雷斌

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

新意法是巖土控制變形分析法的別稱，由意大利學(xué)者Pietro Lunardi 在20 世紀(jì)70 年代提出，其間經(jīng)歷了大量實(shí)驗(yàn)分析與統(tǒng)計(jì)。進(jìn)入新世紀(jì)以后，該方法在歐洲國(guó)家隧道建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，特別是意大利，已將該方法納入到隧道工程相關(guān)規(guī)范。此后不久，一些工程師前往意大利考察后，首次將ADECO-RS 引入我國(guó)，并將其在很多實(shí)體工程中進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。這些實(shí)體工程的圍巖等級(jí)達(dá)Ⅵ級(jí)，自穩(wěn)性很差，采用新奧法進(jìn)行施工時(shí)，圍巖產(chǎn)生明顯的變形與坍塌，導(dǎo)致隧道開挖施工中斷，無(wú)法順利進(jìn)行。相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)過(guò)反復(fù)論證，決定引入新意法進(jìn)行施工，通過(guò)對(duì)隧道出口處拱頂實(shí)際沉降量及邊墻變形量的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，得出新意法的應(yīng)用能從根本上保證隧道安全與穩(wěn)定的結(jié)論。本文對(duì)新意法的原理和實(shí)踐進(jìn)行分析，以驗(yàn)證新意法的優(yōu)越性，如加快施工進(jìn)度、保證工期、降低造價(jià)和提高安全性。

1 新意法原理

新意法提出，開挖是隧道結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力達(dá)到最大的階段，而非隧道施工結(jié)束后。隧道開挖過(guò)程中，圍巖應(yīng)力將在開挖輪廓線上產(chǎn)生一定拱部效應(yīng)拱與應(yīng)力增加帶，在隧道不斷沿徑向產(chǎn)生壓力拱的同時(shí)，還會(huì)形成很大縱向壓力拱，且這一壓力拱的高度還會(huì)受到前方巖體及后方支承兩方面因素的影響；而壓力拱的具體位置會(huì)由于隧道開挖與支護(hù)不斷進(jìn)行發(fā)生變化。如果拱部效應(yīng)由于開挖輪廓的變化而改變，結(jié)構(gòu)整體性和使用壽命受到施工過(guò)程中隧道強(qiáng)度的直接影響，則按照巖土強(qiáng)度變形及地應(yīng)力大小可將壓力拱分成以下三種狀態(tài)：①在近部快速形成，相對(duì)穩(wěn)定；②在與隧道相距較遠(yuǎn)的部位形成，短期穩(wěn)定；③無(wú)法形成，不穩(wěn)定[1]。

新意法實(shí)施隧道施工建設(shè)時(shí)，按照施工階段可將隧道變形分成下列三類：①預(yù)收斂變形；②擠出變形；③收斂變形。隧道開挖時(shí)，因未能有效控制以上三種變形，會(huì)帶來(lái)很多不利影響，包括圍巖坍塌與地層變形，進(jìn)而給隧道施工造成很大安全隱患?；诖?，對(duì)新意法而言，其核心思想為隧道開挖時(shí)使變形保持穩(wěn)定的關(guān)鍵在于掌子面超前核心土強(qiáng)度與剛度，對(duì)此，可采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施對(duì)超前核心圍巖進(jìn)行加固，以有效控制變形，最終減小圍巖發(fā)生的收斂變形。

2 新意法流程

設(shè)計(jì)人員需通過(guò)詳細(xì)且深入的勘探，確定超前核心土是否穩(wěn)定，然后對(duì)隧道變形形態(tài)進(jìn)行分類。在應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)完全一致的隧道區(qū)段，采用新意法能確定對(duì)圍巖變形予以有效控制的支護(hù)方法。除以上優(yōu)勢(shì)外，采用新意法還能根據(jù)掌子面穩(wěn)定性與變形特征確定合理可行的斷面形式及支護(hù)方法，最終確定每延米工程量完成需要的時(shí)間和成本預(yù)算，同時(shí)還能在得出各項(xiàng)斷面參數(shù)后，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)的目標(biāo)[2]。

