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1、新意法隧道修建技术及其实践应用- 1 -新意法隧道修建技术及其实践应用杨秀仁 1王卓 2（1、北京城建设计研究总院，北京，1000372、北京中铁瑞威基础工程有限公司，北京 100055）摘要：新意法作为继新奥法之后新兴的一种隧道修建技术，目前在国内的认知度和实践应用仍相当有限。为了使更多的从业人员熟悉了解这一先进的隧道修建技术，并将其推广应用到更广阔的工程建设领域，本文将在介绍新意法基本理论的基础上，特意选取新意法在国内的首个工程应用实例兰渝铁路桃树坪隧道出口工程，据此详细阐述其实践应用，并通过与传统隧道施工方法的对比，说明其独特的技术优势。关键词：岩土控制变形分析法；超前核心土；挤出变形；
2、预收敛；约束作用；桃树坪；实践应用New Italian Tunneling Method (ADECO-RS) and Its Practical ApplicationYang Xiuren1 XXX2 Wang Zhuo2(1. Beijing Urban Engineering Design & Research Institute Co,.Ltd., Beijing 100372. Beijing Zhongtie Railway Soil Engineering Co,.Ltd., Beijing 100055)Abstract New Italian Tunneling Meth
3、od (ADECO-RS) is a newly emerging tunneling method following NATM, which is not quite popular domestically till today. To make this advanced tunneling method known to more industry insiders and extend its application to more construction engineering fields, this paper introduces basic theories of AD
4、ECO-RS, and selects Tao Shuping Tunnel of Lan-Yu Railway as an example to illustrate its first successful practical application in China.Key words ADECO-RS; Advance core; Extruding distortion; pre-convergence; Restraint; Tao Shuping Tunnel; Practical application1 新意法简介新意法又称岩土控制变形分析法（ADECO-RS 法） ，是上世
5、纪 70 年代中期由意大利的Pietro Lunardi 教授在研究围岩的压力拱理论和新奥法施工理论的基础上提出的。它是通过对隧道掌子面超前核心岩土体的勘察、量测，预报围岩的应力-应变形态，并将其划分为A、B 、 C 三种类型，据以信息化设计支护措施，确保隧道安全穿越复杂地质层面和实现全断面开挖的一种设计施工指导原则。目前，该工法已被意大利公路及铁路领域纳入规范，并在主要欧洲国家的大型隧道项目施工中得到广泛应用。1.1 新意法的基本理念新意法将隧道的开挖过程分为三种变形类型，即预收敛变形、挤出变形和收敛变形 1，如图 1（a）所示。预收敛变形，是指掌子面前方未开挖的隧道理论轮廓线发生向隧道内的
