錨桿支護(hù)理論
1907年俄國學(xué)者普羅托吉雅可諾夫提出普氏冒落拱理論[1-2]，該理論認(rèn)為：巷道開掘后，已采空間上部巖層將逐步垮落，其上方會形成一個拋物線形的自然平衡拱，下方冒落拱的高度與巖層強度和巷道寬度有關(guān)。該理論適用于確定巷道圍巖強度不高、開采深度不是很大的巷道支護(hù)反力。20世紀(jì)50年代以來，人們開始用彈塑性力學(xué)解決巷道支護(hù)問題，其中最著名的是Fenner[3]公式和Kastner公式[4]。
Fenner公式為：
?r?Pi??Ccot????0?1?sin???Ccot?????R?N??1（1）
式中，Pi—支護(hù)反力；C—圍巖內(nèi)聚力；?—內(nèi)摩擦角；?0—原巖應(yīng)力；r—巷道半徑；R—塑性圈半徑；N?—塑性系數(shù)，N??
Kastner公式為：
?r?Pi??Ccot???P0?Ccot????1?sin?????R?2sin?1?sin?1?sin?。 1?sin?（2）
式中，Pi—支護(hù)反力；C—圍巖內(nèi)聚力；?—內(nèi)摩擦角；P0—初始應(yīng)力；r—巷道半徑；R—塑性圈半徑。
國內(nèi)外巷道頂板控制理論發(fā)展很快[3-4]，我國在1956年開始使用錨桿支護(hù)，迄今為止，已有50多年的歷史。錨桿支護(hù)機理研究隨著錨桿支護(hù)實踐的不斷發(fā)展，國內(nèi)外已經(jīng)取得大量研究成果[5-10]。
（1）懸吊理論
1952年路易斯阿帕內(nèi)科L(ouis.Apnake)等提出了懸吊理論，懸吊理論認(rèn)為錨桿支護(hù)的作用就是將巷道頂板較軟弱巖層懸吊在上部穩(wěn)固的巖層上，在預(yù)加張緊力的作用下，每根錨桿承擔(dān)其周圍一定范圍內(nèi)巖體的重量，錨桿的錨固力應(yīng)大于其所懸吊的巖體的重力。
（2）組合梁理論
組合梁理論認(rèn)為，端部錨固錨桿提供的軸向力將對巖層離層產(chǎn)生約束，并且
增大了各巖層間摩擦力，與錨桿桿體提供的抗剪力一同阻止巖層間產(chǎn)生相對滑動。
（3）減跨理論
在懸吊作用理論及組合梁作用理論的基礎(chǔ)上，提出了減跨理論，該理論認(rèn)為:錨桿末端固定在穩(wěn)定巖層內(nèi)，穿過薄層狀頂板，每根錨桿相當(dāng)于一個鉸支點，將巷道頂板劃分成小跨，從而使頂板撓度降低。
（4）組合拱理論
組合拱理論認(rèn)為：在沿拱形巷道周邊布置錨桿后，在預(yù)緊錨固力的作用下，每根錨桿都有一定的應(yīng)力作用范圍，只要取合理的錨桿間距，其應(yīng)力作用范圍會相互重迭，從而形成一連續(xù)的擠壓加固帶—即厚度較大的組合拱，該加固帶的厚度是普通砌暄支護(hù)厚度的數(shù)倍。故能更為有效地抵抗圍巖應(yīng)力，減少圍巖變形。
20世紀(jì)60年代，奧地利工程師繆勒等在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了一種新的隧道設(shè)計施工方法，稱為新奧法(NATM)[11]。它的核心思想是調(diào)動圍巖的承載能力，促使圍巖本身成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，摒棄了過去將巖體作為對支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的荷載和采用后襯砌的傳統(tǒng)做法。
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