【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、 邊墻 3 10 20(最小 ) 125H 40 圖 5 雙線鐵路隧道典型的標(biāo)準(zhǔn)斷面及支護(hù)模式 (m) 41 表 7 新干線隧道標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)參數(shù) 支擴(kuò)構(gòu)件 錨桿 噴混凝土（ cm） 鋼支撐 標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式 配置 長(zhǎng)度 (m)根數(shù) 間 距 (m) 拱部、邊墻 仰 拱 種類 Ⅳ NP 5（平均） Ⅲ NP 拱部 2 0~6 （隨意） 5(平均 ) Ⅱ NP 拱部 3 10 10(平均 ) Ⅰ NP 拱部、 邊墻 3 14 10(最小 ) (100H)* Ⅰ SP 拱部、 邊墻 3 8 4 12 10(最小 ) 15（最小 ) 100H Ⅰ LP 拱部、 邊墻 3 12 l， 0 15(最小 ) 100H 注： 1. 4m長(zhǎng)的錨桿，配置在拱腳附近。 2. 如采用鋼支撐，以括號(hào)內(nèi)種類為準(zhǔn)。 42 圖 6 新干線隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面及支護(hù)模式（ m） 43 （ 3） 日本公路隧道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 日本公路隧道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的程度是比較高的。不僅有雙車道隧道，三車道隧道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還有雙車道隧道緊急停車帶的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。 表 8 雙車道隧道標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式 圍巖級(jí)別 支護(hù)模式 標(biāo)準(zhǔn)一次掘進(jìn)長(zhǎng)度(cm) 錨桿 噴混凝土 鋼支撐 襯砌厚度 變形富裕 開(kāi)挖方法 長(zhǎng)度 (cm) 施工間隔 施工范圍 厚度 (cm) 上半 尺寸 下半 尺寸 拱、 邊墻 (cm) 仰拱 (cm) 環(huán)向 縱向 B Ba 上半 120 5 _ 30 0 0 輔助臺(tái)階的全斷面法或上半斷面臺(tái)階法 CⅠ CⅠ a 上半 120 10 30 (40) 0 CⅡ CⅡ a 上下半 10 30 (40) 0 CⅡ b 10 30 (40) 0 DⅠ DⅠ a 上下半 15 H125 30 45 0 DⅠ b 15 H125 H125 30 45 0 DⅡ Ⅱ a 上下半 20 H 150 H150 30 50 10 44 表 9 雙車道隧道緊急停車帶的標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式 圍巖級(jí)別 錨桿 噴混凝土 鋼支撐 襯砌厚度 長(zhǎng)度（ m） 施工間隔（ m） 厚度（ cm） 上半尺寸 下半尺寸 間隔（ m） 拱、墻 仰拱 環(huán)向 縱向 B 無(wú) (上半 ) 10 無(wú) 無(wú) 40 CⅠ 15 無(wú) 無(wú) 40 （ 50） CⅡ 15 H150 無(wú) 40 50 DⅠ 20 H150 H150 40 50 DⅡ 個(gè)別設(shè)計(jì) 表 10 三車道隧道的標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式 圍巖級(jí)別 錨桿 噴混凝土 鋼支撐 襯砌厚度 長(zhǎng)度（ m） 施工間隔 (m) 厚度 (cm) 上半尺寸 下半尺寸 間隔（ m） 拱、墻 仰拱 環(huán)向 縱向 B 10 無(wú) 無(wú) 40 CⅠ 15 H150 無(wú) 40 50 CⅡ 20 H150 H150 40 50 DⅠ 20 H200 H200 40 50 DⅡ 個(gè)別設(shè)計(jì) 45 表 11 三車道隧道緊急停車帶支護(hù)模式的大致標(biāo)準(zhǔn) 圍巖級(jí)別 錨桿 噴混凝土 鋼支撐 襯砌厚度 長(zhǎng)度（ m） 施工間隔（ m） 厚度（ cm） 上半尺寸 下半尺寸 間隔（ m） 拱、墻 仰拱 環(huán)向 縱向 B 15 無(wú) 無(wú) 50 50 CⅠ 20 H299 無(wú) 50 50 CⅡ 25 H250 H250 50 50 參考上述標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)參數(shù)時(shí)要注意：日本的鐵路隧道和公路隧道是采用不同的圍巖分級(jí)方法，表中所列的級(jí)別，請(qǐng)參考日本的分級(jí)方法。 一般說(shuō)，根據(jù)圍巖級(jí)別采用的標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式，即使在同一的圍巖級(jí)別條件下，因埋深大，支護(hù)構(gòu)件穩(wěn)定性有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)參考圍巖的變形系數(shù)和埋深的關(guān)系以及量測(cè)結(jié)果等，修正標(biāo)準(zhǔn)的支護(hù)結(jié)構(gòu)模式。 