“新意法”在国外隧道工程中的应用翟进营,杨会军,王莉莉(中铁隧道集团有限公司洛阳科学技术研究所,河南洛阳 471009)摘要:介绍“新意法”在意大利等国隧道工程中的应用情况,并重点以意大利Vast o 隧道坍方治理工程为例,详细剖析“新意法”在隧道设计、施工的不同阶段中的具体运用,为“新意法”在我国的推广应用提供参考。
关键词:“新意法”(ADEC O -RS 法);隧道工程;应用;超前核心土;加固中图分类号:U455.4文献标志码:B 文章编号:1672-741X (2008)04-0469-07Appli cati on of ADECO 2RS Approach i n Tunneli n g i n Forei gn Countr i esZHA I J inying,Y ANG Huijun,WANG L ili(L uoyang R esearch Institute of Science and Technology,Ch ina R ail w ay TunnelGroup Co .,L td .,L uoyang 471009,Henan,China )Abstract:I n the paper,an overvie w is made on the app licati on of ADECO 2RS app r oach in the tunneling in Italy and other f oreign countries .Further more,the app licati on of ADECO 2RS app r oach in tunneling is p resented in detail,with the collap se treat m ent of Vast o tunnel in Italy as an exa mp le .The paper can p r ovide reference f or the p r omoti on and ap 2p licati on of ADECO 2RS app r oach in the design and constructi on of tunnels in China .Key words:ADECO 2RS app r oach;tunneling;app licati on;advance core;cons olidati on0引言20世纪70年代中期,意大利的Pietr o Lunardi 教授开始对数百座隧道进行理论和现场试验研究,并逐步创立了岩土控制变形分析法(ADECO -RS 法),该方法用中文解释为“新意法”[1]。
在过去数十年内,“新意法”广泛应用于意大利的铁路和公路领域,并已纳入意大利的隧道设计和施工规范。
“新意法”还应用于欧洲其它一些国家的隧道项目[2]。
2006年7月,铁道部有关领导考察了意大利佛罗伦萨—博罗尼亚高速铁路采用“新意法”施工的Rati 2cosa 隧道的施工现场。
2006年10月,持有“新意法”的意大利特莱维集团(Trevi Gr oup )组团来中国,考察了郑西客运专线黄土隧道施工现场,并与中国同行进行了学术交流。
同年11月,在北京召开的“中国高速铁路隧道国际学术研讨会”上,意大利特莱维集团对“新意法”作了专题报告[2]。
之后,在铁道部相关领导的多次讲话中及在铁道部的相关文件中均提到,隧道设计和施工要积极学习、借鉴、采用和推广国内外先进技术,对条件适宜的隧道要积极采用“新意法”等先进的施工方法和施工工艺,要在消化吸收的基础上,不断改进创新,逐步探索和形成具有中国特色的隧道设计、施工理论和先进、适用的隧道施工方法和工艺[3]。
铁道部已委托相关高校、科研院所及施工单位对“新意法”进行研究,以利于其在我国的推广应用。
在武广客运专线浏阳河隧道中,相关施工单位对“新意法”的部分要素进行了尝试性应用。
截止目前,“新意法”还没有在我国得到真正的应用。
笔者在文献[1]中对“新意法”的理论基础、“新意法”隧道设计施工的基本步骤以及“新意法”与新奥法的不同之处等进行了简要介绍;本文旨在介绍“新意法”在意大利等国的应用情况,并以意大利Ancona —Bari 铁路Vast o 隧道坍方治理工程为例,详细介绍“新意法”在隧道工程中的具体运用,为“新意法”在我国的推广应用提供参考。
1“新意法”在国外隧道工程中的应用概况“新意法”广泛应用于意大利的铁路和公路领域,并已纳入意大利的隧道设计和施工规范。
“新意法”还应用于欧洲其它一些国家的隧道项目。
采用“新意收稿日期:2008-04-24作者简介:翟进营(1972—),男,河南新安县人,1994年毕业于解放军外国语学院英语专业,本科,副译审,从事隧道及地下工程科技资料的翻译和编辑工作。
第28卷 第4期2008年8月隧道建设Tunnel C onstruction Vol .28 No .4Aug . 2008法”的典型工程实例见表1[4-8]。
1.1意大利罗马—那不勒斯高速铁路隧道工程[6]意大利罗马—那不勒斯高速铁路线上共有隧道22座,总长为21.8km,均采用“新意法”进行设计和施工。
隧道工程采用“一揽子”承包合同。
