技術規(guī)范標準_中日山嶺隧道技術規(guī)范的比較

中日山嶺隧道技術規(guī)范的比較1、比較對象目前，日本在山嶺隧道中，具有權威性的規(guī)范就是由土木學會制定的【隧道標準示范書】（2006年版），即我們所謂的”隧道工程技術規(guī)范”。分別按三大主流施工方法，即：礦山法、盾構法及明挖法分三冊出版。在該示范書中，同時規(guī)定除本示范書外，下列示范書、技術標準亦應遵守。1、混凝土標準示范書（規(guī)準編）（2005） 土木學會2、混凝土標準示范書（施工編）（2002） 土木學會3、混凝土標準示范書（維修管理編）（2001） 土木學會4、鐵道結構物等設計標準同解說 城市礦山法隧道（2002）鐵道綜合技術研究所5、公路隧道技術標準（構造編）（2003） 日本道路協(xié)會本文，中日山嶺隧道技術規(guī)范的比較，就是以上述標準示范書、技術標準與我們現(xiàn)行的下列規(guī)范、暫行規(guī)定等進行的比較。2、日本規(guī)范、技術標準的現(xiàn)狀1）日本規(guī)范、技術標準的指導思想日本國土交通省2002年提出“土木、建筑設計的基本方針”，該方針是以ISO2394和Eurocode0規(guī)定的結構物設計基本方針和體系而提出的。因此，此后編制的技術標準，都是以下述指導思想為依據(jù)的。其指導思想有二：一個是結構物的設計要從“構筑一個結構物”的思想，轉變?yōu)椤案玫厥褂靡粋€結構物”的思想；也就是說，結構物設計要從單純的力學設計轉變?yōu)樾阅茉O計；或者說轉變?yōu)橐粤W性能為對象的性能設計。一個是結構物設計必須是包括從勘查、規(guī)劃、設計、施工及營運的全過程的設計，也就是說，必須把結構物的維修管理納入到設計中因此，日本土木學會分別制定了【混凝土標準示范書】，分為構造性能核查編（2002）、施工編（2002）及維修管理編（2001）。山嶺隧道，基本上是屬于混凝土結構一類的結構物，因此，其規(guī)范、技術標準的主導思想來自于【混凝土標準示范書】?！净炷翗藴适痉稌恳蛔儯淼酪?guī)范及技術標準也隨之而變。因此，隨著【混凝土標準示范書】的修訂，日本土木學會接著就修訂【隧道標準示范書】，這就是目前實施的【隧道標準示范書】。日本國土交通省鐵道局也開始就委托鐵道綜合技術研究所著手編制【鐵道結構物等設計標準】，【城市礦山法隧道設計標準】就是其中之一（作者注：這本標準主要針對城市鐵路隧道隧道，地下鐵道歸屬于鐵道局管理，因此，也是針對地下鐵道的，對山嶺隧道的洞口段及淺埋段也適用），與之配套的還有【鐵路隧道維修管理標準】（2007）等。2）規(guī)范、技術標準的體系日本鐵路隧道的規(guī)范、設計標準，基本上是由土木學會和鐵道綜合技術研究所，編制的。公路隧道的規(guī)范、設計標準則是由日本道路協(xié)會編制的。編制單位具有相當?shù)臋嗤裕幹频囊?guī)范、技術標準、指南都不具有約束性。其約束性主要體現(xiàn)在投標的過程中，即：業(yè)主指定工程設計施工必須符合那個規(guī)范或標準，那個規(guī)范和標準才具有一定的約束性。這與我們的規(guī)范、暫行規(guī)定等具有約束性是完全不同的。在日本真正具有約束性的是國家標準，例如，JIS等。其它都是沒有約束性的。除國家的法規(guī)、法令外，日本的規(guī)范、技術標準大致分為三個層次。第一層次：標準示范書類：例如，混凝土標準示范書、隧道標準示范書等；第二層次：技術標準或設計標準類：例如，鐵道結構物設計標準、公路隧道技術基準（構造編）等；第三層次：有針對性的指南（指針）類：例如，“新奧法設計施工指南”（1996）、“噴混凝土指南（隧道編）”（2005）、“隧道混凝土施工指南”（2000）、“高性能噴混凝土設計施工指南”、建設業(yè)勞動災害防止協(xié)會編寫的“隧道施工通風技術指南”（1990）等。這一層次的指南，實質(zhì)上是對規(guī)范、技術標準的補充，包括新技術、新工法的應用等，其應用價值絲毫不遜于規(guī)范和技術標準。因此，日本各協(xié)會、都在編制指南上投入很大力量。指南的許多內(nèi)容的絕大部分，都納入以后修訂的規(guī)范和技術標準中。其實，日本在規(guī)范、技術標準、指南之外，還有一個層次，就是手冊。這是集某種技術之大成而編寫的工具書。如由山本埝教授主編的“隧道實用手冊”、鐵道綜合技術研究所編寫的“隧道近接施工對策手冊”和“城市鐵道結構物近接施工對策手冊”，日本鐵鋼聯(lián)盟編寫的“鋼纖維混凝土設計施工手冊”（隧道編）等。3）規(guī)范的構成與內(nèi)容以日本2006年版的【隧道標準示范書、礦山法編】為例加以說明。 