国外隧道应用新意法施工实例(图片)
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称引言新奥地利隧道施工方法（NATM）是一种在隧道工程中常用的施工方法，它是在20世纪60年代和70年代由奥地利工程师和科学家们开发出来的。
这种方法在全球范围内得到了广泛应用，并取得了显著的成果。
本文将详细介绍新奥地利隧道施工方法的特点、原理及应用，并对其优缺点进行讨论。
一、新奥地利隧道施工方法的特点1. 整体式施工新奥地利隧道施工方法采用的是整体式施工，相对于传统的分阶段施工方法，它可以减少施工期间的地表沉降和变形。
这是由于NATM方法可以在开挖隧道的同时对周围的土层进行支护，从而减少了地表和周围建筑物的影响和损害。
2. 土力支撑结构NATM方法采用土力支撑结构作为隧道的主要支护形式。
这些支撑结构通常由钢筋混凝土或喷射混凝土构成，能够提供足够的强度和刚度来承受隧道围岩的压力。
此外，土力支撑结构还可以通过控制隧道周围的地下水位和渗流，降低地下水的涌入和侵蚀，从而提高隧道的稳定性。
3. 灵活的设计NATM方法允许根据实际施工情况进行灵活的设计和调整。
施工过程中可以根据地质条件和围岩变化进行随时调整，通过合理的支护和加固措施来解决工程施工中出现的问题。
这种灵活性可以使施工更加安全高效，也可以避免不必要的成本和时间浪费。
二、新奥地利隧道施工方法的原理1. 地质调查和监测在NATM方法中，地质调查是至关重要的一步。
通过详细的地质勘探和工程地质分析，可以确定隧道施工中可能遇到的地质问题，如岩类性质、断层、地下水等。
同时，还需要进行地表和隧道周围的监测，及时掌握地表沉降、围岩变形和地下水位等数据，以便进行合理的设计和施工调整。
2. 钻孔爆破在NATM方法中，钻孔爆破是常用的隧道开挖方式之一。
通过在地下岩层中钻孔，并通过爆破将岩石破碎，然后进行清理和支护，最终实现隧道的开挖。
这种方法可以高效地进行大规模的隧道掘进，但需要控制好爆破条件，以防止岩层的过度破碎和隧道的不稳定。
3. 支护和加固隧道开挖完毕后，需要进行支护和加固工作，以确保隧道的稳定性。
全断面预加固隧道施工工法(新意法)
全断面预加固隧道施工工法(新意法)王正松;孙铁成;高波【摘要】意大利全断面预加固隧道施工工法是一种系统的全断面机械化开挖的隧道设计、施工技术.该工法适用于软弱地层大断面隧道开挖、浅埋隧道控制地面沉降等复杂地质条件的地下施工,被意大利公路及铁路领域纳入规范并且被广泛采用.欧洲国家的大型项目施工也较多地采用此工法.简要介绍其以控制工作面超前核心围岩变形为手段的主要理念、施工原则及施工方法,并采用有限元软件ABAQUS进行三维数值模拟,为软弱地层或较差地质力学地层条件修建大断面隧道提供一些建议.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2007(000)0z1【总页数】4页(P170-173)【关键词】隧道工法;超前核心围岩;有限元;新意法【作者】王正松;孙铁成;高波【作者单位】西南交通大学土木工程学院,成都,610031;石家庄铁道学院土木分院,石家庄,050043;西南交通大学土木工程学院,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】U455.41 概述全断面预加固隧道施工工法又称为岩土控制变形分析(ADECO-RS)施工工法，该工法是通过对隧道工作面超前核心围岩的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，并将围岩划分为A，B，C 3种类型，据此以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地层和实现全断面开挖的一种设计、施工指导方法。
意大利全断面预加固隧道施工工法适用于低粘聚力的软弱地层，大断面隧道开挖及用于浅埋隧道控制地面沉降和挤压地层的深埋隧道开挖，该工法被意大利公路及铁路领域纳入规范并且广泛采用。
欧洲国家的大型项目施工也较多地采用此工法[1]。
2006年11月在北京“中国高速铁路隧道国际学术研讨会”上，意大利特莱维集团对ADECO-RS工法作了专题报告，并将ADECO-RS工法这个名称用中文解释为“新意法”。
同时国际岩石力学学会(ISRM)的Frederic L.Pellet教授在2006年中国的巡回讲学中也称为“新意大利隧道施工法[New Italian Tunneling Method(NITM)][2]。
隧道新奥法各阶段作业实施介绍(附图)
作业实施过程介绍1洞口边仰坡开挖及防护洞口段边、仰坡采用自上而下分层开挖。
