谈岩土控制变形分析法

根据诊断阶段所划 分 的隧道变 形反 映类别 ， 确定 加 固措施 ， 继而确定 出隧道断 面形式 、 护参数 等设计 参数 ， 支 并用 数学 工具 验证其有 效性 。
源自文库
２ ２ 施 工 阶段 ．
施 工 阶段 包 括 实施 、 测 两 个 阶段 ： 监 １实施阶段 。 ）
Ａ —Ａ截面
谈 岩 土 控 制 变 形 分 析 法
朱平安
摘
杨龙伟
６０３ ） １０ ２
（ 中铁 二局股 份有限公司 ， 四川 成都
要： 介绍 了新意 法的核心思想、 工作 流程、 施工关键技术 ， 并与新奥 法进行 对比， 对其优点进行 了总结 ， 同时引 用锦屏引水洞 室
软 弱大 变形 洞段施工经验 予以验证 ， 旨在为 “ 新意法 ” 推广应 用提供 指导。
形的 目的 ， 固后 的摩 尔包 络线 见图 ３ 加 。
意
骚
Ｅ 。 挤 出变形 ‘
图 ５ 挤 出变形推算预收敛
抑 制 减 小 提 高 围岩 ｃ， 值
４ 新意 法与 新奥 法的对 比及 其优 点
新意法与新奥法的最大区别在于 以下两点 ：
图 ３ 加 固后的摩尔包络线
新意法是基 于对超前核心土变形 的分 析和控制 ， 按此方法进 最后确定 隧道掘进 的循 环长 度 、 度 、 速 确定 支护的措施及强 度 、 实 以免变形过大而影 响相邻 建 （ ） 物使 用 ； 构 筑 接桩 焊接不 规 范 ， 或 参考文献 ： 焊 接后 自然冷却 时间不足 ， 沉桩 时沿焊缝 断开 ， 而影 响成桩质 量 。 ［ ］ Ｊ Ｊ ４２ ０ ， １ Ｇ －０ ８ 建筑桩基技术规 范［ ］ ９ ｓ．
通 常需要
必须 １ ２Ｏ ～ ． １５— ． ５
总是需要
必须 ≤１２ ．５ １０ ２５ ． — ．
成 围岩拱效应 ， 往往 由于掌子面一超 前核心 土过度变 形引发 开挖 段 围岩残余承载能 力不足 ， 致支护 受力 过大 ， 至 由于掌 子面 导 甚 失稳引发后方洞段坍 塌。２ 两 者对 隧道洞 室变 形 的分析方 式和 ） 控制方式不 同， 意 法以预 测、 测 、 新 监 分析 、 超前 核 心土 变形 为主 要判据 ， 确定 合 理 的预加 固措 施 、 护参 数 、 护 时机 及 支护 方 支 支
力 的减小 ， 并改善超前核心土 围岩条件 （ 主要作用 是提高抗 剪
强度 ） 的效果 ， 而形成或促 进形 成掌 子面 附近 围岩人工 成拱 效 从 应， 抑制 围岩塑性 区 的形 成和 发展 ， 增强 掌子 面附近 围岩 的承 载
昌
能力 ， 配合及 时的支护 系统 ， 最终达到确保 隧道 稳定 ， 小隧道 变 减
３ 新 意 法施 工要 点
３ １ 超 前核 心 土预加 固 ．
针对 软破碎地 层 ， 采用玻 璃纤 维锚杆 预加 固、 水平 旋 喷注浆 管棚 、 机械预切槽 、 超前 预注 浆 、 结等 措施 ， 到抑 制最 小主应 冻 达
０ ５ １ ０ １ ５
国 ４ 超前核 心土挤 出量测（ 单位 ： ｍ）
关键词 ： 新意法 ， 隧道工程 ， 超前核心土 ， 工技术 施
中 图分 类 号 ：Ｕ ３ Ｔ ４３