該示范書由總論、規(guī)劃及調(diào)查、設計、施工、輔助工法、特殊圍巖及城市礦山法隧道、施工管理、TBM工法、背板工法、豎井和斜井等10篇構成。共234條文。其中特殊圍巖及城市礦山法隧道和TBM工法兩篇是第一次出現(xiàn)的示范書中。 第1篇總則，包括適用范圍、用語定義、有關法規(guī)及礦山法的選擇和研討步驟。 第2篇規(guī)劃和調(diào)查，包括規(guī)劃的基本原則，如隧道的線形（平面及縱斷面）、凈空斷面及隧道的附屬設施等；調(diào)查的基本原則，如圍巖條件的調(diào)查、當?shù)貤l件的調(diào)查、調(diào)查成果的整理與利用等。施工計劃的基本原則，如工區(qū)的劃分、施工方法的選定、輔助坑道的設置、施工道路、洞外設備及棄碴場等。第3篇設計，共分通則、設計基本原則、支護設計、襯砌設計、仰拱設計、防排水設計、洞口段及洞門設計、分支及擴大段設計、近接施工設計等9章。其中，近接施工設計是第一次出現(xiàn)在示范書中。 第4篇 施工，由通則、安全衛(wèi)生、環(huán)境保護、測量、開挖、出碴、洞內(nèi)運輸、支護、襯砌、防排水等的施工和洞口段施工11章構成。第5篇 輔助工法，除一般規(guī)定外，主要按確保隧道施工安全的輔助工法和保護周邊環(huán)境的輔助工法分開編寫。 第6篇 特殊圍巖及城市礦山法隧道，其中城市礦山法隧道是第一次出現(xiàn)在示范書中。因為最近幾年城市在土砂圍巖中采用礦山法修筑隧道的工程實績越來越多，因此在鐵道綜合技術研究所編制的【鐵道結構物設計標準城市礦山法隧道】（2002）的基礎上，增加了此篇。這里所指的特殊圍巖包括未固結的、膨脹性的、產(chǎn)生巖爆的，高熱、溫泉、有害氣體的及高壓、大量涌水的圍巖。第7篇 施工管理，包括進度管理、質(zhì)量管理和成型管理、觀察與量測4章。第8篇 TBM工法也是首次出現(xiàn)的一篇，包括適用范圍、TBM工法的規(guī)劃及調(diào)查、規(guī)劃、設計、施工及施工管理、觀察及量測、安全衛(wèi)生、作業(yè)環(huán)境的維護、特殊用途的TBM等8章。第9篇 背板法，是指傳統(tǒng)工法而言，一般說限制在小斷面隧道中應用。因此其規(guī)定也主要是針對小斷面隧道的。第10篇 豎井和斜井，由豎井設計、豎井施工、斜井設計、斜井施工、豎井及斜井的洞底設備等4章構成。應該說明，示范書是針對所有采用礦山法修筑的隧道的，包括鐵路隧道、公路隧道、水工隧洞、小斷面隧道以及地下鐵道等，并非單獨針對鐵路隧道的。其應用都體現(xiàn)在條文的解說中。本示范書把設計和施工合并在一起是一個特點。在日本的隧道工程界，始終認為，隧道設計的成果是由施工來實現(xiàn)的，不管設計如何好，但施工不到位或不良也拿不出滿意的結構物來。因此，把規(guī)范施工行為的準則與設計有機地結合在一起，是非常必要的。另外還應說明，日本與我們的設計施工體制不同，日本基本上沒有獨立的設計單位，工程設計與施工基本上是由承包單位承擔的。這可能也是在規(guī)范中把設計施工合并在一起的一個原因。日本規(guī)范和技術標準另一個特點就是每個條文緊接著都有一個比較詳細的解說（即條文說明）。應該說，規(guī)范的條文是比較簡潔、明確的。是“畫龍點睛”，而解說則詳細地說明了條文的“來龍去脈”，提供了許多確保條文實施的建議和要求。我們則恰恰相反，條文用的筆墨太多，而條文說明過于簡陋，有的還沒有條文說明。其次，在日本的一些設計標準、指南中，一個重要構成部分，就是“參考資料”，類似我們的附件。參考資料給出許多研究成果、統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及實用的設計方法等。例如，在【城市礦山法設計標準】中，就列出46個參考資料，其中包括掌子面穩(wěn)定性評價方法、超前支護設計方法以及管理基準值設定例等等具有實用價值的資料。同樣地，在【噴混凝土指南】（隧道篇）中也列出有關噴混凝土設計的一些參考資料，包括噴混凝土制造的施工設備、一些噴混凝土的應用事例等。依上所述，日本隧道規(guī)范及技術標準，大體上是由前言（編寫說明或修訂說明）、編寫人員名單、目錄、條文及解說和參考資料幾部分構成的。這與我們的規(guī)范、技術標準大同小異。另外也要指出，日本的規(guī)范、技術標準，基本上都是由官方委托有關協(xié)會或研究單位編寫的。委托單位則組成由知名學者主導的，有研究、學校、企業(yè)等人員組成。