施工程序为：洞顶截水沟开挖、砌筑→洞口其他排水工程→洞口土石方开挖（路基填筑）→边仰坡及成洞面临时防护。
表层素填土采用挖掘机开挖，装载机配合，自卸车运输；基岩采用浅孔松动爆破开挖。
爆破作业采用风钻打眼成孔，人工装药爆破，开挖一层防护一层。
图1洞口边仰坡开挖机防护示例图（一）植被清除、截水沟施工a.操作步骤及检查植被清除：首先进行初步测量放样，确定洞口边坡开挖范围，照此进行植被清理，以便精确放出洞口边坡开挖边线，布置开挖临时道路。
平整洞顶地表，排除积水。
所有洼坑、陷穴、探坑等，应用不透水土壤回填夯实。
截水沟施工：根据测量放样确定截水沟的位置，完成排水沟的开挖及砌筑工程。
施工时应注意：b.可能存在的危险因素（1）坡面陡峭地基不稳，路面过于湿滑，临边高坡未设防护；（2）水沟设置不合理，排水不畅，山体围岩情况差；（3）人员危险作业，未穿戴安全防护用品；（4）机械开挖时，机械故障或带病运转；（5）山坡松动危石，爆破作业。
c.可能导致的后果（1）基础不牢，排水不畅可能导致山体滑坡；（2）机械故障或操作不当可能引起对周边作业人员的机械伤害；（3）人员违章在危险区域内作业或未穿戴防护用品极易导致人员高处坠落伤害；（4）危石滚落伤人，放炮事故等。
d.应该采取的应对措施（1）严格按照设计要求进行水沟施工，遇到不良地质情况加强监控量测；（2）所有机具设备定期检修保养，每日开始作业前一定要检查各安全装置；（3）对工人加强教育培训，正确使用防护用品，危险源提前进行讲解提前告知；（4）加强火工品及爆破施工管理，对于山坡危石及时清理；（5）清表范围以满足开挖面为原则，洞顶截水沟与成洞面坡顶之间植被应保留，控制边坡暴露面的范围、尽可能保护原有自然植被。
（二）边仰坡开挖a.操作步骤及检查洞口土石方采用明挖施工，开挖中遵循“快开挖、快弃碴、快防护”的“三快”方针，分层开挖，及时防护。
隧道工程新奥法施工方法(6种)详解
隧道施工6种方法——隧道开挖及出碴运输作者：北雪编辑来源: 中国铁路网更新时间：2009-10-19(一) 全断面法1 施工工艺全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖成型，再施作做衬砌的施工方法。
其施工流程可参照图1。
图1 全断面法开挖施工流程图2 施工要点（１）施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备，以尽量缩短循环时间，各道工序应尽可能平行交叉作业，提高施工进度；（２）使用钻孔台车宜采用深孔钻爆，以提高开挖进尺；（３）初期支护应严格按照设计及时施做。
（４）为控制超欠挖，提高爆破效果，有条件时可采用导洞超前的方法进行全断面开挖。
（二）台阶法1 施工工艺台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，其中上台阶超前一定距离后，上下台阶同时并进的施工方法。
其施工流程可参照图2、3。
图2 台阶法开挖断面示意图图3 台阶法开挖施工流程图2 施工要点：（１）根据围岩条件，合理确定台阶长度，一般应不超过1倍洞径，以确保开挖、支护质量及施工安全；（２）台阶高度应根据地质情况、隧道断面大小和施工机械设备情况确定。
（３）上台阶施作钢架时，应采用扩大拱脚或施作锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形；（４）下台阶应在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖。
当岩体不稳定时，应采用缩短进尺，必要时上下台阶可分左、右两部错开开挖，并及时施做初期支护和仰拱。
（５）施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部施工应减少对上部围岩、支护的扰动。
（６）上台阶开挖超前一个循环后，上下台阶可同时开挖。
（三）环形开挖预留核心土法1 施工工艺：环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先，其次开挖下半部两侧，再开挖中部核心土的方法，其施工流程可参照图4、5。
2 施工要点：（１）环形开挖每循环长度宜为0.5～1m；（２）开挖后应及时施作喷锚支护、安装钢架支撑或格栅支撑，每两榀钢架之间应采用钢筋连接，并应加锁脚锚杆，全断面初期支护完成距拱部开挖面不宜超过30m；（３）预留核心土面积的大小应满足开挖面稳定的要求；（４）当地质条件差，围岩自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；（５）上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m进行平行作业。
