城市礦山法鐵路隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1、日本鐵道綜合技術(shù)研究所編制的“鐵道結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)城市礦山法修筑的鐵路隧道”，于2002年3月公開(kāi)發(fā)行。作為第1個(gè)指導(dǎo)用礦山法修整城市鐵路隧道的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明該標(biāo)準(zhǔn)的大致內(nèi)容。1·編制原則在城市隧道的建設(shè)中，一般都采用明挖法和盾構(gòu)法，但由于技術(shù)的進(jìn)步，采用礦山法的事例越來(lái)越多。特別是在斷面變化的區(qū)間以及施工距離短的場(chǎng)合，從經(jīng)濟(jì)上的理由也有采用礦山法的趨勢(shì)。而城市的地質(zhì)條件通常都是掌子面自穩(wěn)性差的，固結(jié)度低的圍巖。同時(shí)要求極力控制地表面下沉和地下水位降低等對(duì)周邊的影響這樣嚴(yán)酷的制約條件之下。因此，根據(jù)以下原則編制了此標(biāo)準(zhǔn)。·最大限度地利用圍巖的支護(hù)能力是最基本的原則，其

2、中積極地控制圍巖的松弛和地表下沉的影響是最重要的。·以城市的圍巖為對(duì)象，采用新的圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。·在隧道施工過(guò)程中采用超前支護(hù)、一次支護(hù)來(lái)確保周邊圍巖的穩(wěn)定。二次襯砌應(yīng)考慮地下水復(fù)水后的水壓、地震力和近接施工的影響。二次襯砌采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。·根據(jù)施工實(shí)績(jī)編制了一次支護(hù)和二次襯砌的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。是能可適應(yīng)多種條件的設(shè)計(jì)。·為確保掌子面的穩(wěn)定和控制對(duì)周邊的影響，采用超前支護(hù)、降低地下水位及地層改良等作為隧道施工的基本措施，不是輔助性的的措施。2·圍巖分級(jí)圍巖分級(jí)，雖然基本上仍然采用原來(lái)的分級(jí)，但比過(guò)去深化了。重新設(shè)定了分級(jí)指標(biāo)（表1、2）。表1 粘

3、性土的圍巖分級(jí)圍巖分級(jí)圍巖強(qiáng)度比（Cf）浸水崩解度粘性土IN 掌子面基本穩(wěn)定的圍巖CfILc 掌子面不穩(wěn)定，有很小的變化就有正面擠出可能性的圍巖Cf<Cf<AC特LC掌子面穩(wěn)定性特別低，對(duì)開(kāi)挖有重大影響的圍巖DCf<注：1）圍巖分級(jí)符號(hào)：一般圍巖（N）未固結(jié)圍巖（LC ）2）2·10-6m以下的顆粒含有率大于30%，液限WL大于100%的場(chǎng)合，降1級(jí)。3）圍巖狀態(tài)表示粘性土圍巖掌子面的自穩(wěn)性。4)Cf=c/H（c：圍巖單軸抗壓強(qiáng)度）。一般說(shuō)，黏性土圍巖存在發(fā)生因塑性地壓而產(chǎn)生的變形問(wèn)題。在城市中這類(lèi)地層以薄層、厚層以及互層等形態(tài)出現(xiàn)，比較均質(zhì)。與流動(dòng)化比較顯著的砂質(zhì)

4、土比較是相對(duì)穩(wěn)定的地層，其強(qiáng)度較低。其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要采用圍巖強(qiáng)度比。表2 砂質(zhì)土的圍巖分級(jí)圍巖分級(jí)相對(duì)密度（Dr）細(xì)顆粒含有率（Fc）砂質(zhì)土IN掌子面基本穩(wěn)定的圍巖Dr80%Fc10%ILs掌子面不穩(wěn)定，有很小的變化就有流出可能性的圍巖Fc<10%特LS掌子面穩(wěn)定性特別低，預(yù)計(jì)對(duì)開(kāi)挖有重大影響的圍巖Dr<80%注：1）圍巖分級(jí)符號(hào)：一般圍巖（N）未固結(jié)圍巖（LS ）2）圍巖狀態(tài)表示砂質(zhì)土圍巖掌子面的自穩(wěn)性。3）細(xì)顆粒含有率：土中含有小于75m的顆粒比率。4）本分級(jí)適合開(kāi)挖時(shí)掌子面前方壓力水頭距掌子面中心小于+10m的條件。在+10m以上的場(chǎng)合，要研究降低水位等方法。砂質(zhì)土圍巖具有粒狀