如【隧道標準示范書】（礦山法）（2006年版）修訂委員會就是由16人組成，下設總論、規(guī)劃和調(diào)查、設計、施工（包括輔助工法、豎井、斜井）、特殊圍巖及城市礦山法隧道、施工管理等6個分科組，人員達50余位。這與我們編寫的方法截然不同。3、技術比較（1）關于圍巖分級日本的鐵路隧道和公路隧道的圍巖分級，基本上都是定量的分級。鐵路隧道和公路隧道的圍巖分級指標列于表1.表1 圍巖的分級指標指 標鐵 路 隧 道公 路 隧 道定量指標物探參數(shù)彈性波速度彈性波速度鉆探參數(shù)RQD圍巖條件、物性參數(shù)圍巖強度應力比圍巖強度應力比相對密度、細顆粒含有率控制基準凈空位移值凈空位移值定性指標圍巖種類及特性按巖石性質(zhì)分為7類按塊狀、層狀分組，而后按強度分級隧道開挖狀態(tài)，如掌子面穩(wěn)定性等圍巖狀態(tài)，如水和不連續(xù)面的影響等從指標上看，日本充分利用了在隧道設計階段用物探、鉆探等地質(zhì)勘察方法獲得的地質(zhì)數(shù)據(jù)，如彈性波速度和表達鉆探巖心狀態(tài)的RQD。在土質(zhì)圍巖中，則通過物性試驗獲得相對密度和細顆粒含有率，作為區(qū)分砂質(zhì)土和粘性土的指標。另一個指標就是凈空位移值，作為控制位移的大致標準。我們的圍巖分級基本上是定性的，缺少定量的指標，對圍巖級別的判定，主觀臆測的成分較重。實際上，我們在設計階段也做了大量的地質(zhì)工作，也取得了不少的地質(zhì)數(shù)據(jù)，可惜的是，沒有把這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、整理和分析，因此也無法使圍巖分級定量化。在定量指標的確定上，基本上是以定量的提交數(shù)據(jù)和基礎性研究為基礎的。日本鐵路隧道的圍巖分級，比較重視低級別圍巖和特殊圍巖的劃分，例如在級圍巖（相當于我們的、級圍巖），按圍巖的性質(zhì)就分為N、S、L三級，其中N是一般圍巖，S是具有塑性化的圍巖，L是指未固結的松散的土質(zhì)圍巖。另外對一些標準支護模式不能適用的圍巖，稱為特殊圍巖，分出特S和特L兩級。附件一列出日本鐵路隧道和公路隧道圍巖分級表，以供參考。（2）有關結構設計的內(nèi)容【日本隧道標準示范書】第3篇設計，由通則、設計基本原則、支護設計、襯砌設計、仰拱設計、防排水設計、洞口段及洞門設計、分支及擴大段設計、近接施工設計等9章構成。其中，近接施工設計是第一次出現(xiàn)在示范書中，是以“隧道近接施工對策手冊”和“城市鐵道結構物近接施工對策手冊”為基礎編寫的。而在【城市礦山法隧道設計標準】中，超前支護也第一次獨立成節(jié)地例如設計標準之中。1）設計的基本原則我們與日本在隧道設計基本原則上的最大差異是在二次襯砌上。日本的二次襯砌，基本上采用素混凝土。但在埋深小的土砂圍巖、洞口段等地段，考慮以后荷載可能的變化或者可能產(chǎn)生偏壓的場合，包括在城市隧道采用全包防水的場合，才采用承載的襯砌，甚至采用鋼筋混凝土襯砌。在一般情況下，日本的二次襯砌基本上是按照不承載（安全儲備）的原則設計的，以跨度10m左右的隧道為例，我們與日本的規(guī)定比較列于表1。表1 二次襯砌厚度（cm）比較表圍巖分級中國鐵路隧道日本鐵路隧道日本公路隧道（）A（）B303030（）C1353030（）C2403030（）D1453030（）D2個別設計3030注：表中圍巖級別分別為中國、日本鐵路（）、日本公路我們因為在超前支護、初期支護的技術上不能把位移控制在要求的容許值上，才考慮在按圍巖級別的降低，逐級加厚二次襯砌。從國情和目前的技術、管理現(xiàn)狀出發(fā)，我們這樣做，也是無可非議的。但，擺在我們面前的課題就是：在一般圍巖條件下，如何通過加強初期支護和超前支護的作用，使之與圍巖一起能夠擔負坑道穩(wěn)定的功能，從而使二次襯砌不承載，仍然是我們要考慮的問題。日本的觀點很明確，二次襯砌承載是有條件的。例如：日本在城市礦山法隧道設計標準中就明確規(guī)定（第60條）二次襯砌在下述場合，應具相應的力學功能。圍巖變形不收斂的場合施設二次襯砌時，要具有能使圍巖穩(wěn)定的約束力；襯砌施工后，發(fā)生水壓、上覆荷載等外力作用時，要能夠承受其荷載；對使用后的外力變化和圍巖、支護材料的劣化，需要提高結構物耐久性時；需要提高抗震性的斷層破碎帶；易受偏壓、上覆荷載、地震影響的洞口段；翻漿冒泥可能性大的場合等。因此，增加二次襯砌需要具有力學功能的條文是有必要的。此時的二次襯砌需要采用解析方法進行設計。2）設計方法日本【隧道標準示范書、隧道編】明確規(guī)定，隧道支護結構的設計方法有三。即：標準設計的方法；工程類比的方法；解析設計的方法。同時在新奧法指南中又明確規(guī)定各種方法的應用條件。