项目 围 岩 条 件 地质、土质的构成和性质 断面形状 水压 对周边影响的限制 完成后的接近施工 抗震 围岩级别 地形、埋深 注意点 IN~特L 埋深、不稳定的偏压地形、其他特殊的围岩性质(冲积低地等不整合面、断层等) 地层名称、地质年代、成层构造、层组、层相、固结程度、渗透性、地下水位等 单线、双线、新干线、车站 防水型、排水型 限制值 种类、位置关系、规模等 研究条件(预定地震动等)
表4 妥当性研究的项目
项目 开挖工法 掌子面稳定对策 地下水对策 周边影响对策 超前支护 初期支护 二次衬砌及仰拱 设计方法、设计、解析方法等 地表面下沉、净空位移、拱顶下沉、喷混凝土应力、衬砌应力、使用开始后有无变异等 注意点 分部尺寸、一次掘进长度 设计方法、设计、影响预测方法等 妥当性研究的量测值 掌子面稳定性、地表面下沉、接近结构物位移等
3容许位移值或预留变形量
在设计中,我们有一个预留变形量的规定,与我们不同的是,日本在设计中,有一个容许位移值的规定。另外,只在I级围岩中规定了一个预留变形量(10cm)。其他围岩都没有预留变形量都要求。表5是日本铁路隧道净空位移值的管理基准例。
表5 铁路隧道净空容许位移基准
围岩级别 容许净空位移值 单线 IS或特S IL ⅡN~ⅤN 75mm以上 25~75mm 25mm以下 双线、新干线 150mm以上 50~150mm 50mm以下
日本把容许位移值和超挖联系到一起,设定预留变形量,因此当超挖小于容许位移值时,皆不考虑预留变形量。也就是说当超挖小于表5所列的容许位移值时,就可以不设预留变形量。根据日本的施工经验,只有在围岩级别为Ⅰs的场合,才考虑设置10cm的预留变形量,即在表5的容许位移值上加10cm。
我们既规定了预留变形量(施工规范表6.1.3),也规定了隧道容许超挖值(施工规范表6.2.1),以跨度10m左右的隧道为例,两者的合计如表6所示,比日本规定的数值要大。
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表6 隧道超挖值和预留变形量(mm)
Ⅱ (Ⅴ) Ⅲ (Ⅳ) Ⅳ (Ⅲ) Ⅴ (Ⅱ) Ⅵ (Ⅰ) (ⅠS) 围岩级别 中国铁路隧道(预留变形量+超挖值) 注:()内为日本铁路隧道的围岩级别
(10~30)+100 (30~50)+150 (50~80)+150 (80~120)+100 设计确定 50 50 50 50 50~150 150+100 日本铁路隧道的预留变形量 4)支护结构参数表
日本和我们的规范都给定了一个支护结构参数表。
在日本2006年版的【隧道标准示范书】之前,隧道支护结构参数表,都是按单线、双线和新干线三种情况给定的,与我们按单线、双线给定的情况相同。但在2006年版中,隧道支护结构参数表是按大断面、中断面和小断面三种情况给定。小断面指净空跨度为3.0~5.0m,如水工隧洞以及单线铁路隧道;中断面指净空跨度8.5~12.5m的,如新干线隧道、双线铁路隧道和大断面指净空跨度12.5~14.0m的,如三车道公路隧道等。洞口段的支护结构的参数。也同样处理。据此日本公路隧道的洞身段支护结构参数如表1、2、3所示;洞口段的支护结构参数如表4、5、6所示。
表1 日本公路隧道标准的支护结构参数(净空宽度3.0~5.0m)
围岩级别 支护模式 一 次 掘 进 长 度 m B C1 C2 D1 D2 B C1 C2 D1 D2 2.0 1.5 1.2 1.0 1.0 无 2.0 2.0 2.0 2.0~3.0 注:根据该隧道的利用情况和围岩状况,有时可以省去二次衬砌
- 1.2 1.2 1.0 1.0以下 - 1.2~1.5 1.2~1.5 1.0 1.0 - 上下半断面 - - - H100 H100 1.0 1.0 5 5 5 10 10~12 20 20 20 20 20 全断面法 锚杆 长 度 m 施工间隔 环 向m 纵 向 m 施工范围 钢支撑 类 型 施工 间隔 m 喷混 凝土 厚度cm 衬砌厚度cm 开挖方法
