中日山岭隧道技术规范的对比

'中日山岭隧道技术规范的比较1、比较对象目前，日本在山岭隧道中，具有权威性的规范就是由土木学会制定的【隧道标准示范书】（2006年版），即我们所谓的”隧道工程技术规范”。分别按三大主流施工方法，即：矿山法、盾构法及明挖法分三册出版。在该示范书中，同时规定除本示范书外，下列示范书、技术标准亦应遵守。1、混凝土标准示范书（规准编）（2005）土木学会2、混凝土标准示范书（施工编）（2002）土木学会3、混凝土标准示范书（维修管理编）（2001）土木学会4、铁道结构物等设计标准·同解说城市矿山法隧道（2002）铁道综合技术研究所5、公路隧道技术标准（构造编）（2003）日本道路协会本文，中日山岭隧道技术规范的比较，就是以上述标准示范书、技术标准与我们现行的下列规范、暂行规定等进行的比较。2、日本规范、技术标准的现状1）日本规范、技术标准的指导思想日本国土交通省2002年提出“土木、建筑设计的基本方针”，该方针是以ISO2394和Eurocode0规定的结构物设计基本方针和体系而提出的。因此，此后编制的技术标准，都是以下述指导思想为依据的。其指导思想有二：一个是结构物的设计要从“构筑一个结构物”的思想，转变为“更好地使用一个结构物”的思想；也就是说，结构物设计要从单纯的力学设计转变为性能设计；或者说转变为以力学性能为对象的性能设计。一个是结构物设计必须是包括从勘查、规划、设计、施工及营运的全过程的设计，也就是说，必须把结构物的维修管理纳入到设计中因此，日本土木学会分别制定了【混凝土标准示范书】，分为构造性能核查编（2002）、施工编（2002）及维修管理编（2001）。山岭隧道，基本上是属于混凝土结构一类的结构物，因此，其规范、技术标准的主导思想来自于【混凝土标准示范书】。【混凝土标准示范书】一变，隧道规范及技术标准也随之而变。因此，随着【混凝土标准示范书】的修订，日本土木学会接着就修订【隧道标准示范书】，这就是目前实施的【隧道标准示范书】。日本国土交通省铁道局也开始就委托铁道综合技术研究所着手编制【铁道结构物等设计标准】，【城市矿山法隧道设计标准】就是其中之一（作者注：这本标准主要针对城市铁路隧道隧道，地下铁道归属于铁道局管理，因此，也是针对地下铁道的，对山岭隧道的洞口段及浅埋段也适用），与之配套的还有【铁路隧道维修管理标准】（2007）等。2）规范、技术标准的体系日本铁路隧道的规范、设计标准，基本上是由土木学会和铁道综合技术研究所，编制的。公路隧道的规范、设计标准则是由日本道路协会编制的。编制单位具有相当的权威性，但编制的规范、技术标准、指南都不具有约束性。其约束性主要体现在投标的过程中，即：业主指定工程设计施工必须符合那个规范或标准，那个规范和标准才具有一定的约束性。这与我们的规范、暂行规定等具有约束性是完全不同的。在日本真正具有约束性的是国家标准，例如，JIS等。其它都是没有约束性的。23 除国家的法规、法令外，日本的规范、技术标准大致分为三个层次。第一层次：标准示范书类：例如，混凝土标准示范书、隧道标准示范书等；第二层次：技术标准或设计标准类：例如，铁道结构物设计标准、公路隧道技术基准（构造编）等；第三层次：有针对性的指南（指针）类：例如，“新奥法设计施工指南”（1996）、“喷混凝土指南（隧道编）”（2005）、“隧道混凝土施工指南”（2000）、“高性能喷混凝土设计施工指南”、建设业劳动灾害防止协会编写的“隧道施工通风技术指南”（1990）等。这一层次的指南，实质上是对规范、技术标准的补充，包括新技术、新工法的应用等，其应用价值丝毫不逊于规范和技术标准。因此，日本各协会、都在编制指南上投入很大力量。