5、土的特性，抗剪強(qiáng)度低，地層承載力也低，遇水會(huì)流失，很難保證掌子面的穩(wěn)定性。其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要采用細(xì)顆粒含有率和均質(zhì)系數(shù)。這樣分級(jí)的主要原因是因掌子面發(fā)生塑性化和流動(dòng)化種不同的現(xiàn)象而進(jìn)行的。3·設(shè)計(jì)原則本標(biāo)準(zhǔn)分為基本設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)2種?；驹O(shè)計(jì)以大致掌握安全性、施工性、對(duì)周邊的影響等為主要目的?；驹O(shè)計(jì)的項(xiàng)目以表3中的為主要對(duì)象。詳細(xì)設(shè)計(jì)是根據(jù)施工的實(shí)際情況，修正基本設(shè)計(jì)決定的項(xiàng)目和對(duì)表3中的以下的項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。表3 基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)項(xiàng)目基本設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)斷面形狀開(kāi)挖方法對(duì)策超前支護(hù)一次支護(hù)二次襯砌及仰拱防排水洞口部量測(cè) ：詳細(xì)研究 ：以需要的精度研究：有必要時(shí)修正 ：有必要

6、時(shí)研究設(shè)計(jì)方法根據(jù)圍巖級(jí)別、設(shè)計(jì)對(duì)象采用以下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。·類(lèi)比設(shè)計(jì)·標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)·解析設(shè)計(jì)。圖1是選擇設(shè)計(jì)方法的流程圖。圖1 設(shè)計(jì)方法的選擇流程圖4·基本設(shè)計(jì)基本設(shè)計(jì)包括斷面形狀、開(kāi)挖方法和對(duì)策部分內(nèi)容。與過(guò)去不同的是把對(duì)策列入基本設(shè)計(jì)的內(nèi)容。也就是說(shuō)，把掌子面穩(wěn)定、地下水、地表下沉、近接施工等項(xiàng)目列入基本設(shè)計(jì)之中。在砂質(zhì)土和黏性土中確定的斷面形狀，示于圖和3。斷面形狀的按抗水壓進(jìn)行設(shè)計(jì)的。圖砂質(zhì)地層的雙線斷面形狀例圖黏性土地層雙線斷面形狀例開(kāi)挖方法可根據(jù)地層條件采用圖等方法。各種方法的基本情況列于表。表城市條件下的主要開(kāi)挖方法工法內(nèi)容全斷面法臺(tái)階法長(zhǎng)臺(tái)階

7、法短臺(tái)階法超短臺(tái)階法中壁法CD法CRD法導(dǎo)坑超前法圖短臺(tái)階法例圖中壁法（CD）例圖中壁法（CRD）例圖上半斷面中壁法例圖超前導(dǎo)坑法（眼鏡法）例對(duì)策中有掌子面穩(wěn)定對(duì)策、地下水對(duì)策和地表下沉、近接施工的影響等對(duì)策。掌子面穩(wěn)定對(duì)策中，首先要決定在開(kāi)挖后支護(hù)前這一段時(shí)間內(nèi)，掌子面是否穩(wěn)定？。因此，應(yīng)對(duì)掌子面穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。一般說(shuō)，掌子面穩(wěn)定性決定于圍巖的力學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)、埋深、涌水狀況等。掌子面穩(wěn)定性的判定方法有根據(jù)物性判定的方法和力學(xué)上的判定方法。前者是從崩塌數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)中求出的，一般用于砂質(zhì)土圍巖的判定。當(dāng)細(xì)顆粒含有率小于，相對(duì)密度小于或均質(zhì)系數(shù)在以下，掌子面附近動(dòng)水坡度大的場(chǎng)合，掌子面是很難穩(wěn)定