6、变形。挤出变形，是指开挖掌子面受地应力调整的影响向外水平挤出的变形。收敛变形，是指掌子面后方已经开挖的隧道轮廓向隧道内的变形。针对以上几种变形形式，如果不及时采取措施，可能会发生围岩掉块、地层剥落和隧道坍方等不稳定现象，影响隧道施工安全，如图 1（b）所示。新意法隧道修建技术及其实践应用- 2 -（a）变形类型 （b ）隧道不稳定的表现形式图 1 变形的种类与隧道不稳定的表现形式1.2 新意法隧道设计施工主要程序1.2.1 隧道掌子面稳定性评价新意法的理论认为，地下洞室的稳定性与拱效应的形成是密切相关的。而拱效应能否形成以及形成拱效应的位置，决定了隧道的稳定情况。其中拱效应的形成和位置可以通过
7、岩体开挖的变形响应来判断。新意法认为，隧道的成拱类型有 3 种，如图 2 所示。拱效应类别 变形响应 稳定情况 分类拱效应接近开挖轮廓 稳定 A 类拱效应远离开挖轮廓 短期稳定 B 类不能形成拱效应 不稳定 C 类图 2 拱效应与分类（1）接近开挖轮廓形成拱效应，这种情况下应力为弹性，围岩变形小，隧道是稳定的，判定为 A 类应力应变行为。（2）远离开挖轮廓形成拱效应，应力为弹塑性，围岩变形较大，短期内可以保持隧道稳定，判定为 B 类应力应变行为。（3）不能形成拱效应，围岩处于松弛状态，变形很大，隧道不稳定，将其定为 C 类应力应变行为。1.2.2 处置措施的确定根据对掌子面稳定性的评价结论，参
8、考表 1 选择确定具体的隧道稳定措施。对于应变处于稳定状态的 A 类可以采用简单的约束措施；对掌子面处于短期稳定状态的 B 类，可以根据隧道进尺，采取超前约束措施或简单的约束措施；对掌子面处于不稳定状态的 C 类隧道，除采取约束措施外，还必须采取有效的超前支护措施。新意法隧道修建技术及其实践应用- 3 -表 1 各种隧道稳定措施的适用范围掌子面稳定(A 类) 掌子面短期稳定(B 类) 掌子面不稳定(C 类)隧道稳定措施A1 A2 B1 B2 B3C1C2C3C4C5径向洞顶锚杆 加筋喷射混凝土 玻璃纤维加固超前核心土 玻璃纤维加固周围地层 施做隧道仰拱 机械预切槽 从导洞内径向加固地层 水平旋
9、喷注浆 超前注浆或冻结 排水管排水 管棚（超前小导管） 1.2.3 岩土控制变形的实施新意法施工的主要内容与常规方法一致，不同之处在于有些围岩在开挖之前要进行超前支护并安装监控设备。由于超前支护可以保证掌子面稳定，新意法要求尽量使用全断面法开挖，因为全断面开挖可以提高开挖效率，同时减少对围岩的扰动次数，且仰拱能及时闭合，掌子面的挤出位移和洞周收敛变形也比较小，有利于隧道的短期稳定。新意法还要求掌子面能保持为凹型状态，因为这样能使得超前核心围岩在纵向形成拱效应，从而保证其稳定性。2 新意法的实践应用2006 年我国铁路系统相关施工单位开始接触新意法隧道施工技术，经过长达 5 年的基础理论学习研究
10、与准备，在铁道部和兰渝铁路公司的支持下，2011 年由中铁瑞威公司和意大利土力公司联合在兰渝铁路桃树坪隧道进行了中国首次隧道核心土加固变形控制法应用实验研究，并取得巨大成功，本文将详细介绍新意法在中国的首次实践应用情况 2。2.1 桃树坪隧道工程概况桃树坪隧道位于新建兰州-重庆铁路 LYS-7 标段内，隧道起止里程为DK3+435DK6+655，全长 3220 米，设计为双线单洞隧道，隧道断面 140 余平方米。隧道穿行于黄河高阶地下部，地势上隧道进口低、出口高，地形起伏大，相对高差达 200 米以上，最小埋深处仅 6 米，地表上沟谷发育，下切较深，隧道下穿多个垃圾回填的浅埋沟谷、青兰高速、3
11、12 国道、厂矿企业、密集的居民区 3。为加快施工进度，后期新增了 5 个施工斜井，隧道整体平面布置图如图 3 所示：新意法隧道修建技术及其实践应用- 4 -1#斜 井(DK4+20) 2#斜 井(DK4+70) 3#斜 井(DK5+280) 4#斜 井(DK5+8)桃 树 坪 隧 道 出 口 (DK6+5)桃 树 坪 隧 道 进 口 35图 3 桃树坪隧道平面布置图2.2 工程难点桃树坪隧道于 2009 年正式开工，目前在施的 7 个井口工区中有个的掌子面揭示地层为富水粉细砂层，尤其是隧道出口工区掘进至 DK6+462 时（进洞 183 米） ，地层转变为全断面承压饱和含水砂层，自 2010