46 城市條件采用礦山法修筑的隧道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 最近，日本針對(duì)城市砂質(zhì)土和粘性土的地質(zhì)條件和埋深淺的設(shè)計(jì)條件，編制了城市采用礦山法修筑地下鐵道區(qū)間隧道或鐵路、道路隧道的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，很有借鑒意義。該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在決定斷面形狀時(shí)，考慮完成后和施工時(shí)的穩(wěn)定。斷面形狀視使用目的，要確保建筑限界，同時(shí)要考慮變形富裕，盡可能地采用不產(chǎn)生應(yīng)力集中的圓順的隅角。同時(shí)原則上要設(shè)置仰拱，并采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因在山嶺隧道中開(kāi)挖斷面形狀的自由度比較高，應(yīng)根據(jù)施工中的量測(cè)掌握實(shí)際的圍巖動(dòng)態(tài)，來(lái)驗(yàn)證基本設(shè)計(jì)的安全性。 下圖是參考既有的事例，考慮各種條件的斷面形狀。以下各表是標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式。 47 圖 7 砂質(zhì)地層的雙線斷面形狀例 圖 8 黏性土地層雙線斷面形狀例 48 表 12 雙線隧道的標(biāo)準(zhǔn)初期支護(hù)參數(shù) 支護(hù)模式 INP ILCP ILSP 圍巖級(jí)別 IN ILC ILS 噴混凝土 上 下半斷面 200mm 250mm 250mm 仰拱 200mm 250mm 250mm 鋼支撐 間距 1m 1m 1m 上 下半斷面 125H 150H 150H 仰拱 125H 150H 150H 錨桿 長(zhǎng)度 3m 3m 3m 根數(shù) 12根 12根 10根 短超前支護(hù) 長(zhǎng)度 2m 3m 3m 間距（環(huán)向） 49 表 13 單線隧道的標(biāo)準(zhǔn)初期支護(hù)參數(shù) 支護(hù)模式 INP ILCP ILSP 圍巖級(jí)別 IN ILC ILS 噴混凝土 上 下半斷面 150mm 200mm 200mm 仰拱 150mm 200mm 200mm 鋼支撐 間距 1m 1m 1m 上 下半斷面 100H 125H 125H 仰拱 100H 125H 125H 錨桿 長(zhǎng)度 3m 3m 3m 根數(shù) 1０根 10根 10根 短超前支護(hù) 長(zhǎng)度 2m 3m 3m 間距（環(huán)向） 50 表 14 二次襯砌和仰拱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（雙線） 名稱 圍巖級(jí)別 設(shè)計(jì)荷載（水壓）距襯砌拱頂?shù)母叨龋?m） 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 σ max KPa 卸載hmin/H INL IN 無(wú) 30 無(wú) 45 無(wú) － － 排水型 INL 無(wú) 50 D19250mm 50 D19250mm 40 排水型 INL0 0 50 D19250mm 50 D19250mm 95 防水型 INL5 5 50 D19250mm 50 D19１ 25mm 125 INL10 10 60 D19250mm 60 D19１ 25mm 150 ILL IL 無(wú) 30 無(wú) 45 無(wú) － － 排水型 ILL 無(wú) 50 D19250mm 50 D19250mm 15 排水型 ILL0 0 50 D19250mm 50 D19250mm 60 防水型 ILL5 5 50 D19250mm 50 D19１ 25mm 75 ILL10 10 60 D19250mm 65 D19１ 25mm 55 51 表 15 二次襯砌和仰拱的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)（單線） 名稱 圍巖級(jí)別 設(shè)計(jì)荷載（水壓）距襯砌拱頂?shù)母叨龋?m） 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 σ max KPa 卸載hmin/H INL IN 無(wú) 40 無(wú) 40 無(wú) － － 排水型 INL 無(wú) 40 D19250mm 40 D19250mm 65 排水型 INL0 0 40 D19250mm 40 D19250mm 105 防水型 INL5 5 40 D19250mm 40 D1925０ mm 65 INL10 10 40 D19250mm 40 D1925０ mm 25 ILL IL 無(wú) 30 無(wú) 30 無(wú) － － 排水型 ILL 無(wú) 40 D19250mm 40 D19250mm 35 排水型 ILL0 0 40 D19250mm 40 D19250mm 75 防水型 ILL5 5 40 D19250mm 40 D1925０ mm 55 ILL10 10 40 D19250mm 40 D19１ 25mm 25 52 五、荷載 — 結(jié)構(gòu)模式解析方法中的幾個(gè)問(wèn)題 把隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)在力學(xué)上和構(gòu)造上作為拱形結(jié)構(gòu)來(lái)處理這個(gè)思想是從地面結(jié)構(gòu)引申出來(lái)的。