约束，在纵断
面上则表现为“半圆弯”约束（见图 7-1），这两种约束方式的联合作用使得开挖面
附近一定范围内的围岩体在无支护的情形下得以稳定。
围岩的第一种支护作用发生在隧道的横断面上，如图 7-1a 所示，即人们所熟悉

的“成拱作用”。以往，人们认为围岩的“成拱作用”主要出现在开挖横断面顶部，
而现在已逐步认识到“成拱作用”是一个包括由顶部、侧帮和底部围岩所形成的完整

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