浅谈新意法隧道施工理念及主要施工方法
浅谈新意法隧道施工理念及主要施工方法摘要：新意法(NITM)即NewItalianTunnelingMethod，是40多年前意大利的PietroLunardi教授在围岩压力拱理论及新奥法理论研究的基础上，通过数百座隧道的结构分析和研究逐步创建出的岩土控制变形分析(ADECO－ＲS)法，它强调通过调节超前核心土的稳定性来控制隧道变形。
该工法被意大利公路、铁路领域广泛采用并纳入规范，且在欧洲许多国家的大型隧道施工项目中得到应用。
国内的卧龙隧道口、浏阳河隧道、桃树坪隧道等对新意法的部分要素进行了尝试，并取得了不错的效果。
本文主要分析新意法隧道施工理念及主要施工方法。
关键词：隧道施工;新意法;超前核心土;预支护引言在公路隧道建设中，为了方便公路桥梁与隧道的连接，保持线路线性平稳，高架桥连接的隧道经常采用多拱形隧道的设计形式。
连拱隧道具有位置选择自由和对地形适应性强的特点。
特别是在应用于城市时，门户电线的地板面积小，布线的复杂性小，可以大大降低拆除和设计成本。
然而，连拱隧道虽然具有上述优点，但也存在复杂的结构应力、许多施工工艺、结构系统频繁的应力转换、复杂的施工、缓慢的施工进度等缺点。
1、新意法核心理念新意法认为隧道围岩的变形分为收敛变形、预收敛变形及掌子面挤出变形。
因预收敛变形及掌子面挤出变形均取决于超前核心土的强度及变形特性，进而得出超前核心土的特性对整个隧道的围岩变形起关键作用。
新意法通过对隧道掌子面超前核心土岩体结构特性、岩体坚硬程度等特征判定将超前核心土稳定类型分为A、B、C三类，并将每种稳定类型与隧道整体变形情况对应关联。
当预测判定超前核心土为不稳定类型时，为了确保隧道安全穿越复杂地层，可以通过辅助手段将超前核心土加固至稳定类型，甚至依赖超前核心土，将其视为控制隧道围岩变形和稳定的重要工具，即提高超前核心土的刚度和强度就能够调整围岩预收敛及掌子面挤出变形的程度，达到围岩稳定的目的。
2、新意法主要内容2.1隧道围岩支护新方法的主要内容是预先保护隧道周围的岩石，主要是为了正确调整改良后的基性土的刚度和强度，实现对周围岩石变形的有效控制。
国内外典型隧道实例【精品】
国内外典型隧道实例国内典型隧道1.南岭隧道南岭隧道是以“难”著称的隧道，位于（北）京广（州）铁路衡（阳）广（州）复线郴州与坪石之间。
隧道全长6666.33米，双线电气化牵引。
隧道在湖南省郴县邓家塘镇附近穿越南岭山脉的五盖山和骑田岭挟持地带。
这个地区为剥蚀低山丘陵区，连溪河辗转曲折，两次流经隧道顶部，原有京广铁路在下连溪和隧道出口两次与隧道立交。
隧道穿越5处溶蚀洼地，埋深最浅地段仅39～45米。
此地区属著名的南岭构造带，构造运动强烈，岩溶极为发育，地下水富集，地质条件十分复杂。
建设者在在测绘的基础上，用地面和隧底钻探、物探和洞内超前钻探，结合溶岩发育规律，摸清岩溶的具体形态，为施工提供了可靠依据。
隧道洞内岩溶突水涌泥量和地表塌陷规模之大及其对施工的危害强度，在国内外隧道建筑史上均属罕见。
自1979年9月开工至1988年11月主体工程竣工，共发生大小突水涌泥24次，涌出稀泥和砂子近30000立方米。
因洞内大量突泥涌水，共发生大小陷穴52处，最深达20米。
沿连溪河两岸塌陷19处，河床先后因塌陷而断流，大量河水泥砂涌入隧道，堵塞坑道，阻碍施工。
当隧道开挖到1935公里745米时，先后3次突泥，总量达10689立方米。
建设者对突泥地段施加高压注浆，使稀泥在高压下劈裂，在缝隙中充入水泥和水玻璃浆液，凝固后呈坚硬的水泥水玻璃网络，使稀泥固结、压缩、脱水,并被部分置换，形成有一定强度的结石体。
为保证施工安全，在注浆固结的基础上钻孔，每隔600毫米顶进一根无缝钢管，形成管棚，使稀泥与管棚构成统一的加固支护体系。
因开挖隧道破坏了地下水的动力平衡，以致地下水向隧道渗漏宣泄。
不仅影响施工，而且直接影响电气化设备的使用，留下隐患,增加隧道养护的困难。
针对地下水的特点施工单位制定了“以堵为主、堵排结合、浑水要堵、清水可排”的治水原则。
为了从根本上阻止地下水向隧道泄漏，保护地面环境，又采取了“河填地面陷穴，改道断流河渠，地下地面注浆，衬砌防水防漏”的综合治水措施。
新意法在国外隧道不良地质中的应用