文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引言
２ Ｏ世纪 ７ ０年代 中期 ， 意大 利 的 Ｐｅ ｕ ａ ｉ 授开始 对数 ｉｒ Ｌ ｎｒ 教 ｔ ｏ ｄ 百 座隧道进行理论研究 和现场试验 ， 创立 了岩土控 制变形 分析法 （ Ｄ Ｃ — Ｓ 。其后 该方法被 广泛采 用并纳 入规 范 ， 法也 称为 Ａ Ｅ ＯＲ ） 此 “ 新意大利 隧道施 工法 ” Ｎ ｗ Ｉ ｌ ｎＴ ｎ ｅ ｎ ｔ ｄ Ｎ Ｔ ］ ［ ｅ ｔｉ ｕ ｎｌ ｇＭｅ ｏ （ ＩＭ） ， ａａ ｉ ｈ 简称 “ 新意法 ” Ｊ 。从 ２ ０ ０ ６年 ７月开始 ， 铁道部对采用 “ 意法” 新
注 ： 用于 １ 适 ２ｍ一１ ｍ直径隧道 ３
表 ２ 各种地层最佳 开挖方 法
法 ； 靠控制超前核心土变形 ， 依 确保 隧道稳定 ， 小收敛 变形 。而 减 新奥法则是 以监控 、 析 隧道开挖后 的收敛变 形为依 据 ， 实际 分 但 上隧道 开挖后 的收敛变形在施工 中很 难准确测 量 ， 其监测滞 后 的
第３ ８卷 第 １ ７期 ２０ １２ 年 ６ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ Ｔ Ｃ ＵＲＥ ＨＩ Ｅ Ｔ
Ｖ０ ． １３８ Ｎｏ． ７ １
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ． ０２
・７ ・ ５
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ １ — ０ ５ ０ １０ － ８ ５ ２ １ ）７ ０ ７ － ３
表 １ 新意法开挖参数
参数
Ａ
奥法将隧道施工力学近似看为平 面问题 ， 过径 向的支护控制 隧 通 道横断面稳定和变形 ， 略纵 向效 应。 因此在 软弱地 层 中很难 形 忽
Ｃ
隧道类别
Ｂ
系统加 固措施
凹陷的掌子面 开挖步长／ ｍ 掘进速度／ ・ ｍ ｄ
不需要
推荐 ２５ ５ ．— ＞ ５
对 于掌子 面稳定 的隧道 洞室 ， 常规方法 实施 。对易 失稳 隧 按
图 １ 三种变形类型示意图
道洞室 ， 则需采取超 前预 加 固措 施 ， 然后 以实 际掌 子 面一超 前核
心土 的挤 出变形 判断 围岩变形 反应 ， 析预加 固措 施 的有效 性 ， 分
２ 新 意法 的各 阶段
收稿 日期 ：０ ２ ０ —４ ２ １ —４ １ 作 者 简 介 ： 平 安 （９ ２ ， ， 程 师 朱 １８ 一） 男 工
・
７ ６・
第０ 第 ｌ ７期 ２３１ ８卷 ２年 ６月
山 西 建 筑
滑 动 测 微 计
施时间和位置 。
２ 监测阶段。 ）
监测 和判 断隧道掘进过 程中的围岩变形 ， 验证 诊断 和处治 阶 段所做预测 的准确性 ， 视实际情况调整设计方案 。
阶段 、 监测 阶段 五个 程序 ， 新意法基本 流程见 图 ２ 。
图 ２ 新意法基本 流程
２ １ 设计 阶段 ．
设计阶段包括勘察 、 诊断 、 处治三个阶段 。 １ 勘 察阶段。 ）
１ 新 意法核 心 思想
确定 围岩 的岩土力学性质 ， 析地 层原有的平衡 状态。 分