實際上，我們的設計也是這樣做的。但在什么條件下應該采用什么方法，并沒有明確地給定。例如日本新奧法設計施工指南關于設計方法的規(guī)定（第9條）在初步設計中，原則上采用以下方法。 （1）標準支護模式設計（2）類似條件設計（3）解析手法設計而且規(guī)定了在什么條件下，采用什么設計方法比較合適。如表2所示。 表2 設計方法的劃分設計方法圍巖條件設計條件標準支護模式一般圍巖(Vn、n、n、n、In)特殊圍巖(IN IL)一般條件(標準斷面)類似條件特殊圍巖(特S、特L)一般圍巖(符合右欄的特殊條件)特殊條件(大斷面、偏壓地形、埋深極小或極大、地表面下沉有限制等)解析方法而在【城市礦山法隧道設計標準】規(guī)定，工程類比方法應在進行類比性（表3）和妥當性（表4）的研究后才能采用等。表3 研究類比性的項目項目注意點圍巖條件圍巖級別IN特L 地形、埋深埋深、不穩(wěn)定的偏壓地形、其他特殊的圍巖性質(zhì)（沖積低地等不整合面、斷層等）地質(zhì)、土質(zhì)的構成和性質(zhì)地層名稱、地質(zhì)年代、成層構造、層組、層相、固結程度、滲透性、地下水位等斷面形狀單線、雙線、新干線、車站水壓防水型、排水型對周邊影響的限制限制值完成后的接近施工種類、位置關系、規(guī)模等抗震研究條件（預定地震動等）表4 妥當性研究的項目項目注意點妥當性研究的量測值開挖工法分部尺寸、一次掘進長度掌子面穩(wěn)定性、地表面下沉、接近結構物位移等掌子面穩(wěn)定對策設計方法、設計、影響預測方法等地下水對策周邊影響對策超前支護初期支護設計方法、設計、解析方法等地表面下沉、凈空位移、拱頂下沉、噴混凝土應力、襯砌應力、使用開始后有無變異等二次襯砌及仰拱3容許位移值或預留變形量在設計中，我們有一個預留變形量的規(guī)定，與我們不同的是，日本在設計中，有一個容許位移值的規(guī)定。另外，只在I級圍巖中規(guī)定了一個預留變形量（10cm）。其他圍巖都沒有預留變形量都要求。表5是鐵路隧道凈空位移值的管理基準例。表5 鐵路隧道凈空容許位移基準圍巖級別容許凈空位移值單線雙線、新干線IS或特S75mm以上150mm以上IL2575mm50150mmNN25mm以下50mm以下日本把容許位移值和超挖聯(lián)系到一起，設定預留變形量，因此當超挖小于容許位移值時，皆不考慮預留變形量。也就是說當超挖小于表5所列的容許位移值時，就可以不設預留變形量。根據(jù)日本的施工經(jīng)驗，只有在圍巖級別為s的場合，才考慮設置10cm的預留變形量,即在表5的容許位移值上加10cm。我們既規(guī)定了預留變形量（施工規(guī)范表6.1.3），也規(guī)定了隧道容許超挖值（施工規(guī)范表6.2.1），以跨度10m左右的隧道為例，兩者的合計如表6所示，比日本規(guī)定的數(shù)值要大。表6 隧道超挖值和預留變形量（mm） （）（1030）10050 （）（3050）15050 （）（5080）15050 （）（80120）10050 （）設計確定50150（S）150100圍巖級別中國鐵路隧道（預留變形量超挖值）日本鐵路隧道的預留變形量 注：（）內(nèi)為日本鐵路隧道的圍巖級別4）支護結構參數(shù)表日本和我們的規(guī)范都給定了一個支護結構參數(shù)表。在日本2006年版的【隧道標準示范書】之前，隧道支護結構參數(shù)表，都是按單線、雙線和新干線三種情況給定的，與我們按單線、雙線給定的情況相同。但在2006年版中，隧道支護結構參數(shù)表是按大斷面、中斷面和小斷面三種情況給定。小斷面指凈空跨度為3.05.0m，如水工隧洞以及單線鐵路隧道；中斷面指8.512.5m的，如新干線隧道、雙線鐵路隧道和大斷面指12.514.0m的，如三車道公路隧道等。洞口段的支護結構的參數(shù)。也同樣處理。據(jù)此日本公路隧道的洞身段支護結構參數(shù)如表1、2、3所示；洞口段的支護結構參數(shù)如表4、5、6所示。