新意法在国外隧道不良地质中的应用张磊【摘要】新意法作为继新奥法之后兴起的一种隧道修建理念,为解决软弱围岩等复杂条件下新奥法无法施工或很难施工的技术难题提供了新的解决途径,具有可全断面机械开挖、安全质量风险可控等优点.文章介绍了新意法的核心理论思想,并结合在国外实施的甘塔斯隧道工程实例,阐述了新意法理念独特的技术优势和应用前景.【期刊名称】《西部交通科技》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】7页(P63-69)【关键词】新意法;超前核心土;玻璃纤维锚杆;全断面开挖法;膨胀性围岩;侵限换拱【作者】张磊【作者单位】中国土木工程集团有限公司,北京 100038【正文语种】中文【中图分类】U455.4张磊(1985—)，工程师，硕士，研究方向：隧道与地下工程。
目前我国隧道建设主要采用新奥法，其理论精髓是“保护、利用和调动围岩自承能力”，并通过超前预报、锚喷支护和监控量测等系列手段来实现，见下页图1。
该方法已在国内得到广泛使用，并形成“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”等中国特色方法[1-2]。
但在新奥法应用过程中，由于其理论自身尚存不足以及众人对其理解存在差异，有的还造成了惨痛的失败和教训。
20世纪70年代中期，意大利Pietro Lunardi教授在研究围岩压力拱理论和新奥法施工理论时，结合对数百座隧道理论研究和现场试验研究，创立了新意法。
该方法目前在意大利以及其他欧洲国家已得到较为广泛的应用，尤其是在复杂多变的不良地层环境中。
虽然新意法在国内已应用于桃树坪隧道、浏阳河隧道等[3]，但其核心理论思想仍未被广大隧道建设者所熟知，而且可参考实例较少。
本文将结合在国外施工的甘塔斯隧道遭遇的不良地质实施过程中的教训经验，谈谈对新意法理念的思考。
新意法是通过对隧道掌子面前方超前核心土的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，并将其划分为A、B、C三种拱效应类型，同时据以信息化设计和施工措施，确保隧道安全穿越复杂不良地层和实现全断面开挖的一种设计、施工理念[4]。
新奥法隧道施工技术
双连拱隧道新奥法施工技术1. 概述伴随着20世纪世界科学、技术、经济的发展，交通运输、水利、水电、采掘，特别是城市地下交通及空间利用等，对隧道工程在数量和难度上提出了更高的要求。
大规模的地下工程建设促进了隧道修建技术的进步。
大量的锚喷支护工程实践和岩石力学的迅速发展，导致了现代支护理论的建立，在此基础上出现了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更有效的施工方法；用现代技术装备的掘进机和盾构能够适应从坚硬岩层到软弱含水地层的各种掘进条件，其可靠性、耐久性、机动性及掘进的高速度，使其在隧道工程施工中得到日益广泛的应用；冲击钻头改进及全液压钻孔台车的出现，大能力装渣、运渣设备的开发，新型爆破器材的研制及爆破技术的完善，改善围岩条件及支护技术的进步等，极大地改良了施工环境和提高了掘进速度，便钻孔爆破法的掘进技术得到更新；水底沉埋隧道施工技术的发展为穿越江河、海湾提供了新的有效手段。
1.1隧道施工的主要技术目前我国隧道施工技术主要有以下几种：盾构法、矿山法（漏斗棚架法、反台阶法、正台阶法、全断面开挖法、上下导坑先拱后墙法、下导坑先导后墙法、品字形导坑先拱后墙法、侧壁导坑法）、新奥法。
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM , 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法,经过一些国家的许多实践和理论研究,于60年代取得专利权并正式命名。
之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展, 已成为现代隧道工程新技术标志之一。
六十年代NATM 被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。
至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。
新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
新意法施工技术
Formworking and casting 35%
RATICOSA 隧道 - B2 类型断面操作循环
CORE-FACE REINFORCEMENT EXCAVATION
循环主要特征
Mucking 25%
Tracing 3% Drilling 35%
• 每一步长度 =12 m
Excavation 25%
TRIONFALE 隧道设计阶段: C1 断面
MILANO VENEZIA STATION
Garibaldi Station – Shaft Design 3D view
Shaft.