新意法的第一階段為勘察，而且地質(zhì)勘查也是隧道建設(shè)首要步驟，需要對(duì)包含地層類型、水文特征、地質(zhì)情況和巖性狀態(tài)在內(nèi)的信息進(jìn)行采集，進(jìn)而得出圍巖主要設(shè)計(jì)參數(shù)。該階段還可進(jìn)一步分成以下兩個(gè)階段：第一，對(duì)隧道沿線范圍內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行分析評(píng)估，形成宏觀認(rèn)識(shí)；第二，采集隧道沿線范圍內(nèi)的巖土樣，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)分析確定隧道地質(zhì)情況[3]。

新意法的第二階段為診斷，即由設(shè)計(jì)人員根據(jù)勘查資料并充分結(jié)合新意法基本理論，對(duì)隧道開挖施工可能給圍巖變形造成的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將整個(gè)隧道的狀態(tài)按以下方法進(jìn)行劃分：掌子面穩(wěn)定的視為A 類，掌子面在短期保持穩(wěn)定的視為B類，掌子面不穩(wěn)定的視為C類[4]。

新意法的最終階段為處置，以上一個(gè)階段針對(duì)隧道進(jìn)行的類別劃分為依據(jù)，采用合理可行的方法進(jìn)行加固，確保隧道變形處在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。如果隧道變形狀態(tài)屬于A 類，則采用簡(jiǎn)單加固方法予以圍護(hù)即可，使隧道處在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)中；如果隧道變形狀態(tài)屬于B類，則需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)某凹庸碳s束，使隧道處在穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)中；如果隧道變形狀態(tài)屬于C類，則要在簡(jiǎn)單加固基礎(chǔ)上予以超前加固，確保隧道處在穩(wěn)定狀態(tài)[5]。

3 新意法應(yīng)用

3.1 案例一

某雙線單洞隧道總長(zhǎng)度約3 225m，其圍巖以粉細(xì)砂為主，含有大量水分，是線路范圍內(nèi)技術(shù)要求最高、工藝最復(fù)雜的隧道。經(jīng)前期地質(zhì)勘察可知，該隧道地質(zhì)條件較為復(fù)雜，圍巖以富水粉細(xì)砂為主，整條隧道的圍巖均屬于Ⅵ級(jí)圍巖，自穩(wěn)性很差，且相對(duì)高差也較大，可達(dá)200m。另外，該隧道還從居民區(qū)、高速路及省道下部穿越。

隨著隧道開挖不斷進(jìn)行，地層從粉細(xì)砂變?yōu)楹皩樱貏e是在掘進(jìn)至183m 后，隧道圍巖全部變?yōu)楹皩?，原設(shè)計(jì)參數(shù)與施工工藝已經(jīng)無(wú)法達(dá)到要求，導(dǎo)致施工中多次產(chǎn)生塌方，使隧道施工中斷。經(jīng)過(guò)專家論證，綜合考慮隧道施工情況與地質(zhì)條件，最終決定在隧道建設(shè)中引入新意法。

按照新意法進(jìn)行隧道施工時(shí)，對(duì)隧道出口處拱頂實(shí)際沉降量與邊墻實(shí)際變形予以動(dòng)態(tài)監(jiān)控，從監(jiān)控結(jié)果可知測(cè)點(diǎn)變化量小于1cm，表明采用新意法后該隧道整體安全性及穩(wěn)定性得到顯著提升，新意法的應(yīng)用對(duì)保證隧道施工安全與質(zhì)量有利。

3.2 案例二

某隧道為線路范圍內(nèi)的控制性工程，也是我國(guó)較少應(yīng)用的需要從高速路、城市及河流中穿越的隧道，最大開挖寬度可以達(dá)到16m以上，最大開挖高度可以達(dá)到13m 以上，埋深為30～50m，長(zhǎng)度與斷面面積均很大。隧道設(shè)計(jì)有20%的最大縱坡，所穿越的地層以軟弱圍巖為主，如泥巖和泥質(zhì)砂巖，工程地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，隧道圍巖級(jí)別很低，容易在施工中發(fā)生坍塌。

通過(guò)前期專家論證，考慮到該隧道施工難度極大，故決定在施工中引入新意法，具體措施為采用傘狀式旋噴注漿管棚技術(shù)進(jìn)行超前預(yù)加固，并進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，同時(shí)對(duì)隧道的特殊段落所用該施工方法予以優(yōu)化與過(guò)程監(jiān)控，為實(shí)際施工奠定良好基礎(chǔ)。實(shí)踐表明，新意法的引入能有效確保該隧道施工順利完成，防止各類安全問(wèn)題的發(fā)生。