指南的许多内容的绝大部分，都纳入以后修订的规范和技术标准中。其实，日本在规范、技术标准、指南之外，还有一个层次，就是手册。这是集某种技术之大成而编写的工具书。如由山本埝教授主编的“隧道实用手册”、铁道综合技术研究所编写的“隧道近接施工对策手册”和“城市铁道结构物近接施工对策手册”，日本铁钢联盟编写的“钢纤维混凝土设计施工手册”（隧道编）等。3）规范的构成与内容以日本2006年版的【隧道标准示范书、矿山法编】为例加以说明。该示范书由总论、规划及调查、设计、施工、辅助工法、特殊围岩及城市矿山法隧道、施工管理、TBM工法、背板工法、竖井和斜井等10篇构成。共234条文。其中特殊围岩及城市矿山法隧道和TBM工法两篇是第一次出现的示范书中。第1篇总则，包括适用范围、用语定义、有关法规及矿山法的选择和研讨步骤。第2篇规划和调查，包括规划的基本原则，如隧道的线形（平面及纵断面）、净空断面及隧道的附属设施等；调查的基本原则，如围岩条件的调查、当地条件的调查、调查成果的整理与利用等。施工计划的基本原则，如工区的划分、施工方法的选定、辅助坑道的设置、施工道路、洞外设备及弃碴场等。第3篇设计，共分通则、设计基本原则、支护设计、衬砌设计、仰拱设计、防排水设计、洞口段及洞门设计、分支及扩大段设计、近接施工设计等9章。其中，近接施工设计是第一次出现在示范书中。第4篇施工，由通则、安全卫生、环境保护、测量、开挖、出碴、洞内运输、支护、衬砌、防排水等的施工和洞口段施工11章构成。第5篇辅助工法，除一般规定外，主要按确保隧道施工安全的辅助工法和保护周边环境的辅助工法分开编写。第6篇特殊围岩及城市矿山法隧道，其中城市矿山法隧道是第一次出现在示范书中。因为最近几年城市在土砂围岩中采用矿山法修筑隧道的工程实绩越来越多，因此在铁道综合技术研究所编制的【铁道结构物设计标准·城市矿山法隧道】（2002）的基础上，增加了此篇。这里所指的特殊围岩包括未固结的、膨胀性的、产生岩爆的，高热、温泉、有害气体的及高压、大量涌水的围岩。第7篇施工管理，包括进度管理、质量管理和成型管理、观察与量测4章。第8篇TBM工法也是首次出现的一篇，包括适用范围、TBM工法的规划及调查、规划、设计、施工及施工管理、观察及量测、安全卫生、作业环境的维护、特殊用途的TBM等8章。第9篇背板法，是指传统工法而言，一般说限制在小断面隧道中应用。因此其规定也主要是针对小断面隧道的。23 第10篇竖井和斜井，由竖井设计、竖井施工、斜井设计、斜井施工、竖井及斜井的洞底设备等4章构成。应该说明，示范书是针对所有采用矿山法修筑的隧道的，包括铁路隧道、公路隧道、水工隧洞、小断面隧道以及地下铁道等，并非单独针对铁路隧道的。其应用都体现在条文的解说中。本示范书把设计和施工合并在一起是一个特点。在日本的隧道工程界，始终认为，隧道设计的成果是由施工来实现的，不管设计如何好，但施工不到位或不良也拿不出满意的结构物来。因此，把规范施工行为的准则与设计有机地结合在一起，是非常必要的。另外还应说明，日本与我们的设计施工体制不同，日本基本上没有独立的设计单位，工程设计与施工基本上是由承包单位承担的。这可能也是在规范中把设计施工合并在一起的一个原因。日本规范和技术标准另一个特点就是每个条文紧接着都有一个比较详细的解说（即条文说明）。应该说，规范的条文是比较简洁、明确的。是“画龙点睛”，而解说则详细地说明了条文的“来龙去脉”，提供了许多确保条文实施的建议和要求。我们则恰恰相反，条文用的笔墨太多，而条文说明过于简陋，有的还没有条文说明。其次，在日本的一些设计标准、指南中，一个重要构成部分，就是“参考资料”，类似我们的附件。参考资料给出许多研究成果、统计数据以及实用的设计方法等。