Side adits
Station tunnels
Freezing treatment - Geometry
C1R断面
• C1R断面主要用于粘结性差的土质开挖(砂或细颗粒土), 典型的断面类型为:
• • • 通过安装在隧道拱顶以及超前岩芯土上的注浆柱进行土壤改良, 最后通过钢管或 纤维玻璃结构单元进行加固; 通过在超前岩芯土上灌浆和安装纤维玻璃结构单元进行土壤改良; 如果需要, 安装排水管.
注浆
纤维玻璃
新意大利工法 （简称“新意法”）
隧道围岩变形控制分析工法（A.DE.CO-RS） 是上世纪80年代由意大利Pietro Lunardi 教授 在隧道预支护工艺基础上，将隧道开挖过程中 的变形状况按三维空间进行考虑，结合大量理 论和试验研究，形成此工法。
该工法用于隧道设计与施工，适应各种围 岩条件，特别是浅埋松软地层、变形环境控制 要求高的隧道工程。过去十余年中，意大利铁 路、公路及大型地下工程建设项目将此工法纳 入设计规范并且广泛采用。传入我国后有人称 之为“新意大利法”。
高速铁路体系：米兰-那不勒斯铁路线路(博洛尼亚-佛罗伦萨段)
新意法在浏阳河隧道中的应用
② 短期稳定 . 掌子面区域应力类型为弹塑性 ，
挤出变形为 cm 级别 ，划为 B 类 。
② 收敛变形 . 已经开挖的隧道轮廓发生向隧道
内的变形 。
③ 不 稳 定. 掌 子 面 区 域 处 岩 体 过 度 松 弛 而 失
效 ，挤出变形很大 ，划为 C 类 。
③ 挤出变形 . 掌子面发生向外挤出的变形 。 ④ 预收敛变形 . 未开挖的隧道轮廓发生向隧道
100 m ， 上 至 地 表 ， 埋 深 19.25 m ， 下 部 取 17.42 m 。
模 型 高 度 50.15 m ， 纵 向 36 m ， 即 ： 宽 × 高 × 深 ＝
B 类较为符合 ， 应力状态由线弹性转变成弹塑性 ， 变 形大小为 cm 级别 ， 故判断该围岩条件属于短期稳
定状态 。
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第 46 卷第 4 期 ( 总第 327 期 ) 2009 年 8 月出版
18~23 m ，理论搭接长度为 6 m 左右 。
对于浅埋大断面隧道 ， 其施工稳定性影响因素 很 多 [6]， 确 定 最 佳 施 工 参 数 必 须 通 过 数 值 模 拟 研 究 来实现 ， 基于正交试验原理 [7]安排试验方案 。 在因素 和水平的选取中 ， 考虑了掌子面超前预加固长度与 密度 、 隧道掌子面轮廓线以外的超前预加固方式 、 开 挖步长四个因素 ， 如表 1 所示 。
图4 挤出变形与掌子面约束压力的关系
Fig.4 Relationship between extrusion deformations and confining pressures on the face
2
数值模拟
以浏阳河隧道过河段隧道为原型， 模型宽度
由图 4 可看出 ， 掌子面处挤出变形与分类中的
新意法(ADECO-RS法)
1.2
新意法（ADECO-RS）与其它隧道设计施工方法的区别
