關于新意法在國內研究現狀分析

(重慶交通大學河海學院 重慶 400047)

引言

中國在這十幾年來，對于公路、橋梁、隧道等一些基礎建設設施的投資不停增加，特別是在山區公路，高速鐵路持續建設，建設的山嶺隧道不斷增多。在這樣的背景下出現了很多在不良地質條件下修建隧道的情況。這些巖體由于破碎程度比較高、結構穩定性差，受到施工干擾后易失穩，所以需借助鋼拱架、玻璃纖維錨桿、超前注漿等加固方法來限制圍巖的形變。限挖法(臺階法、分塊法等)和全斷面開挖相比較，其經濟和時間成本要高出很多。因此，在20世紀70年代中期意大利的Pietro Lunardi教授提出一種替代法，就是利用加固超前核心土，通過提高掌子面的穩定性，進而為全斷面開挖創造條件，避免采用限挖，這就是新意法的思想。

一、新意法的簡介

(一)新意法的核心思想。新意法的中心思想是通過加固超前核心土的剛度和強度，人為地提高掌子面的穩定能力，避免掌子面在臨空的時候由于變形過大而失去穩定，進而為全斷面開挖提高條件。

(二)與新奧法之間的區別與聯系。新意法主要是利用超前核心土的自穩能力來實現對軟弱巖體的全段開挖。而新奧法關注的方面則是為洞身圍巖，其最終的目的是要利用圍巖的自承能力來實現支護。兩者之間的主要區別體現在如下幾點:1)對于隧道的開挖模式不同。新意法的核心思想是使用全斷面機械化進行開挖隧道，其特點是施工快，價格低。對于不良巖體采用提前加固來改善圍巖的特性，為使用全斷面開挖創造條件。新奧法則是使用的分不開挖法來就行的。2)支護方式的不同。新意法在支護上主要是利用的是超前核心土加固的方式，由此來限制圍巖的收斂變形，是主動支護的一種。新奧法則是主要發揮圍巖的自承能力，和支護結構一起來支撐圍巖，這是被動支護的一種。3)隧道靜力學分析模式的不同。新意法強度對于超前核心土的變形進行控制，關注縱向的隧道變形的影響。而新奧法則將隧道看成是平面問題，只關心于收斂變形，主要對徑向支護方式的作用進行強調。

(三)新意法的優點。1)新意法擁有更寬泛的應用范圍。因為新意法主要對超前核心土進行加固，并且在施工設計中能夠有效的提高掌子面的強度和剛度。2)新意法在一些很復雜的地形條件下同樣擁有很快的施工速度。這是由于對超前核心土采取提前加固的方法，為進行全斷面開挖提供了便利條件。3)新意法的造價較低。由于新意法的設計方面前期做了很多工作，巖體特性和強度控制得到了保證，那么在后面的開挖以及支護監測方面就會節省很多金錢。4)新意法的安全性更高。在全斷面機械化開挖的條件下，通過新意法的加固技術對超前核心土的加固、掌子面的加固等措施可以減少一些地質災害的發生。

二、新意法的預約束技術

(一)玻璃纖維錨桿加固掌子面。玻璃纖維錨桿是要求在掌子面進行干鉆，鉆孔要近似平行于隧道軸線并均勻的分布在掌子面的周圍，其長度要求大于隧道的直徑。鉆孔過后將玻璃纖維錨桿打入孔內并且注漿封閉。

玻璃纖維錨桿是用熱固聚樹脂材料所做成的，加有50%質量比的玻璃纖維，一般采用直徑為60mm或者40mm、厚度10mm的管樁加筋件，如圖1所示。

在后續加固和注漿作業的時候必須要保證鉆孔的直接要小，并且在孔形成后立即插入錨桿，然后注漿封閉。在施工中必須同步實施監控工作，要檢查包括注漿效果、每根錨桿的注漿量以及用拉拔實驗檢查加筋件、灰漿與地層之間的粘結力等等。

使用玻璃纖維錨桿可以適用于粘結性強的或者半粘結性的土層中，掌子面不穩定或者短期穩定的時期，必須要掌子面的形狀呈現凹陷的形狀時才能進行噴錨支護。

(二)預切成洞襯砌技術。預切成洞襯砌技術是由機械預切槽技術發展而來的一項新技術。預切成洞襯砌技術是介于先進行洞室預約技術再進行開挖和掘進開挖技術之間的一種。該技術的創新之處在于它能夠在開挖之前做隧道襯砌，而不需要在開挖橫斷面周圍進行地層改良和加固，也不需要用連接的方法設置鋼拱架和噴射混凝土等初期襯砌。預切成洞襯砌技術是在掌子面周圍做成截錐狀混凝土層，該混凝土層及時到了后期也可以作為最終襯砌的一部分，預切成洞襯砌技術中的隧道掘進方式是只需要在已經做了混凝土薄層保護范圍內開挖土層即可，開挖時有著混凝土薄層起著保護掌子面的作用，開挖尺度要小于混凝土厚度，以便于使用連續的混凝土薄層直接實現搭接，同時并為掌子面提供安全儲備。

圖1 玻璃纖維錨桿

三、新意法在國內未來的發展

新意法全斷面機械化施工具有寬泛的實用性、可靠性已經很好的運用前景，是能夠很好填補國內在這方面的研究空白，將來在國內發展要做到以下幾點：

(1)隧道施工的機械化是現在整個行業內的趨勢，雖然現階段中國隧道施工建設都是以新奧法為基礎的中小型機械施工為主要施工手段，但隨著科技的進步，流程的加快必定會使全斷面機械化開挖做為國內現階段研究的重要方向。因此必須盡快在各個高校發展新意法的研究。

(2)新意法為大跨度軟弱圍巖隧道全斷面開挖提供了扎實的理論依據，提供了一套軟弱圍巖隧道全斷面開挖的設計、施工、監測和管理方面的方案。

(3)大斷面軟弱圍巖的全斷面開挖需要大型的機械設備以及相關的儀器，在我國這方面的機械設備也是相當匱乏，因此需要引進一些設備來進行補充，也可以積極開展相關方面的制造。

(4)新意法和新奧法在設計原理上是一致的，因此可以在隧道初期支護、仰拱、二次襯砌的受力問題上展開專門的研究。

四、結語

隧道施工的難易程度取決于施工人員對于隧道圍巖的理解程度，在此基礎上采用正確的設計方法和開挖手段及穩固措施是十分重要的，結合工程實際來進行隧道開挖。

新意法的出現使得我們開始注重隧道開挖后的三維力學過程，并認識到隧道開挖后變形的真正原因。在使用了多年的新奧法之后，又在隧道開挖上開辟了一條全新的道路。