２ 诊 断阶段 。 ）
Ｐｅｏ ｕａ ｉ ｉｒ Ｌ ｎｒ 等人通过 研究得 出 以下结论 ， ｔ ｄ 同时也是新 意法 依据在勘察阶段获 取 的信 息和 参数 预测 隧道在 无支 护 的情 的核心 思想 ： 超前 核心土的变形 （ 挤出变形 和预收敛变形 ） 于隧 况下的三种变形响应 ， 对 以此来 判断隧 道 的稳定情 况 ， 将 隧道 分 并 道洞室 成拱效应的产生具有决定 性作用 ， 同时超 前核 心土变形 是 为掌 子面稳定 、 短期稳定 、 不稳定三种基本 变形形 态 ， 通过分析挤
３ ２ 新 意 法开挖 原 则 ．
１ 两者对隧道静力学分析 重点不同 ， 意法更加关 注隧道施 ） 新 隧道洞室 的开挖参 数 ， 体现为分块 大小 、 循环进 尺长度 、 掘进 工力学的三维空间力学状态 ， 注重前 方超前核 心土及后 方衬砌对 速度等 ， 都对隧道 的稳定 及施 工的效 率产 生重 大影响 ， 意法在 于开挖段稳定 的控 制作用 ， 进软弱 围岩 人工 成拱效 应 的形成 ， 新 促 开挖 中强调全 断面 、 快速 、 连续、 均匀 、 机械化作业。表 １ 和表 ２中 抑制软弱岩层 中塑性区 的形成和发展 ， 更大 限度 的发 挥围岩 自承 给 出了一 些相关标 准 ， 可用于指导施工 。 能力 ， 在相 同支 护条件下 ， 较新奥法更 安全 ， 隧道 变形更小 。而 新
隧道 收敛的起 因， 因此 可 以通过 预测 、 控超 前核心 土变 形判 定 出压力 和挤 出量 之间的关 系来 判断隧道类别 。 监 隧道稳定性 ， 同时通 过控制超前核心土变形保证 隧道洞 室稳定。 ３ 处治 阶段 。 ）
新 意法将隧道变形分为 三种 类型 ： 出变 形 、 挤 预收敛变 形 、 收 敛变形 ， 三种变形类 型示 意图见图 １ 。
ｐ ｏｏ ｇ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ａ ｐ ｃ ｄ ｎ ｓ ｒ ｉｅ ｔ ｎ ａ ｕ ｎ ｓ ｆ ｓ ｉ ｒ ｇｏ ． ｒ ｌｎ ｎ ｌ ｙ ｉ ｐ ｈ ａ ｏ ｅ ｖｃ ｍｅ ａ ｄ ｖ ｅ ｉ ｏｔ ｏｌｅ ｉｎ ｓ ｉ ｌ
Ｋｅ ｒ ｓ ｑ ｅ ｚ ｇ ｅ ｅ ｔ ｔｅ ｓ ｄｓ ｅ ｓｏ ，ｌｎ ｉｕ ａ ｏ ｙ ｙ ｗｏ ｄ ：ｓ ｕ ｅ ｉ ｆ ｃ ，ｓ ｓ ｉｐ ｒｉ ｎ ｅ ｔ ｌ ｒｂ ｄ ｎ ｒ ｃ
ｏ ｔｔ ａ ａｉ ｕ ａ ｔ ｒ ｈ ｕ ｄ ｂ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅｙ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｎ ａ ｔ ａ ｕ ｈ ｔｖ ｒｏ ｓ ｆｃｏ ｓ ｓ ｏ ｌ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｌ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｉ ｃ ｕ ｌ印 ｐ ｉａ ｉｎ ｉ ｈ ｓ ｅ ｔ ｆ ｓ ｒ ｅ ，ｄ ｓｇ ｎ ｏ ｓ ｃｉｎ，Ｓ ｓ ｔ ｌ ｔ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｃｓ ｏ ｕ ｖ ｙ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｃ ｎ ｔ ｔ ｃ ｏ ｕ ｒ ｏ Ｏ ａ ｏ