旋噴注漿指的是采用噴漿將水泥混合物壓入需改良的地層當(dāng)中，充分利用漿液噴射具有的力學(xué)特性使待加固部位的地層達(dá)到劈裂，進(jìn)而通過(guò)攪拌、壓實(shí)與固結(jié)對(duì)地層予以加固。采用該方法完成改良處理后，能有效提高地層強(qiáng)度與滲透性。采用該方法進(jìn)行施工時(shí)要特別注意隧道拱部與邊墻部位改良土相互連接，即管棚搭接，使管棚能延伸至洞室水平面下部，進(jìn)而在加固拱作用下使壓力傳遞至地層當(dāng)中。相較于傳統(tǒng)的注漿加固技術(shù)，該技術(shù)的參數(shù)并非由土層自身滲透性決定，需通過(guò)嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定，需要經(jīng)試驗(yàn)確定的參數(shù)包括：注漿壓力大小、噴嘴數(shù)量、噴嘴直徑、漿液水灰比、注漿時(shí)間。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是管棚搭接和確保鉆孔深度大于隧道的直徑，在鉆桿尾部需配置對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行跟蹤的裝置，在將鉆桿取出的同時(shí)，借助跟蹤裝置設(shè)定適宜的注漿速度。這項(xiàng)技術(shù)有較強(qiáng)的適用性，但要注意土體抗剪強(qiáng)度會(huì)在高壓作用下被噴射出的混合物沖破。目前這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用并不多，還處在試驗(yàn)階段，在該隧道中的成功應(yīng)用可為此類隧道建設(shè)提供技術(shù)參考[6]。

4 新意法前景

4.1 新奧法分析

新奧法將巖體力學(xué)理論作為基礎(chǔ)，要求最大限度利用圍巖自身具有的承載力，在隧道開挖的同時(shí)進(jìn)行支護(hù)，確保支護(hù)施作及時(shí)性與圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)圍巖變形的有效控制促進(jìn)其內(nèi)部應(yīng)力逐步釋放，從而使圍巖形成完整支護(hù)體系。

新奧法只分析掌子面背后地層產(chǎn)生的變形，將靜力學(xué)問(wèn)題視作二維問(wèn)題考慮，將大部分注意力都集中于收斂方面，未能對(duì)如何充分利用核心土保證隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性引起足夠重視?；诖耍孕聤W法與將其作為基礎(chǔ)的其他方法具有下列局限性：①新奧法無(wú)法適用于所有類型的地層及應(yīng)力應(yīng)變條件，為不全面分類系統(tǒng)；②新奧法未能對(duì)超前核心土具有的作用引起重視，超前核心土可作為不利應(yīng)力應(yīng)變條件下有效穩(wěn)定工具；③新奧法主要借助簡(jiǎn)單約束措施使隧道結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用較少；④新奧法未能重視隧道設(shè)計(jì)與施工階段存在的差別；⑤新奧法主要通過(guò)圍巖類型分析及地層變形情況對(duì)比選擇適宜的支護(hù)措施，實(shí)際上該方法是不合理的[7]。由此可見，新奧法雖然在我國(guó)得到較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用，但面臨越來(lái)越復(fù)雜的地質(zhì)條件，采用新意法已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，必須引起相關(guān)人員的高度重視。

4.2 新意法優(yōu)勢(shì)及局限性

如前所述，新奧法只針對(duì)掌子面背后地層產(chǎn)生的變形予以分析，但新意法將新奧法作為基礎(chǔ)，對(duì)隧道掌子面預(yù)期超前地層產(chǎn)生的變形進(jìn)行分析和預(yù)判，主要具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：

（1）新意法有比新奧法更廣泛的使用范圍。如前所述，新意法能充分利用超前核心土具有的保護(hù)作用，能在設(shè)計(jì)與施工階段采取有效措施控制超前核心土變形，在這種情況下，借助新意法可有效解決不利應(yīng)力應(yīng)變條件下的問(wèn)題，這是傳統(tǒng)新奧法無(wú)法達(dá)到的[8]。