8、的。黏性土可采用力學(xué)方法進(jìn)行判定。掌子面對(duì)策通常采用超前小導(dǎo)管、縮短一次開(kāi)挖進(jìn)尺、弧形開(kāi)挖、臨時(shí)閉合、正面支護(hù)等能夠在開(kāi)挖循環(huán)中采用的對(duì)策和不能在開(kāi)挖循環(huán)中采用的對(duì)策，如超前支護(hù)、壓漿、垂直錨桿等。前者主要用于掌子面的穩(wěn)定，后者則主要用于拱頂?shù)姆€(wěn)定。表列出掌子面穩(wěn)定的主要對(duì)策的概況。表掌子面穩(wěn)定的主要對(duì)策在地表下沉和近接施工影響對(duì)策中。首先要了解影響因素，主要有因開(kāi)挖引起的下沉和因地下水位降低引起的下沉。前者是因開(kāi)挖使圍巖內(nèi)應(yīng)力釋放，隧道周邊圍巖松弛或變形，此變形向近接結(jié)構(gòu)物附近的圍巖傳遞，而影響結(jié)構(gòu)物的功能。或者是因地下水位降低使籀補(bǔ)圍巖和近接結(jié)構(gòu)物的圍巖的孔隙水壓降低，黏性土層和腐值土層的

9、有效應(yīng)力增加，引起壓密下沉及近接結(jié)構(gòu)物的位移。圖表示城市條件下礦山法施工的地表下沉和埋深的關(guān)系。根據(jù)地表下沉的調(diào)查，如埋深在1D（約10m）以上，采用適當(dāng)對(duì)策可以控制地表下沉在50mm以下，如增強(qiáng)對(duì)策可以控制在20mm以下。圖地表下沉與埋深的關(guān)系超過(guò)容許值時(shí)，應(yīng)采取對(duì)策，其中包括：新設(shè)隧道的對(duì)策、近接結(jié)構(gòu)物的對(duì)策和中間圍巖的對(duì)策等。指南中明確提出預(yù)測(cè)地表下沉和近接結(jié)構(gòu)物影響的方法。） 開(kāi)挖中地表下沉的預(yù)測(cè)表表示預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)。表隧道開(kāi)挖時(shí)預(yù)測(cè)圍巖位移的方法的分類(lèi)預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)例備注類(lèi)似事例的預(yù)測(cè)類(lèi)似的圍巖條件、埋深、工法的事例、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)P公式等下沉影響范圍、下沉分布、下沉坡度等的預(yù)測(cè)模型

10、試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)島田公式等解析方法預(yù)測(cè)數(shù)值解析線彈性非線彈性彈塑性可以考慮復(fù)雜地層和隧道形狀、施工步驟彈性理論解析L方法均質(zhì)地層，圓形斷面最近多采用數(shù)值解析的有限元法。圖表示下沉值的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系。圖下沉值的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的關(guān)系） 近接結(jié)構(gòu)物影響的預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法有圍巖與近接結(jié)構(gòu)物為一體的解析方法和不考慮近接結(jié)構(gòu)物求出圍巖位移或圍巖應(yīng)力，而后把位移或應(yīng)力作為荷載、位移作用在結(jié)構(gòu)物上的解析方法（圖）。圖近接結(jié)構(gòu)物的位移和應(yīng)力的預(yù)測(cè)方法另外一個(gè)重要穩(wěn)態(tài)是設(shè)定容許值及管理值。表和表是容許值和管理值的大致標(biāo)準(zhǔn)。表建筑物的容許值、管理值設(shè)定例·壓密黏性土層上的建筑物限界值結(jié)構(gòu)類(lèi)型基礎(chǔ)形式