该工程于1994年开工,全断面机械化开挖,施工进度很快(达到每工作面约100m/月),且持续、稳定。
施工工期、造价、安全、质量等都得到了很好的控制。
“新意法”在该工程中的应用取得了成功。
1.2意大利博洛尼亚—佛罗伦萨高速铁路隧道工程[7]意大利博洛尼亚—佛罗伦萨高速铁路全长约92 k m,其中隧道总长84.5k m。
隧道穿越复杂多变的、极差的地层,断面面积约140m2。
该项目采用“新意法”编制设计规范,并以此为基础进行工程招标和施工设计。
该工程地质条件虽很差,但是,由于按“新意法”进行设计和施工,把风险降到了最低,因此仍以“交钥匙”合同方式发包。
该工程于1998年开工,全断面开挖,机械化程度很高。
工程进展顺利,每个工作面平均月成洞50m。
“新意法”在该工程中的应用取得了巨大成功。
表1采用新意法的典型隧道工程实例Table1 Typ ical tunneling works in which ADEC O2RS app r oach is app lied工程名称隧道名称罗马—佛罗伦萨高速铁路Tailet o隧道、Caprenne隧道、Pogg oOtlandl隧道、Crepacuore隧道、Tas2s o隧道、Rerranovale隧道等罗马—那不勒斯高速铁路共22座隧道,总长21.8km博洛尼亚—佛罗伦萨高速铁路隧道总长84.5km Caserta—Foggis铁路S.V itale隧道等Ancona—Bari铁路Vast o隧道等罗马地铁Baldo degit Ubaldl隧道等B icocca—Syracuse铁路Targia隧道等马赛—里昂高速铁路Tartaiguille隧道等罗马外环高速公路App ia Antica隧道等2“新意法”在Vast o隧道中的运用2.1工程概况2.1.1地质概况Vast o隧道全长约6200m,最大埋深约135m,直径约12m,位于意大利Ancona-Bari铁路线上。
Vast o 隧道从丘陵下方穿过,丘陵上方有Vast o村。
Vast o隧道穿越的地层见图1。
隧道穿越的山体底部及中部地质条件复杂,主要为粉质及黏土质地层,图1意大利Ancona—Bari铁路线上的Vast o隧道的地质概况Fig.1 Geol ogical p r ofile of Vast o tunnel on Ancona—Bari rail w ay in Italy呈灰色,层状,中间夹薄砂层;山体上部为一层砾岩层,其胶结程度各异;其最上部为砂质粉土质地层,呈浅黄褐色。
除靠近洞口段外,Vast o隧道全部穿越黏土地层。
在隧道深度处,地层饱水且对断层极为敏感。
2.1.2施工概况1984年,从北洞口开始Vast o隧道的开挖作业。
开挖作业一直接续到1990年,期间不断发生严重事故,进度缓慢。
该隧道原设计情况为台阶法开挖,开挖后立即进行喷射混凝土、钢拱架和钢筋网初期支护;二次衬砌采用1m厚的钢筋混凝土,二次衬砌紧跟掌子面,并在保留核心土的情况下进行浇筑,随后浇筑隧道边墙混凝土,最后浇筑仰拱混凝土。
隧道第1次发生严重变形后,施工单位采取了许多措施,企图恢复隧道掘进,但是这些措施最终都没有发挥作用,最终在km38+075里程处(覆盖层厚度为38m)发生了严重坍方,波及隧道掌子面及其后方大约40m范围。
同时,隧道二次衬砌结构产生严重变形(大于1m),致使无法继续施工。
Vast o隧道出现上述问题后,Pietr o Lunardi教授应邀为该工程提供解决方案,使隧道恢复施工,并完成隧道剩余工作量。
Pietr o Lunardi教授遂对该隧道提出了基于“新意法”原理的设计、施工方案,其基本原则是对掌子面前方的超前核心土进行超前约束和加固,以控制其变形。
074 隧道建设 第28卷 2.2“新意法”隧道设计、施工技术2.2.1勘察阶段对隧道重新设计之前,尽可能详尽地了解拟开挖地层的相关情况。
该隧道的围岩属底部黏土地层,为黏土质粉土或粉土质黏土,中塑-强塑,不透水,遇水浸泡会发生严重膨胀。
尽管在三维压力盒中进行的直接剪切试验提供了很宽范围的黏聚力及摩擦角值,但是这些直接剪切试验的确显示了很低的平均强度值。
然后进行了一些三维压力盒挤出试验,以便在试验室中模拟现场实际应力条件下隧道的掘进情况。
通过这些试验及有限元数值模型,可以在后续的“诊断阶段”和“处治阶段”对相关岩土参数(C,<,E )进行调整。
对三维挤出试验进行直接模拟(以及在超前加固情况下和未进行超前加固情况下进行三维压力盒剪切试验),以确定下列主要岩土参数的变化范围。
C u 为非排水内聚力,0.15～0.4MPa C ′为排水内聚力,0～0.2MPa <u 为非排水内摩擦角,0～10° <′为排水内摩擦角,18～24° E 为杨氏弹性模量,500～5000MPa2.2.2诊断阶段诊断阶段的输入参数为通过理论方法和试验方法从现场获取的或从相关试验室试验中得到的地质、岩土及水文地质参数。
利用这些数据,预测隧道掌子面及洞身在没有采取加固或支护措施条件下的应力-应变形态。
诊断阶段的目的是根据可能发生的A 、B 、C 3种基本应力-应变形态,把隧道分成地层变形特性均匀一致的几个区段。
接下来对随着变形发展而产生的围岩剪切机理以及失稳进行分析,并最终估算出不稳定区域的范围以及所引起的荷载的大小。