（2）針對(duì)復(fù)雜程度較高的地質(zhì)條件，新意法有更大優(yōu)勢(shì)。一方面，新意法由于能良好保證掌子面穩(wěn)定性與超前核心土可靠性，因此，采用新意法能有效加快實(shí)際施工進(jìn)度；另一方面，由于超前核心土被加固后表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性，能為隧道的機(jī)械化作業(yè)提供良好條件，為各類機(jī)械設(shè)備在隧道建設(shè)中的使用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）在隧道施工中引入新意法能更好地控制工程造價(jià)與工期。在施工中引入新意法后，能在前期勘察設(shè)計(jì)工作中進(jìn)行大量準(zhǔn)備工作，能根據(jù)巖層特性分析結(jié)果，充分考慮后續(xù)措施，使后續(xù)施工有良好可持續(xù)性，保證工程造價(jià)與工期都的良好可控性，這已在上述兩條隧道建設(shè)中得到很好的體現(xiàn)。

（4）相較于其他施工工法，新意法施工安全性更高，其原因?yàn)椴捎眯乱夥ㄊ┕r(shí)會(huì)用到很多安全措施，如仰拱緊跟掌子面和對(duì)超前核心土進(jìn)行加固與實(shí)時(shí)監(jiān)控，如此，能顯著減少或避免地質(zhì)災(zāi)害，如塌方等[9]。

（5）采用新意法施工能減少后期維護(hù)成本，如前所述，新意法核心思想為最大限度利用超前核心土對(duì)圍巖預(yù)收斂予以限制，以減小由于應(yīng)力重新分布造成的不利影響，使圍巖保持在原始狀態(tài)，防止運(yùn)營(yíng)過(guò)程中隧道產(chǎn)生病害，進(jìn)而減少后期用于維護(hù)方面的成本。

當(dāng)前我國(guó)隧道工程建設(shè)正處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，大量實(shí)踐表明，在隧道施工中引入新意法，會(huì)導(dǎo)致工程工期不同程度的延長(zhǎng)，且與采用傳統(tǒng)施工方法相比，應(yīng)用新意法施工明顯增加了工程的造價(jià)。另外，新意法對(duì)施工人員自身技術(shù)要求也較高，這些都是限制新意法在工程中廣泛應(yīng)用的因素。從目前實(shí)際情況看，我國(guó)對(duì)新意法的研究與試驗(yàn)還處在起步階段，實(shí)際操作過(guò)程中依然存在很多亟需發(fā)現(xiàn)與有效解決的問(wèn)題。

5 結(jié)論

（1）目前我國(guó)大多數(shù)隧道工程建設(shè)所用方法都將新奧法作為基礎(chǔ)，由此衍生出很多方法，如臺(tái)階法、全斷面法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和CRD 法等，如果從保證施工安全的角度考慮，則以上幾種常用方法的排序?yàn)椋弘p側(cè)壁導(dǎo)坑法＞CRD 法＞CD 法＞臺(tái)階法＞全斷面法；如果從保證工程造價(jià)與工期的角度考慮，則以上幾種常用方法的排序?yàn)椋喝珨嗝娣ǎ九_(tái)階法＞CD 法＞CRD法＞雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。由此可見，將新奧法作為核心思想的隧道施工方法，無(wú)法兼顧工程的安全、速度與造價(jià)。

（2）相較于新奧法，新意法對(duì)隧道支護(hù)體系進(jìn)行了很大改進(jìn)。新意法對(duì)設(shè)計(jì)與施工階段重視度很高，要求在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中分步實(shí)施地質(zhì)勘查工作、診斷工作與確定處理措施，在作業(yè)的同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)貎?yōu)化調(diào)整，使開挖施工時(shí)的圍巖保持穩(wěn)定，充分體現(xiàn)出新意法自身優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。

（3）在隧道施工中引入新意法后，能使隧道工程建設(shè)造價(jià)與工期均得到有效控制，且能更好地保證施工安全。但從當(dāng)前實(shí)際情況看，該方法的應(yīng)用并不廣泛，無(wú)論是研究還是試驗(yàn)都處在起步的階段，在實(shí)際應(yīng)用中依然存在很多亟需發(fā)現(xiàn)和解決的問(wèn)題。隨著更多工作者的不斷研究與實(shí)踐，相信新意法將成為隧道工程，尤其是地質(zhì)條件復(fù)雜、技術(shù)難度較高的隧道工程的主流施工方法。