表1 日本公路隧道標準的支護結構參數(shù)（凈空寬度3.05.0m）圍巖級別支護模式一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度cm開挖方法長度m施工間隔施工范圍類型施工間隔m環(huán)向m縱向mBB2.0無520全斷面法C1C11.52.01.21.21.5上下半斷面520C2C21.22.01.21.21.5520D1D11.02.01.01.0H1001.01020D2D21.02.03.01.0以下1.0H1001.0101220注：根據(jù)該隧道的利用情況和圍巖狀況，有時可以省去二次襯砌表2 日本公路隧道標準的支護結構參數(shù)（凈空寬度8.512.5m）圍巖級別支護模式一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度變形富余量cm開挖方法長度m施工間隔施工范圍上半斷面類型下半斷面類型施工間隔m拱墻cm仰拱cm環(huán)向M縱向MBB2.03.01.52.0上半斷面12053000微臺階法或臺階法C1C11.53.01.51.5上半斷面1030（40）0C2C2a 1.23.01.51.2上下半斷面1030（40）0C2b1.23.01.51.2H1251.21030（40）0D1D1a1.03.01.21.0上下半斷面H125H1251.01530450D1b1.04.01.21.0H125H1251.01530450D2D21.0以下4.01.21.0以下上下半斷面H150H1501.0以下20305010注：1、支護結構a、b的劃分原則是圍巖級別為C2、D1的場合，基本上采用b。當預計開挖變形比較小，掌子面穩(wěn)定的場合，可采用a。2、在（）內(nèi)表示的圍巖級別范圍中，當遇有第三紀泥巖、凝灰?guī)r、蛇紋巖等粘性土巖和風化結晶巖、溫泉余土時，應設置（）內(nèi)的仰拱；需要早期閉合斷面的場合，可用噴混凝土臨時仰拱閉合，但其厚度應參考上下斷面的噴射厚度分別決定。3、即使圍巖級別為D1當下半部圍巖比較堅硬，長期承載力充分，無因側壓擠出的場合，可以省去仰拱。4、在圍巖級別為D1的場合，一般在上半部設置金屬網(wǎng)。在D2的場合通常上下斷面都要設置金屬網(wǎng)；5、采用鋼纖維噴混凝土的場合可以省去金屬網(wǎng)。6、在圍巖級別D2中采用上半斷面工法開挖上半斷面時，與采用帶輔助臺階的全斷面法開挖，因為沒有時間差，下半部的變形富余量，可按10cm設計，并在實際施工中根據(jù)量測結果調(diào)整7、圍巖級別A、E的場合應另外研究表3 日本公路隧道標準的支護結構參數(shù)（凈空寬度12.514.0m）圍巖級別支護模式一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度變形富余量cm開挖方法長度m施工間隔施工范圍上半斷面類型下半斷面類型施工間隔m拱墻cm仰拱cm環(huán)向m縱向mBB2.04.01.52.0上半斷面10400微臺階法、上半斷面臺階法、中隔壁法等C1C11.54.01.21.5上下半斷面1540（45）0C2C2 1.24.01.21.2上下半斷面H1501.21540（45）0D1D11.06.01.01.0上下半斷面H150H1501.02040500D2D21.0以下6.01.01.0以下上下半斷面H200H2001.0以下25405010注：1、在（）內(nèi)表示的圍巖級別范圍中，當遇有第三紀泥巖、凝灰?guī)r、蛇紋巖等粘性土巖和風化結晶巖、溫泉余土時，應設置（）內(nèi)的仰拱；2、需要早期閉合斷面的場合，可用噴混凝土臨時仰拱閉合，但其厚度應參考上下斷面的噴射厚度分別決定。3、即使圍巖級別為D1當下半部圍巖比較堅硬，長期承載力充分，無因側壓擠出的場合，可以省去仰拱。4、在圍巖級別為C2的場合，一般在拱頂附近，在圍巖級別為D1、D2的場合，上下斷面都要設置金屬網(wǎng)。采用鋼纖維噴混凝土的場合可以省去金屬網(wǎng)。6、在圍巖級別D2中采用上半斷面工法開挖上半斷面時，與采用帶輔助臺階的全斷面法開挖，因為沒有時間差，下半部的變形富余量，可按10cm設計，并在實際施工中根據(jù)量測結果調(diào)整7、圍巖級別A、E的場合應另外研究表4 洞口段標準支護結構參數(shù)（凈空寬度12.5m14.0m）開挖方法一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度長度M施工間隔上半斷面類型下半斷面類型施工間隔m拱墻cm仰拱Cm環(huán)向m縱向m上半斷面臺階法1.06.0（3.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-200H-2001.0254550上半斷面中壁法主洞1.06.0（3.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-200H-2001.0254550中臂1.03.0（3.0）1.2（0.6）1.0（1.0）H-1501.01550側導坑超前法主洞1.06.0（3.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-1501.0以下254550以上導坑1.02.0（2.