表2 日本公路隧道标准的支护结构参数(净空宽度8.5~12.5m)
围岩支护模式 一 次 锚杆 长 施工间隔 施工范钢支撑 上半断下半断施 喷 混 衬砌厚度 拱 仰 变 形 开挖方法 7
级别 掘 进 长 度 m 度 m 环 向m 纵 向 m 围 面类型 面类型 工 间 隔 m 凝 土 厚 度cm 墙cm 拱cm 富 余 量cm B B 2.0 3.0 1.5 2.0 上半断面120° - - 5 30 0 0 微台阶法或上C1 C1 1.5 3.0 1.5 1.5 上半断面 - - 10 30 (40) 0 半断面台阶法 C2 C2a C2b 1.2 1.2 1.0 1.0 1.0以下 3.0 3.0 3.0 4.0 4.0 1.5 1.5 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.0 1.0 1.0以下 上下半断面 上下半断面 上下半断面 - H125 H125 H125 H150 - - H125 H125 H150 1.2 1.0 1.0 1.0以下 10 10 15 15 20 30 30 30 30 30 (40) (40) 45 45 50 0 0 0 0 10 D1 D1a D1b D2 D2 注:1、支护结构a、b的划分原则是围岩级别为C2、D1的场合,基本上采用b。当预计开挖变形比较小,掌子面稳定的场合,可采用a。
2、在()内表示的围岩级别范围中,当遇有第三纪泥岩、凝灰岩、蛇纹岩等粘性土岩和风化结晶岩、温泉余土时,应设置()内的仰拱;
需要早期闭合断面的场合,可用喷混凝土临时仰拱闭合,但其厚度应参考上下断面的喷射厚度分别决定。 3、即使围岩级别为D1当下半部围岩比较坚硬,长期承载力充分,无因侧压挤出的场合,可以省去仰拱。 4、在围岩级别为D1的场合,一般在上半部设置金属网。在D2的场合通常上下断面都要设置金属网; 5、采用钢纤维喷混凝土的场合可以省去金属网。
6、在围岩级别D2中采用上半断面工法开挖上半断面时,与采用带辅助台阶的全断面法开挖,因为没有时间差,下半部的变形富余量,可按10cm设计,并在实际施工中根据量测结果调整 7、围岩级别A、E的场合应另外研究
表3 日本公路隧道标准的支护结构参数(净空宽度12.5~14.0m)
围岩级别 支护模式 一 次 掘 进 长 度 m 锚杆 长 度 m 施工间隔 环 向m 纵 向 M 施工范围 钢支撑 上半断面类型 下半断面类型 施 工 间 隔 m 喷 混 凝 土 厚 度cm B B 2.0 4.0 1.5 2.0 上半断面 - - 10 40 - 0 微台阶法、衬砌厚度 拱 墙cm 仰 拱cm 变 形 富 余 量cm 开挖方法 8
C1 C1 1.5 4.0 1.2 1.5 上下半断面 - - 15 40 (45) 0 上半断面C2 C2 1.2 4.0 1.2 1.2 上下半断面 H150 - 1.2 15 40 (45) 0 台阶法、中D1 D1 1.0 6.0 1.0 1.0 上下半断面 H150 H150 1.0 20 40 50 0 隔壁法等 D2 D2 1.0以下 6.0 1.0 1.0以下 上下半断面 H200 H200 1.0以下 25 40 50 10 注:1、在()内表示的围岩级别范围中,当遇有第三纪泥岩、凝灰岩、蛇纹岩等粘性土岩和风化结晶岩、温泉余土时,应设置()内的仰拱;
2、需要早期闭合断面的场合,可用喷混凝土临时仰拱闭合,但其厚度应参考上下断面的喷射厚度分别决定。 3、即使围岩级别为D1当下半部围岩比较坚硬,长期承载力充分,无因侧压挤出的场合,可以省去仰拱。
4、在围岩级别为C2的场合,一般在拱顶附近,在围岩级别为D1、D2的场合,上下断面都要设置金属网。采用钢纤维喷混凝土的场合可以省去金属网。
6、在围岩级别D2中采用上半断面工法开挖上半断面时,与采用带辅助台阶的全断面法开挖,因为没有时间差,下半部的变形富余量,可按10cm设计,并在实际施工中根据量测结果调整
7、围岩级别A、E的场合应另外研究