11、變形角（×）相對(duì)下沉值（）總下沉值（）下限上限混凝土塊布（）（）鋼筋混凝土框架）獨(dú)立（）（）布、垡鋼筋混凝土壁體）布·即時(shí)下沉的建筑物的限界值圍巖結(jié)構(gòu)類(lèi)型基礎(chǔ)形式變形角（×）相對(duì)下沉值（）下限上限下限上限風(fēng)化花崗巖鋼筋混凝土（框架）獨(dú)立鋼筋混凝土（壁體）布洪積粘土鋼筋混凝土（框架）獨(dú)立表軌道面的容許值、管理值的設(shè)定例位移方向列車(chē)速度（）錯(cuò)動(dòng)值（）折角（）平行移動(dòng)折曲<<垂直水平表中的錯(cuò)動(dòng)、平行移動(dòng)、折角見(jiàn)下圖。圖表的注解5·標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)方法中，推薦了類(lèi)似設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)及解析設(shè)計(jì)種方法。下面僅將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的情況加以介紹。） 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的適用條件一

12、般說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)使用于圍巖等級(jí)為I、I的圍巖。即能夠滿足表一般設(shè)計(jì)條件的情況。表一般的設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)對(duì)象項(xiàng)目條件共同的斷面形狀標(biāo)準(zhǔn)的單線、雙線、新干線斷面地形沒(méi)有產(chǎn)生偏壓的地形埋深D以上（D:隧道直徑）初期支護(hù)對(duì)策不需要特殊的對(duì)策不需要超前支護(hù)對(duì)周邊的影響對(duì)周邊圍巖的位移限制不嚴(yán)格二次襯砌及仰拱防水、排水構(gòu)造防水型隧道水壓完成水位恢復(fù)后的水位距拱頂高度小于其他荷載不考慮自重以外的荷載（不考慮土壓、地震的影響） 初期支護(hù)初期支護(hù)的模式與圍巖的關(guān)系大致列于表。表圍巖與初期支護(hù)圍巖初期支護(hù)的目的主要的初期支護(hù)輔助的初期支護(hù)固結(jié)度低點(diǎn)軟巖·支持部分初期土壓·內(nèi)壓效果·噴混凝土&

13、#183;鋼支撐·錨桿·短超前支護(hù)·金屬網(wǎng)土砂圍巖·支持松弛土壓·內(nèi)壓效果·控制下沉·噴混凝土·鋼支撐·錨桿·短超前支護(hù)·金屬網(wǎng)根據(jù)圍巖分級(jí)和對(duì)既有資料的分析，初期支護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)示于表和表。表雙線隧道的標(biāo)準(zhǔn)初期支護(hù)參數(shù)支護(hù)模式INPILCPILSP圍巖級(jí)別INILCILS噴混凝土上·下半斷面200mm250mm250mm仰拱200mm250mm250mm鋼支撐間距1m1m1m上·下半斷面125H150H150H仰拱125H150H150H錨桿長(zhǎng)度3m3m3m根數(shù)12根1

14、2根10根短超前支護(hù)長(zhǎng)度2m3m3m間距（環(huán)向）表單線隧道的標(biāo)準(zhǔn)初期支護(hù)參數(shù)支護(hù)模式INPILCPILSP圍巖級(jí)別INILCILS噴混凝土上·下半斷面0mm20mm20mm仰拱0mm20mm20mm鋼支撐間距1m1m1m上·下半斷面1H15H15H仰拱1H15H15H錨桿長(zhǎng)度3m3m3m根數(shù)1根1根10根短超前支護(hù)長(zhǎng)度2m3m3m間距（環(huán)向）各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的模式示于圖。圖（）標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式圖圖（）圖（）在一次支護(hù)中，從城市的條件看，其作用有一些限制。特別是錨桿，在土砂地層中因不容許圍巖松弛，也就是說(shuō)，發(fā)揮錨桿作用的位移都不容許，因此錨桿的作用得不到發(fā)揮，原則上可以取消。此外，在