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-1251.010中央導坑超前法主洞1.06.0（3.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-200H-2001.0以下254550以上導坑1.02.0（2.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-125H-1251.010注：1、錨桿設置在側壁附近，根據(jù)情況可適當擴大打設范圍，錨桿長度以6.0m為標準；2、正面錨桿，必要時設置在拱頂120范圍內(nèi)，以保證掌子面拱部的穩(wěn)定；3、中隔壁法在中隔壁設置的錨桿，中央導坑法中在導坑設置的錨桿，考慮后面的作業(yè)，可采用易于切斷的塑料錨桿；4、考慮斷面閉合效果，噴混凝土的腳部應有仰拱支持。5、金屬網(wǎng)在臺階法中，設置在上下斷面中，在側壁導坑法中設置在上半斷面。6、隨著斷面的大型化，要加強對洞口段偏壓對策的研究；表5 洞口段標準支護結構參數(shù)（凈空寬度8.5m12.5m）開挖方法一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度長度M施工間隔上半斷面類型下半斷面類型施工間隔m拱墻cm仰拱cm環(huán)向m縱向m上半斷面臺階法1.04.0（3.0）1.2（0.6）1.0（1.0）H-200H-2001.0253550側導坑超前法主洞1.04.0（3.0）1.2（0.6）1.0（1.0）H-2001.0以下253550以上導坑1.02.0（2.0）1.0（0.6）1.0（1.0）H-1251.010注：1、錨桿設置在側壁附近，根據(jù)情況可適當擴大打設范圍；2、正面錨桿，必要時設置在拱頂120范圍內(nèi)，以保證掌子面拱部的穩(wěn)定；3、金屬網(wǎng)在臺階法中，設置在上下斷面中，在側壁導坑法中設置在上半斷面。表6 洞口段標準支護結構參數(shù)（凈空寬度3.05.0m）開挖方法一次掘進長度m錨桿鋼支撐噴混凝土厚度cm襯砌厚度長度M施工間隔上半斷面類型下半斷面類型施工間隔m拱墻cm仰拱cm環(huán)向m縱向m全斷面法1.02.0（2.0）1.0（0.6）1.0（1.0）H-125H-1251.0102020注：1、錨桿設置在側壁附近，根據(jù)情況可適當擴大打設范圍；2、正面錨桿，必要時設置在拱頂120范圍內(nèi)，以保證掌子面拱部的穩(wěn)定；3、金屬網(wǎng)可在拱頂及側壁設置。日本新干線鐵路隧道是按250km/h速度目標設計的。其寬度大致在9.510.5m左右。因其車輛的密封性比較好，隧道凈空斷面積相對也比較小。其支護結構參數(shù)相當于日本公路隧道寬度在8.512.5m范圍內(nèi)。日本新干線隧道的支護結構參數(shù)列于表9。表9 新干線隧道標準支護參數(shù)支擴構件標準支護模式錨桿噴混凝土（cm）鋼支撐配置長度(m)根數(shù)間 距 (m)拱、墻 仰 拱 種類NP5（平均）NP拱206（隨意）5(平均)NP拱310l.510(平均)NP拱、墻3141.010(最小)(100H)*SP拱、墻38412l.010(最小)15（最?。?00HLP拱、墻312l.015(最小)100H注： 1）4m長的錨桿，配置在拱腳附近。2）如采用鋼支撐，以括號內(nèi)種類為準。應該指出：表9僅列出初期支護的參數(shù)。因為二次襯砌是按安全儲備設計的，其厚度與圍巖級別無關，基本上采用30cm。與我們的支護結構參數(shù)表不同處(項目)參見下表。表 支護結構參數(shù)表的比較日本的我們的圍巖級別圍巖級別支護模式一次掘進長度m錨桿錨桿鋼支撐鋼架噴混凝土厚度cm噴混凝土厚度cm襯砌厚度二次襯砌厚度cm變形富余量cm開挖方法鋼筋網(wǎng)（1）在日本隧道支護結構參數(shù)中把一次掘進進尺作為一個參數(shù)，例如在與相當于我們級圍巖的情況，一次掘進進尺不超過2.0m。而在洞口段，不管圍巖級別，一概不超過1.0m?？刂埔淮尉蜻M進尺的目的，在級圍巖中，主要是控制爆破對圍巖的損傷，而在軟弱破碎圍巖中，則主要是控制對圍巖的擾動。后者與我們在軟弱破碎圍巖中，采用“短進尺”的原則是一致的。其次是控制爆破對低齡噴混凝土的影響。一般說，噴混凝土是靠近掌子面噴射的，會強烈地受到爆破的影響。特別是對低齡噴混凝土。日本在一座斷面積為76m2，采用臺階法施工的公路隧道中，曾進行爆破對噴混凝土影響的試驗研究。