12、 年初多次出现塌方，数月不能进尺，后改采用六步 CRD工法开挖也无法前进，坍塌严重，多次反复。鉴于桃树坪隧道的特殊地质条件，出于工程进度和安全方面的双重考虑，各方在充分论证的基础上，决定在桃树坪隧道出口工区引进新意法隧道修建技术 4。2.3 技术设计方案从国外引进的任何先进技术，都不应生搬硬套，而需要建立在引进和消化吸收的基础上，新意法也不例外。为此，承建单位结合项目特点、国情和设备配套情况，对原有的新意法进行了改进、创新，并通过不断摸索创立了一套适合于我国国情的技术设计方案。该方案的核心理念是解决富水粉细砂层的地层固结和降水两大问题，以达到采用简单工法即可开挖的目的。新工法的方案可简单概括为
13、“三加固、两降水、三步挖”九个字。2.3.1 “三加固”设计地层的固结主要采用 PST-60 摇臂钻机和 SM-14 钻机及其配套高压旋喷设备进行三方面的旋喷加固，即：周边大直径长悬臂水平旋喷桩加固；掌子面玻璃纤维锚杆旋喷桩加固；双排大直径锁脚旋喷桩加固。其体系如图 4 所示图 4 “三加固”体系示意图 图 5 “两降水”体系示意图2.3.2 “两降水”设计降水是本工程需要解决的另一个重要问题，由于富水粉细砂层的渗透系数小，传统施作花管排水的降水方法效果不甚明显。经现场反复试验，最终确定采用超前真空降水和后续井点降水相结合的施工方案，并获得成功，即被称为“两降水”设计。其体系如图 5 所示2.
14、4 工艺流程基于上述设计方案，实施过程中从国外引进了 PST-60 水平旋喷钻机、7T-505J 高压泵新意法隧道修建技术及其实践应用- 5 -站、SM-14 多功能地质钻机等一批专业设备和配套施工技术。施工时，首先对隧道开挖轮廓周边进行旋喷加固，并施作大管棚形成超前预支护帷幕结构；同时对掌子面进行梅花跳孔施作水平旋喷桩，并在桩体内下入玻纤锚杆以稳定掌子面，从而在开挖前使被开挖体和围岩形成稳定的界面和结构，使开挖变得安全、可靠。还在开挖过程中增加了锁脚旋喷桩等辅助新工艺，代替了传统的锁脚锚杆，很好地解决了在软弱围岩下钢拱架没有着力点、沉降大等问题。具体流程如图 8 所示所有孔完成 质量检验停喷
15、开始喷射注浆下喷管成孔检查、洗孔钻孔定位、角度调整钻机就位测量放线施工准备点位复测检查、开孔重新开始，搭接 中途暂停水泥浆液检查制水泥浆液图 6 水平旋喷加固流程图2.5 成桩效果水平旋喷加固为超前预支护，属于隐蔽工程，因此只有开挖时才能真正揭示出桩体的状态和成桩情况。成桩控制要点主要有以下几个方面：桩径是否符合设计要求（如图 9） ；临桩间咬合情况是否良好，桩体是否侵线（如图 10） ；是否出现断桩的情况，桩体是否缩径；桩体强度是否满足要求等。新意法隧道修建技术及其实践应用- 6 -图 7 水平旋喷桩的桩径效果图 8 边墙与拱顶水平旋喷桩的咬合效果对成桩桩体进行的抗压强度试验表明，其抗压强度
16、可达 9.1MPa，完全高于传统注浆工艺通过注浆自然渗透而形成的胶结体强度，更为有效地控制了围岩的变形。在桩芯配以钢管后完全可以抵抗周边围岩的土压力、水压力、包括一些不良围岩的地应力等，从而创造一个安全、理想的施工空间。2.6 施工监测采用新意法对桃树坪隧道出口实施开挖后，承建单位对拱顶下沉和边墙收敛两项指标进行了持续监测，所有测点的月变化值均在 10mm 以内，说明经过超前预加固法加固后的粉细沙层隧道达到了安全可控的要求。图 11、图 12 为桃树坪隧道出口某里程的监测数据 5：桃 树 坪 隧 道 出 口 拱 顶 下 沉 时 间 位 移 相 对 变 化 图-20.00-18.00-16.00-14.00-12.00-10.00-8.00-6.00-4.00-2.000.002.004.0