是否合適和合理到何種程度要根據(jù)現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)去判斷。 把隧道作為拱形結(jié)構(gòu)的概念 , 就是承認(rèn)松弛土壓的作用。松弛壓力不是不可避免的荷載，多數(shù)場(chǎng)合是由于某些作業(yè)方法所誘發(fā)的，因而都在力圖阻止它發(fā)生。如果這一點(diǎn)收到成效，就失去根據(jù)松弛壓力決定尺寸的必要性。 如果 施工沒(méi)有滿足下述條件 ，隧道結(jié)構(gòu)就只能是個(gè)拱 ,而按拱形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算： （ 1）制止松弛和由此產(chǎn)生的松弛壓力； （ 2）結(jié)構(gòu)和圍巖之間有效的、長(zhǎng)期的緊密接觸。 53 荷載及荷載模式 在沿用地面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)基本上是由荷載產(chǎn)生的，而隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性是：荷載、結(jié)構(gòu)、材料三位一體，沒(méi)有象地面結(jié)構(gòu)那樣明確的荷載概念。因此，不得不假定一個(gè) “ 虛擬 ” 的荷載，認(rèn)為它僅僅與圍巖的特性有關(guān)，而與襯砌結(jié)構(gòu)的特性無(wú)關(guān)，即 “ 松弛荷載 ” 。 荷載－結(jié)構(gòu)模式的發(fā)展 ,主要表現(xiàn)在 “ 荷載 ” 處理上 ,它大致經(jīng)歷了下述三個(gè)階段： （ 1）主動(dòng)荷載模式； （ 2）主動(dòng)荷載 +被動(dòng)荷載模式； （ 3）實(shí)際荷載模式。 54 a)主動(dòng)荷載模式； b)主動(dòng)荷載＋被動(dòng)荷載 ； c)實(shí)際荷載（形變荷載） 多數(shù)情況都采取第二種模式 ，考慮了結(jié)構(gòu)和圍巖之間的相互作用，局部地體現(xiàn)了隧道作為地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。為保證圍巖約束抗力的存在，就必須保證結(jié)構(gòu)與圍巖之間緊密接觸。 第三種模式當(dāng)前正在發(fā)展，也就是形變壓力。 實(shí)際上它與第一種模式是一致的，只不過(guò)荷裁是實(shí)地量測(cè)或計(jì)算的。實(shí)測(cè)荷載基本上反映了結(jié)構(gòu)與圍巖全面的相互作用的特征。因此 ,結(jié)構(gòu)力學(xué)方法同樣也可以反映結(jié)構(gòu)支護(hù)體系相互作用的功能。 55 采用第三種模式時(shí)計(jì)算中有二種情況： （ 1）結(jié)構(gòu)與圍巖牢固接觸的情況： 在接觸面上不僅有徑向荷載，還有切向荷載存在，切向荷載的存在可以減小荷載分布的不均勻程度，從而大大減小結(jié)構(gòu)中彎矩。例如，噴混凝土支護(hù)就屬這種。 （ 2）結(jié)構(gòu)與圍巖松散接觸的情況： 在接觸面上只能傳遞徑向荷載，一般具有回填層的現(xiàn)灌混凝土襯砌或用盾構(gòu)法修筑的隧道都符合這種情況。 圖 2 形變壓力的特征 56 表 1 松弛荷載的計(jì)算公式 隧道類型 計(jì)算公式 公式 符號(hào)意義 鐵路隧道 q= e (6s) (B+H)γ q:垂直均布?jí)毫? γ：圍巖單位容重 S：圍巖級(jí)別 B、 H：坑道的寬度、高度 Kb:跨度影響系數(shù) 公路隧道 q= e (6s) 水工隧洞 q=(~)γB 注：公式來(lái)源于有關(guān)規(guī)范。 彈性抗力的處理 彈性抗力是相互作用產(chǎn)生的被動(dòng)荷載，把隧道結(jié)構(gòu)視為一個(gè)在荷載作用下的位于彈性地基上的結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)行計(jì)算方法的基本出發(fā)點(diǎn)。把圍巖對(duì)結(jié)構(gòu)變形的約束所產(chǎn)生的反作用視為線彈性的，即 σ= Ky（ K為彈抗力系數(shù)； y 為接觸點(diǎn)徑向位移）。 57 實(shí)際上，在荷載作用下地基的變形是一個(gè)彈塑性過(guò)程，在初始荷載作用下，一般地基向襯砌方向移動(dòng)，因?yàn)閲鷰r在開(kāi)挖中會(huì)松弛或在襯砌回填中沒(méi)有達(dá)到密貼的要求，而在卸載條件下，圍巖變形只有一部分復(fù)原。因此，彈性抗力系數(shù)，不完全是圍巖的特征值，它受到承載面大小和形狀以及荷載大小的影響。 [例如 ] 在用加載板方法研究的荷載下沉曲線中，同時(shí)發(fā)生可觀的彈性和塑性下沉。此外，彈性抗力系數(shù)由于不