15、開(kāi)挖中如變形過(guò)大，最好不去增加噴混凝土的厚度，采用鋼纖維噴混凝土比較合適。表中的短超前支護(hù)通常指我們所謂的小導(dǎo)管、鋼插板等。它與超前支護(hù)不同，僅能控制小范圍的圍巖松弛和拱部崩塌。其模式圖參見(jiàn)圖。圖壓漿方式的短超前支護(hù)）二次襯砌和仰拱在城市條件下，考慮環(huán)境要求要采用防水型隧道，也要考慮近接施工的影響，因埋深小易受地震的影響等，因此本標(biāo)準(zhǔn)以防水型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為對(duì)象，而且以隧道全都設(shè)置仰拱為原則。圖和表是二次襯砌和仰拱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。表（） 二次襯砌和仰拱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（雙線）名稱(chēng)圍巖級(jí)別設(shè)計(jì)荷載（水壓）距襯砌拱頂?shù)母叨龋╩）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面記事二次襯砌仰拱近接施工的可能范圍防排水形式厚度（cm）配筋厚度（c

16、m）配筋加載max KPa卸載（hmin/H）INLIN無(wú)30無(wú)45無(wú)排水型INL-無(wú)50D19250mm50D19250mm40排水型INL00m50D19250mm50D19250mm95防水型INL55m50D19250mm50D1925mm125INL1010m60D19250mm60D1925mm150ILLIL無(wú)30無(wú)45無(wú)排水型ILL-無(wú)50D19250mm50D19250mm15排水型ILL00m50D19250mm50D19250mm60防水型ILL55m50D19250mm50D1925mm75ILL1010m60D19250mm65D1925mm55表（） 二次襯砌和仰拱

17、的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（單線）名稱(chēng)圍巖級(jí)別設(shè)計(jì)荷載（水壓）距襯砌拱頂?shù)母叨龋╩）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面記事二次襯砌仰拱近接施工的可能范圍防排水形式厚度（cm）配筋厚度（cm）配筋加載max KPa卸載（hmin/H）INLIN無(wú)0無(wú)4無(wú)排水型INL-無(wú)0D19250mm0D19250mm排水型INL00mD19250mm0D19250mm防水型INL55m0D19250mm0D1925mmINL1010m0D19250mm0D1925mm5ILLIL無(wú)30無(wú)無(wú)排水型ILL-無(wú)0D19250mm0D19250mm5排水型ILL00m0D19250mm0D19250mm防水型ILL55m0D19250mm0D1925m

18、m5ILL1010m0D19250mmD1925mm5圖標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖表的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)條件，與以往的設(shè)計(jì)條件有所不同。一個(gè)是考慮了近接施工的影響，一個(gè)是按抗水壓襯砌采用機(jī)械極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中考慮的地下水位取距拱頂高度H=0、5、10m的范圍。近接施工的影響可能的范圍考慮了種情況。一種是加載的情況，一種是卸載的情況。·上部加載的可能范圍（max）（圖）表中的max是在比較窄的范圍上部荷載增加垂直荷載的容許值。核查時(shí)要確認(rèn)垂直荷載增加值要在容許值以下。表中的max是按側(cè)壓系數(shù)和計(jì)算的。·卸載的情況（圖），表中的hmin/H是上部挖土殘存的埋深比的容許值。核查時(shí)，要確認(rèn)殘存

19、埋深比要在容許值以上。圖上部荷載的模式圖上部卸載的模式應(yīng)該指出，在二次襯砌和仰拱中，是仰拱和邊墻的連接部分的形狀。圖是一些工程事例。圖仰拱構(gòu)造例關(guān)于保護(hù)層的規(guī)定，考慮碳化、鋼材腐蝕、凍融和化學(xué)作用等的影響以及耐久性的要求等，保護(hù)層要大一些。在明挖結(jié)構(gòu)的頂板和底板規(guī)定是，明挖結(jié)構(gòu)是平板的，而城市隧道的拱形的，理應(yīng)大一些。因此，規(guī)定保護(hù)層厚度要確保。·超前支護(hù) 在城市施工時(shí)，超前支護(hù)是必不可少的。所謂超前支護(hù)就是在開(kāi)挖前先期進(jìn)行支護(hù)，也就是我們所謂的“先支后挖”。超前支護(hù)有橫斷方向剛度大的拱形構(gòu)造的予襯砌和縱向剛度大的梁構(gòu)造的水平旋噴等方法。本指南為此增加了一章“超前支護(hù)”。其中說(shuō)明超前