ADECO-RS 法隧道设计和施工就时间和实践而言，表现出是具有明显区别的两阶段； ADECO-RS 法采用新型的对于所有隧道均基于一个单一参数（掌子面～超前核心土体系的应 力～应变特性）的地下工程基本理念框架； ADECO-RS 法的基础是对围岩对开挖的变形反应进行预测、监控和分析，且围岩对开挖的变形 反应成了隧道设计与施工的唯一参考参数。首先，从理论上对围岩的变形反应进行预测和调节， 然后对变形反应进行实测、分析和实验，在此基础上对施工设计进行调整； 引进超前约束理念，对众所周知的约束理念进行完善；另外，引进超前约束理念后，即使在最 困难的静力条件下，也可以按预定计划有序进行隧道施工，而无需在施工期间再采取加固措施； ADECO-RS 法包括采用地层防护技术， 其目的在于保护地层的地质特性和结构特性。 ADECO-RS 法把地层看作“施工材料” ，在隧道施工中发挥极为重要的作用，应尽
与传统土木工程施工相比，隧道开挖“介质”（围岩）显示了极其不规则的特性：非连续性、 非均质性以及各向异性。对于地下工程而言，围岩特性根据应力状态的改变而改变，从而影响对隧 道开挖的反应。 当隧道掌子面在开挖介质中向前推进时，形成“隧道开挖”。这显然是一个动态现象：隧道掘 进可以形象地比喻为一个圆盘不停地以速度V向前移动，并在其后形成临空面。在隧道掘进的同时， 在纵向与横向上对开挖介质产生扰动，最终改变原始应力状态。 在扰动区域，原始应力场通过隧道开挖发生变化，并且在其附近产生应力增加。增加应力的大 小决定了每种介质受扰动的范围（在受扰动的开挖介质中，围岩随受扰动介质体积的增加而损失其 岩土力学特性），因此，隧道变形特性与围岩强度σgd相关。 靠近隧道掌子面的扰动区域的范围取决于掌子面影响半径Rf，设计工程师必须高度重视隧道开 挖扰动区域的范围，在此范围内空间应力转变为平面应力状态（掌子面或过渡区域）；隧道研究要 求用三维法进行计算而不是只考虑二维空间。 “反应”是指开挖介质对隧道开挖行为的变形反应。变形在掌子面前方扰动区域内随着围岩周 围应力的增加提前发生，变形大小取决于开挖介质的强度以及隧道掌子面开挖的影响范围。变形的 大小，决定围岩是否侵入隧道设计理论开挖断面。发生隧道开挖设计净空侵限，也标志着隧道边墙 失稳。 可能发生以下三种基本情况： 假如隧道掘进过程中从空间应力状态转变为平面应力状态时，隧道掌子面应力递减（σ3=0）， 造成隧道掌子面前方的应力处于弹性范围内，从而使开挖形成的隧道边墙（或掌子面）发生较 小的变形，或变形可以忽略，从而可以保持稳定；在此情形下，在开挖轮廓线较近的位置产生 围绕隧道开挖轮廓面的自然应力路径（或称“成拱效应”）。 假如隧道掌子面应力状态递减（σ3=0），使掌子面前方的应力处于弹～塑性范围内，那么此时 围岩的反应极为重要，隧道边墙和掌子面将向隧道内产生弹～塑性变形，并且维持短期稳定状 态。这意味着如果不采取任何措施，将引发塑性变形，并且塑性变形从开挖轮廓周围以径向、 纵向扩散，使“成拱效应”从开挖轮廓线周围转移到围岩中。此类“转移”只有通过采取足够 的稳定及支护措施才能得到控制。 假如隧道掌子面应力状态递减（σ3=0），使掌子面前方的应力处于破坏/坍塌范围内，那么变 形反应是不可接受的，而且隧道掌子面前方围岩变得极不稳定，从而不能形成“成拱效应”。 这种情况发生在粘结力差的地层中或松散地层中。在这种情况下，由于不能自然形成“成拱效 应”，必须采取人工措施形成“成拱效应”。 因此，隧道“成拱效应”的形成及其位置取决于隧道开挖介质对开挖施工的“变形反应”的特 性及大小（通过“成拱效应”，我们可以了解到隧道结构处于长期稳定还是处于短期稳定）。 在此基础上，早在20世纪70年代，便开始着手研究由于隧道掘进/开挖导致的应力状态改变与相 应的隧道变形反应之间的关系。