表4 洞口段标准支护结构参数(净空宽度12.5m~14.0m)
开挖方法 一 次 掘 进 长 度 m 上半断面台阶法 上半断面中壁法 主洞 中臂 侧导坑超前法 主洞 导坑 中央导坑超前法 主洞 导坑 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 6.0 (3.0) 6.0 (3.0) 3.0 (3.0) 6.0 (3.0) 2.0 (2.0) 6.0 (3.0) 2.0 (2.0) 1.0 (0.5) 1.0 (0.5) 1.2 (0.6) 1.0 (0.5) 1.0 (0.5) 1.0 (0.5) 1.0 (0.5) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) H-125 H-125 H-200 H-200 1.0下 1.0 10 - - 以25 45 50以上 H-125 H-150 1.0下 1.0 10 - - 以25 45 50以上 H-150 1.0 15 - 50 H-200 H-200 1.0 25 45 50 H-200 H-200 1.0 锚杆 长 度 m 施工间隔 环 向 M 纵 向 m 钢支撑 上半断面类型 下半断面类型 施 工 间 隔 m 喷 混 凝 土 厚 度 cm 25 45 50 衬砌厚度 拱 墙 cm 仰 拱 cm 9
注:1、锚杆设置在侧壁附近,根据情况可适当扩大打设范围,锚杆长度以6.0m为标准;
2、正面锚杆,必要时设置在拱顶120范围内,以保证掌子面拱部的稳定;
3、中隔壁法在中隔壁设置的锚杆,中央导坑法中在导坑设置的锚杆,考虑后面的作业,可采用易于切断的塑料锚杆; 4、考虑断面闭合效果,喷混凝土的脚部应有仰拱支持。
5、金属网在台阶法中,设置在上下断面中,在侧壁导坑法中设置在上半断面。 6、随着断面的大型化,要加强对洞口段偏压对策的研究;
表5 洞口段标准支护结构参数(净空宽度8.5m~12.5m)
开挖方法 一 次 掘 进 长 度 m 上半断面台阶法 侧导坑超前法 主洞 导坑 1.0 1.0 1.0 4.0 (3.0) 4.0 (3.0) 2.0 (2.0) 1.2 (0.6) 1.2 (0.6) 1.0 (0.6) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) 1.0 (1.0) H-125 H-200 - 1.0以下 1.0 10 - - 25 35 50以上 H-200 H-200 1.0 锚杆 长 度 M 施工间隔 环 向 M 纵 向 m 钢支撑 上半断面类型 下半断面类型 施 工 间 隔 m 喷 混 凝 土 厚 度 cm 25 35 50 衬砌厚度 拱 墙 cm 仰 拱 cm 注:1、锚杆设置在侧壁附近,根据情况可适当扩大打设范围;
2、正面锚杆,必要时设置在拱顶120°范围内,以保证掌子面拱部的稳定; 3、金属网在台阶法中,设置在上下断面中,在侧壁导坑法中设置在上半断面。
表6 洞口段标准支护结构参数(净空宽度3.0~5.0m)
开挖方法 一 次 掘 进 长 度 m 全断面法 1.0 2.0 (2.0) 1.0 (0.6) 1.0 (1.0) H-125 H-125 1.0 锚杆 长 度 M 施工间隔 环 向 M 纵 向 m 钢支撑 上半断面类型 下半断面类型 施 工 间 隔 m 喷 混 凝 土 厚 度 cm 10 20 20 衬砌厚度 拱 墙 cm 仰 拱 cm 注:1、锚杆设置在侧壁附近,根据情况可适当扩大打设范围;
2、正面锚杆,必要时设置在拱顶120°范围内,以保证掌子面拱部的稳定; 3、金属网可在拱顶及侧壁设置。
日本新干线铁路隧道是按250km/h速度目标设计的。其宽度大致在9.5~10.5m左右。因其车辆的密封性比较好,隧道净空断面积相对也比较小。其支护结构参数相当于日本公路隧
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