建 筑 ，０ １３ （５ ：９７ ． ２ １ ，７ １ ）６ － ０
Ａ ａｙｉ ｏ ｅａ ｐｉ ｔ ｎｐ ｏ ｌ ｆ ｒｓ ｅｓｄｐｐ ｉ ｉｎｉ ｏｔ ｏｌ ｅ ｉｎ ｎ ｌｓ ｎｔ ｐ ｌ ａｉ ｒ ｂｅ ｏ ｅｔ ｓｅ ｉｅｐｌ ｉ Ｔ ａ ｊ ｓｆ ｓｉ ｒ ｇ ｓ ｈ ｃ ｏ ｍｓ ｐ ｒ ｅｎ ｎ ｏ
施 工的 Ｒ ｔ ｃｓ 隧道 的施工现 场进 行考察 ， ａ２ ｏａ ｉ 并邀请 意大利特莱维 集 团（ ｒｖ Ｇ ｏｐ 组 团来 中 国进 行学 术交 流 ， Ｔｅｉ ｒｕ ） 目前 ， 新 意法 ” “ 在 我 国还没有得到真正 的应用 。
行的隧道设计和施 工分 为 ： 察 阶段 、 勘 诊断 阶段 、 治 阶段 、 处 实施
因此 ， 采用预应 力混凝 土 管桩应 结合 地 区经验 、 合考 虑各 种 因 ［ ］ Ｄ ９１０２ １ ， 应力混凝 土管桩技 术规 范［ ］ 综 ２ Ｂ２ －１－０ ０ 预 ｓ．
３ 预应力混凝土管桩在 基坑 支护 中的应 用 ［ ］ 山西 Ｊ． 素， 否则一 味追求经济效益而带来 的负 面影响可能会 远远 超 出人 ［ ］ 张华刚． 们 预期 的结果 。
法开挖基本原则 ：
新 结合大量采用新意法 的研究成 果及工程 经验 ， 到 以下新 意 缺陷尚不 能有效解决 。从 以上分析 可 以看 出 ， 意法既囊 括 了新 得 奥法 的核心理念 （ 充分发 挥 围岩 自承 能力 、 量测 和判 识 围岩 变形
， １ 对于掌子面稳定 、 稳定 隧道尽 量采 用机械 化开 挖 ， ） 不 对于 反应 指导施工 ） 又发 现 了超 前核 心土对 隧道 洞室稳 定及 变形 的 影 响关 系 ， 并以此为基础建立 了一套 以掌子 面一 超前核 心土变形 掌子面短期稳定隧道 ， 实际情况进行选择 ； 视 ２ 尽可能缩短单循环开挖作业时间 ， 保持 掘进速度均匀 ； ） 并 反应 为主要 判识准则的隧道洞室设计 、 施工方 法 ， 其包容性 更强 ，
Ｉ Ｎ ｉ ｎ． ａ ＤＵ ｌ ｋ 呸 Ｌａ ｈ ｌ Ｈｌ － ｅ ｉ
（ ｉ ｊ ｅｌ ｙＥ ｇｎｅ ｎ ｕｅ ｉｏ ｎｔｕ ，Ｔａｊ ０ １１ Ｃ ｉａ Ｔａ ｉ Ｇｏ ｇ ｎ ｉｅ ｇＳｐ ｒｓ ｎＩｓｔｔ ｉｎ ｎ３０ ９ ， ｈｎ ） ｎｎ ｏ ｄ ｖｉ ｉｅ ｉ
Ａ ｓｒｃ ： ａｅ ｎｔ ｉａ ｃｓｓ ｔｅｐｐｒ ｎ ｙｅ ａｉ ｓ ｐ ｌ ａｏ ｒｂｅ ｓ ｆ ｒｓｅｓｄｐｐ ｉ ｉ ｊ ｆｓｉｒｓ ｎ ａ ｄｐｉｔ ｂ ｔａｔ Ｂ ｓｄｏ ｐｃｌ ａｅ ， ｈ ａ ｅ ａ ａ ｚｓｖｒ ｕ ｐ ｃｔｎｐｏｌｍ ｅｔ ｓｅ ｉｅ ｌ ｉ Ｔａ ｉ ｓ ｔ ｏ ｉ ， ｎ ｏｎｓ ｙ ｌ ｏ ａ ｉ ｉ ｏｐ ｒ ｐｅ ｎ ｎｎ ｏ ｌｅ ｏ