20、支護(hù)的類(lèi)型、設(shè)計(jì)方法等。在城市中要想安全施工必須確保掌子面的穩(wěn)定和極力控制對(duì)地表面住宅和近接結(jié)構(gòu)物的影響。超前支護(hù)就是為此目的而采取的措施。一般說(shuō)，超前支護(hù)有種類(lèi)型：·槽式混凝土方式；·水平噴射注漿方式；·長(zhǎng)鋼管注漿方式。（） 槽式混凝土方式槽式混凝土方式是開(kāi)挖前沿掌子面的隧道外周開(kāi)挖厚約的拱形槽，開(kāi)挖后立即用混凝土或砂漿充填。此方式因在隧道橫斷方向形成連續(xù)的剛性大的拱形結(jié)構(gòu)，故在下列制約條件嚴(yán)格的場(chǎng)合采用。·土砂等強(qiáng)度極低的場(chǎng)合；·埋深淺，需控制地表下沉的場(chǎng)合；·近接重要結(jié)構(gòu)物會(huì)受到開(kāi)挖影響的場(chǎng)合。（） 水平噴射注漿方式此方式是在開(kāi)

21、挖前于掌子面前方的隧道外周形成長(zhǎng)約左右的管狀拱形結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體的形成，是與鉆孔的同時(shí)用高壓噴射攪拌硬化材（水泥砂漿）形成的?？梢孕纬梢粋€(gè)沿燧道橫向的拱形連續(xù)的結(jié)構(gòu)。但與槽式混凝土方式比，連續(xù)體差一些。（） 長(zhǎng)鋼管注漿方式此方式，是開(kāi)挖前在掌子面前方沿隧道外周配置長(zhǎng)的鋼管，形成拱形結(jié)構(gòu)。為使鋼管和圍巖間形成一體，應(yīng)在其間·充填水泥漿；·壓注水泥漿和其他壓注材。超前支護(hù)的的設(shè)計(jì)，目前還在研究之中，下面是根據(jù)工程實(shí)際，建議的設(shè)計(jì)參數(shù)。·槽式混凝土方式槽式混凝土方式的預(yù)襯砌可用厚約混凝土殼或砂漿殼，比較柔軟的拱殼，也可以用厚約的比較剛性大的拱殼。柔軟的拱殼主要用于穩(wěn)定掌子

22、面，剛性大的拱殼用于控制地表下沉。其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如下。預(yù)襯砌厚度：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：縱斷方向充填長(zhǎng)度：搭接長(zhǎng)度：超前殘余長(zhǎng)度：（）鐵道和公路隧道的橫斷面的標(biāo)準(zhǔn)模式和縱向的標(biāo)準(zhǔn)模式示于圖。圖設(shè)計(jì)斷面水平噴射注漿方式其標(biāo)準(zhǔn)斷面如下：噴射改良體直徑：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：（）縱斷方向改良長(zhǎng)度：搭接長(zhǎng)度：超前殘余長(zhǎng)度：（）設(shè)置間距：（）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面示于圖。圖設(shè)計(jì)斷面長(zhǎng)鋼管壓漿方式標(biāo)準(zhǔn)斷面如下：鋼管直徑：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：（）縱斷方向注漿長(zhǎng)度：（）搭接長(zhǎng)度：超前殘余長(zhǎng)度：（）設(shè)置間距：（）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面示于圖。圖設(shè)計(jì)斷面·