一次爆破炸藥量為80132kg，噴混凝土距掌子面0.75m，材齡1.5d。爆破后在噴混凝土中產(chǎn)生最大56.3cm/s的振動速度，但沒有發(fā)生有害的開裂。雖然目前還沒有相應的規(guī)定，但一般認為，爆破振動速度控制在50cm/s以下是容許的。（2）第2個不同是關于預留變形量的規(guī)定。這與預留變形量的定義有關。日本的預留變形量定義是：設計凈空斷面需要考慮的超過容許位移值的部分。也就是說，在不同圍巖中開挖隧道，都要產(chǎn)生預計的變形，而預留變形量則是指超過這個容許位移值的部分。因此，預留變形量的規(guī)定就有2種方法。一種方法像我們采用的方法，就是把預計變形量和可能超過與預計變形量的部分一并考慮，作為設計凈空斷面的依據(jù)，日本則是僅僅把超過預計變形量的部分，作為設計凈空斷面的依據(jù)。兩者是區(qū)別在于：日本在各級圍巖中修筑隧道，都要把開挖引起的變形控制在預計變形量范圍之內(nèi)，只是在相當與我們級圍巖中，才考慮增加10cm的預留變形量。（3）日本越來越重視施工方法對支護結構參數(shù)的影響，因此在支護結構參數(shù)中，同時給定建議的施工方法。例如日本在新奧法指南中列出圍巖級別與開挖方法的標準如表14。表14 圍巖級別與開挖方法的標準圍巖劃分隧道開挖方法圍巖種類圍巖級別一般圍巖全斷面法全斷面法全斷面法全斷面法或臺階法N全斷面法或臺階法特殊圍巖S短臺階法L短臺階法（弧形開挖）特S、特L另行研究因此，配合標準設計，施工方法也應逐步標準化，也是當前設計技術的一個趨勢。從日本的隧道支護結構參數(shù)表中建議的施工方法看，基本上是以全斷面法和臺階法為主體，只是在跨度12.5m14.0m的情況，才建議考慮采用其它方法。也就是說，在相當我們的2車道公路隧道和雙線鐵路隧道的場合，在各級圍巖中，基本上都建議采用全斷面法和臺階法。這也說明隧道采用礦山法施工時，由于施工技術的發(fā)展，特別是施工機械的進步以及快速施工的要求等，而逐步向大斷面開挖的方法邁進。我們的經(jīng)驗也證實了這一點。(4)日本公路隧道洞口段的支護結構參數(shù)，基本上是按施工方法和隧道寬度給定的。因為洞口段的地質(zhì)條件，一般說是比較差的，因此，在決定支護結構參數(shù)時，基本上是按D條件考慮的。5)仰拱日本的隧道標準示范書對仰拱異常重視，從1994年版開始就與二次襯砌并列單獨成章（第3篇第5章仰拱）。對仰拱的形狀和厚度以及混凝土配比等做出了相應的規(guī)定。表2是鐵路隧道有關仰拱設置的規(guī)定。而我們僅僅在隧道襯砌中列出一條（設計規(guī)范7.2.6條）。實際上我們通過客運專線隧道的建設，已經(jīng)充分認識到仰拱在設計和施工中的作用。表2 新干線鐵路隧道仰拱設置基準圍巖級別NNSL厚度（cm）研究確定45噴射1530456）近接施工的設計這是第一次出現(xiàn)的2006年版隧道標準示范書中的。主要是針對城市隧道日益增加的情況提出的。其中包括近接既有結構物的隧道的設計、相互接近的隧道的設計以及受接近施工影響的隧道的設計，雖然規(guī)定的比較原則，但給出了設計的基本要求。7）超前支護在【城市礦山法隧道設計標準】中，把超前支護單獨列為一章（第3編設計第4章超前支護），對其功能、設計方法，適用條件以及其主要參數(shù)等做出規(guī)定。說明在城市地質(zhì)條件下，為維護掌子面的穩(wěn)定，超前支護是不可缺少的手段。在設計中作為與初期支護同等重要的方法，體現(xiàn)在支護結構參數(shù)表中。下表就是一例。表 雙線隧道標準支護模式（新干線）（第3章3.3.2條）支護模式圍巖級別噴混凝土鋼支撐錨桿短超前支護上下半斷面（mm）仰拱（mm）間距（一次掘進長度）（m）上下半斷面（mm）仰拱（mm）長度（m）根數(shù)長度（m）環(huán)向間距（m）NPN2002001.01251253.0122.00.6LCP LC2502501.01501253.0123.00.6LSPLS2502501.01501503.0103.00.6在該設計標準中將超前支護分為3種類型。即：短超前支護（35m）、中超前支護（10m以下、長超前支護（10m以上），并給出標準的支護參數(shù)。(3)有關施工的內(nèi)容1）輔助工法日本從新奧法設計施工指南開始就把輔助工法正式列入指南和規(guī)范中，隧道標準示范書也同樣把輔助工法單獨列為一章（第5章輔助工法）。而城市礦山法隧道設計標準，在編制過程中，認為從本質(zhì)上看，確保掌子面穩(wěn)定和抑制對周邊環(huán)境的影響的超前支護、圍巖補強、降低地下水位等方法基本的方法，不是處于輔助地位的方法，因此，外力避免誤解沒有采用輔助工法這一用語。而在設計標準中分別以對策（2.4對策）和超前支護（第4章超前支護）等體現(xiàn)。為了更好的應用，在參考資料中又列出掌子面穩(wěn)定評價方法、超前支護的機理、試驗、工程實績等具有實用價值的資料。日本在隧道標準示范書中，把輔助工法分為2大類。即確保施工安全的輔助工法和保護周邊環(huán)境的輔助工法，更進一步細分為掌子面穩(wěn)定對策、 地下水對策、地表面下沉對策 以及近接結構物對策等輔助工法。在對策中包括超前支護、掌子面補強、腳部補強、圍巖補強等方法（表）。表 輔助工法的分類工法目的圍巖確保施工安全保護周邊環(huán)境掌子面穩(wěn)定對策地下水對策地表面下沉對策近接結構物對策硬巖軟巖土砂拱頂?shù)姆€(wěn)定掌子面的穩(wěn)定腳部的穩(wěn)定超前支護注漿小導管長鋼管管棚水平旋噴預襯砌掌子面補強掌子面噴混凝土掌子面錨桿長掌子面錨桿腳部補強腳部補強錨桿腳部補強鋼管臨時仰拱地下水位對策排水排水鉆孔淺井點深井點排水坑道止水注漿隔離壁圍巖補強注漿地表垂直錨桿：比較經(jīng)常采用的方法2）觀察與量測日本2006年版隧道標準示范書中，把觀察和量測作為施工管理（第7篇）的重要組成部分列入在該篇中。日本道路協(xié)會最近修訂出版了【公路隧道觀察和量測指南】（2007年）。與我們最大的不同在觀察、量測項目的定位和選定上。例如【示范書】把觀察和量測基本上分為兩大類。即：有關圍巖穩(wěn)定性、動態(tài)的觀察和量測；有關支護穩(wěn)定性、動態(tài)的觀察和量測。其觀察、量測的項目及選定標準分別列于表1和表2.解說表7.5 以圍巖和支護為對象的主要觀察、量測項目例分類觀察、量測項目位置對象的事像結果的利用量測類型有關圍巖和支護穩(wěn)定性的觀察、量測觀察調(diào)查洞內(nèi)開挖面的圍巖及已施工區(qū)間的支護、襯砌、涌水狀況開挖面穩(wěn)定性的判斷圍巖級別的再評價位移狀況和位移動態(tài)相關性的研究今后圍巖、地下水狀況的推定使用時的維修管理A洞外地表面狀態(tài)開挖影響范圍的研究周邊圍巖穩(wěn)定性的研究AB有關圍巖物性的調(diào)查、試驗圍巖試件試驗及原位置調(diào)查、試驗洞內(nèi)圍巖試件試驗：作為構成圍巖材料的物理力學性質(zhì)圍巖級別的再評價變形特性、強度特性的研究掌子面前方的地質(zhì)預測變形特性、強度特性的研究B洞內(nèi)原位置調(diào)查、試驗：作為圍巖的物性、工程性質(zhì)圍巖條件的詳細確認圍巖級別的再評價掌子面前方的地質(zhì)預測變形特性、強度特性的研究B有關圍巖和支護動態(tài)的量測凈空位移測定洞內(nèi)璧面間距離變化各測定的位移周邊圍巖穩(wěn)定性的研究支護構件效果的研究襯砌澆筑時期的研究A拱頂下沉測定洞內(nèi)拱頂、側壁的下沉拱頂周邊圍巖穩(wěn)定性的研究A腳部下沉測定洞內(nèi)支護腳部的下沉腳部承載力的研究A底鼓測定洞內(nèi)底鼓狀況仰拱部圍巖穩(wěn)定性的研究B地中位移測定洞內(nèi)周邊圍巖的徑向位移松弛區(qū)域的掌握錨桿長度的研究B洞外周邊圍巖的地中下沉周邊圍巖的地中水平位移開挖前圍巖動態(tài)的研究圍巖的三維動態(tài)的掌握掌子面前方及周邊圍巖穩(wěn)定性的研究B地表面下沉測定洞內(nèi)下沉滑坡開挖影響范圍的研究掌子面前方圍巖穩(wěn)定性的研究滑坡狀況的監(jiān)視AB有關支護功能的量測錨桿軸力測定洞內(nèi)錨桿發(fā)生的軸力錨桿長度、根數(shù)、位置、錨固方法等的研究B噴混凝土應力測定洞內(nèi)噴混凝土的應力作用荷載噴混凝土厚度、強度的研究噴混凝土與鋼支撐荷載分擔的研究B鋼支撐應力測定洞內(nèi)鋼支撐的應力、內(nèi)力鋼支撐的規(guī)格、間距的研究噴混凝土與鋼支撐荷載分擔的研究B襯砌應力測定洞內(nèi)襯砌混凝土的應力鋼筋應力襯砌穩(wěn)定性的研究襯砌澆筑時期、設計的研究襯砌動態(tài)的監(jiān)視與管理B襯砌位移測定洞內(nèi)璧面間距離變化個測定的位移襯砌穩(wěn)定性的研究B其它周邊結構物位移測定洞外結構物下沉結構物傾斜爆破時的振動對結構物的影響B(tài)地下水位測定洞內(nèi)洞外地下水位孔隙水壓地下水對策的研究復水狀況的評價作用在襯砌上外水壓的評價B視各種圍巖條件選定的主要觀察、量測項目列于表7.6。解說表7.6 各種圍巖條件的觀察、量測項目的選定圍巖條件及劃分著重點觀察、量測項目觀察調(diào)查凈空位移測定拱頂下沉測定腳部下沉測定底鼓測定圍巖試件試驗原位置調(diào)查試驗地表面位移