23、;極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法二次襯砌和仰拱是采用極限狀態(tài)法進(jìn)行設(shè)計(jì)的。） 隧道襯砌的變形特征一般的鋼筋混凝土構(gòu)件的動(dòng)態(tài)如圖所示，發(fā)生彎曲拉伸開(kāi)裂（點(diǎn)）、鋼筋屈服（點(diǎn)）后，同一地點(diǎn)的壓縮側(cè)的混凝土達(dá)到最終應(yīng)變（點(diǎn)），從而荷載減少。但隧道襯砌這樣以壓應(yīng)力為主的，由受到地層反力約束的拱型結(jié)構(gòu)，即使因彎曲拉伸開(kāi)裂和鋼筋屈服使構(gòu)件剛性降低，彎矩也會(huì)向沒(méi)有降低的構(gòu)件傳遞，一部分構(gòu)件破壞不會(huì)造成整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的破壞。在襯砌上的荷載P和凈空位移u的關(guān)系，如圖所示，因荷載P在一處開(kāi)裂（A點(diǎn)），鋼筋屈服（B點(diǎn)），接著即使混凝土達(dá)到最終應(yīng)變（C點(diǎn)），結(jié)構(gòu)也多會(huì)保持穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到最大荷載（D點(diǎn)）的位移，承載力也還有一定的富裕。因

24、此，在設(shè)計(jì)中要考慮這種的變形特征。圖構(gòu)件彎曲和回轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖荷載與位移的關(guān)系）極限狀態(tài)根據(jù)襯砌的這種特征，按表定義了二次襯砌和仰拱的極限狀態(tài)。其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象列于圖及表。通常的RC結(jié)構(gòu)的使用限界定義為圖中的b點(diǎn)，但仰拱可以緩和一些。同樣地，最終極限狀態(tài)，通常的RC結(jié)構(gòu)定義為c點(diǎn)，而襯砌可定義為d點(diǎn)。表1 二次襯砌和仰拱的極限狀態(tài)名稱(chēng)定義使用極限狀態(tài)對(duì)水壓、近接施工產(chǎn)生的荷載等，主要是長(zhǎng)期持續(xù)作用的荷載，喪失使用性和耐久性的狀態(tài)最終極限狀態(tài)對(duì)除地震以外作用的荷載（異常的水位上升等），喪失穩(wěn)定和功能的狀態(tài)圖極限狀態(tài)和現(xiàn)象表各極限狀態(tài)和現(xiàn)象名稱(chēng)現(xiàn)象備注使用極限狀態(tài)二次襯砌開(kāi)裂造成鋼筋腐蝕和襯砌掉塊以鋼筋

25、混凝土結(jié)構(gòu)為對(duì)象仰拱拉伸鋼筋屈服、耐久性降低最終極限狀態(tài)達(dá)到極限狀態(tài)（混凝土壓縮應(yīng)變達(dá)到最終應(yīng)變（），斷面產(chǎn)生破壞，發(fā)生混凝土塊掉落鐵路隧道的使用極限狀態(tài)主要指：·襯砌掉塊，妨礙運(yùn)行；·發(fā)生對(duì)列車(chē)運(yùn)行安全性有影響的軌道變異；·產(chǎn)生妨礙建筑限界的變形。而最終極限狀態(tài)指：·襯砌斷面破壞，混凝土塊體崩落；·隧道結(jié)構(gòu)體系喪失穩(wěn)定性而崩塌；·產(chǎn)生需要改建隧道的軌道變異；·凈空斷面縮小，與列車(chē)接觸。）二次襯砌和仰拱的安全系數(shù)二次襯砌和仰拱的安全系數(shù)列于表。表二次襯砌和仰拱的安全系數(shù)極限狀態(tài)安全系數(shù)使用極限狀態(tài)最終極限狀態(tài)材料系數(shù)混凝土鋼

26、筋荷載系數(shù)結(jié)構(gòu)解析系數(shù)構(gòu)件系數(shù) （）結(jié)構(gòu)物系數(shù)地層調(diào)查系數(shù)）設(shè)計(jì)荷載作用在襯砌和仰拱上的荷載一般有自重，地下水位恢復(fù)的水壓、近接施工影響的荷載。在設(shè)計(jì)時(shí)，因襯砌是在凈空位移收斂后施做的，因此一般不考慮土壓。但根據(jù)情況可按附加荷載考慮。在極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)中，荷載組合例示于表。表 各種極限狀態(tài)的荷載組合例極限狀態(tài) 荷載使用限界最終限界*1備注自重土壓考慮襯砌完成后的增加水壓低水位：可以考慮高水位高水位異常時(shí)近接施工的影響長(zhǎng)期的近接施工后殘留的影響短期的近接施工中的影響其他考慮內(nèi)部荷載、凍結(jié)壓力等備注常時(shí)或長(zhǎng)期間持續(xù)作用的荷載除地震*2外作用的荷載注：原則考慮；：必要時(shí)考慮；*1，一般不研究*2地震的

27、影響另行考慮。·有關(guān)地表下沉的一些數(shù)據(jù)及研究成果） 城市隧道的地表下沉值的統(tǒng)計(jì)圖是根據(jù)地表下沉值和埋深比的關(guān)系整理出來(lái)的，由圖可見(jiàn)：·埋深比越小，地表下沉值越大；·埋深比大于以上，下沉值大致在左右；·埋深比小于，特別是在以下，下沉值急劇增加。圖地表下沉值與埋深比） 地表制約條件不同時(shí)的下沉值在城市條件下，地表制約條件嚴(yán)格時(shí)和不嚴(yán)格時(shí)的下沉值示于圖。由圖可見(jiàn)：·埋深比在以下時(shí)，下沉值變化在之間；·制約條件不嚴(yán)格時(shí)的下沉值比較大；·制約條件嚴(yán)格時(shí)，下沉值可以控制在以下。圖地表下沉值與埋深比） 隧道上部地層不同時(shí)的下沉值圖是掌子面

28、地層為砂質(zhì)土的雙線隧道的拱頂下沉值的量測(cè)值，因上部地層條件不同而整理的結(jié)果。由圖可見(jiàn)：·拱頂及地表的下沉值都是向下的，用埋深和半斷面高度的無(wú)量綱值表示，可分為地表下沉和拱的下沉共同向下的區(qū)域、地表下沉大的區(qū)域（地表下沉埋深比）及地表下沉埋深比的區(qū)域。·地表下沉值與拱頂下沉值差異最大的地點(diǎn)，是在凝灰質(zhì)粘土、地表下沉埋深比為處。因此，如果上部有軟弱地層，地表下沉值是很大的。圖拱頂下沉值和地表下沉值） FEM法的下沉影響預(yù)測(cè)·解析條件采用維非線性彈性解析。解析模式示于圖，網(wǎng)絡(luò)圖示于圖。圖解析模式圖網(wǎng)絡(luò)圖地層由隧道掌子面（砂質(zhì)土）和表層土（黏性土）構(gòu)成。地層物性值列于表。

29、表地層物性值地層模式表層部掌子面部圍巖級(jí)別未固結(jié)黏性土未固結(jié)黏性土S單位體積重量（）初期變形系數(shù)（）凝聚力（）內(nèi)摩擦角初期泊松比彈性限界非線性變量備注相當(dāng)N=3050采用臺(tái)階法開(kāi)挖。·解析步驟：自重解析上半斷面開(kāi)挖上半斷面支護(hù)下半斷面開(kāi)挖下半斷面支護(hù)開(kāi)挖釋放率：開(kāi)挖，支護(hù)。·支護(hù)模式參見(jiàn)表。表支護(hù)單元支護(hù)構(gòu)件彈性系數(shù)斷面慣性矩?cái)嗝娣e備注E（）（）（）噴混凝土棒單元鋼支撐梁?jiǎn)卧?#183;解析組合及對(duì)策模式采用的對(duì)策有壓注及超前支護(hù)，分別提高了凝聚力和剛性。解析組合及改良范圍列于表。表解析組合解析組合對(duì)策模式改良范圍輸入值備注改良前改良后無(wú)壓注提高凝結(jié)力上半斷面全周全周全周超前支護(hù)提高剛性拱部提高倍模式圖示于圖。圖模式圖·解析結(jié)果（） 壓注范圍的影響圖是壓注范圍不同的結(jié)果。圖壓注范圍不同的地表下沉值可見(jiàn)：·提高凝聚力控制下沉是有效的；·壓注范圍控制著最大下沉值及對(duì)周邊的影響，全改良的場(chǎng)合比上半斷面的