例如，在【城市矿山法设计标准】中，就列出46个参考资料，其中包括掌子面稳定性评价方法、超前支护设计方法以及管理基准值设定例等等具有实用价值的资料。同样地，在【喷混凝土指南】（隧道篇）中也列出有关喷混凝土设计的一些参考资料，包括喷混凝土制造的施工设备、一些喷混凝土的应用事例等。依上所述，日本隧道规范及技术标准，大体上是由前言（编写说明或修订说明）、编写人员名单、目录、条文及解说和参考资料几部分构成的。这与我们的规范、技术标准大同小异。另外也要指出，日本的规范、技术标准，基本上都是由官方委托有关协会或研究单位编写的。委托单位则组成由知名学者主导的，有研究、学校、企业等人员组成。如【隧道标准示范书】（矿山法）（2006年版）修订委员会就是由16人组成，下设总论、规划和调查、设计、施工（包括辅助工法、竖井、斜井）、特殊围岩及城市矿山法隧道、施工管理等6个分科组，人员达50余位。这与我们编写的方法截然不同。3、技术比较（1）关于围岩分级日本的铁路隧道和公路隧道的围岩分级，基本上都是定量的分级。铁路隧道和公路隧道的围岩分级指标列于表1.表1围岩的分级指标指标铁路隧道公路隧道定量指标物探参数弹性波速度弹性波速度钻探参数RQD围岩条件、物性参数围岩强度应力比围岩强度应力比相对密度、细颗粒含有率控制基准净空位移值净空位移值定性指标23 围岩种类及特性按岩石性质分为7类按块状、层状分组，而后按强度分级隧道开挖状态，如掌子面稳定性等围岩状态，如水和不连续面的影响等从指标上看，日本充分利用了在隧道设计阶段用物探、钻探等地质勘察方法获得的地质数据，如弹性波速度和表达钻探岩心状态的RQD。在土质围岩中，则通过物性试验获得相对密度和细颗粒含有率，作为区分砂质土和粘性土的指标。另一个指标就是净空位移值，作为控制位移的大致标准。我们的围岩分级基本上是定性的，缺少定量的指标，对围岩级别的判定，主观臆测的成分较重。实际上，我们在设计阶段也做了大量的地质工作，也取得了不少的地质数据，可惜的是，没有把这些数据进行统计、整理和分析，因此也无法使围岩分级定量化。在定量指标的确定上，基本上是以定量的提交数据和基础性研究为基础的。日本铁路隧道的围岩分级，比较重视低级别围岩和特殊围岩的划分，例如在Ⅰ级围岩（相当于我们的Ⅴ、Ⅵ级围岩），按围岩的性质就分为ⅠN、ⅠS、ⅠL三级，其中ⅠN是一般围岩，ⅠS是具有塑性化的围岩，ⅠL是指未固结的松散的土质围岩。另外对一些标准支护模式不能适用的围岩，称为特殊围岩，分出特S和特L两级。附件一列出日本铁路隧道和公路隧道围岩分级表，以供参考。（2）有关结构设计的内容【日本隧道标准示范书】第3篇设计，由通则、设计基本原则、支护设计、衬砌设计、仰拱设计、防排水设计、洞口段及洞门设计、分支及扩大段设计、近接施工设计等9章构成。其中，近接施工设计是第一次出现在示范书中，是以“隧道近接施工对策手册”和“城市铁道结构物近接施工对策手册”为基础编写的。而在【城市矿山法隧道设计标准】中，超前支护也第一次独立成节地例如设计标准之中。1）设计的基本原则我们与日本在隧道设计基本原则上的最大差异是在二次衬砌上。日本的二次衬砌，基本上采用素混凝土。但在埋深小的土砂围岩、洞口段等地段，考虑以后荷载可能的变化或者可能产生偏压的场合，包括在城市隧道采用全包防水的场合，才采用承载的衬砌，甚至采用钢筋混凝土衬砌。在一般情况下，日本的二次衬砌基本上是按照不承载（安全储备）的原则设计的，以跨度10m左右的隧道为例，我们与日本的规定比较列于表1。表1二次衬砌厚度（cm）比较表围岩分级中国铁路隧道日本铁路隧道日本公路隧道Ⅰ（Ⅵ）『A』Ⅱ（Ⅴ）『B』303030Ⅲ（Ⅳ）『C1』353030Ⅳ（Ⅲ）『C2』403030Ⅴ（Ⅱ）『D1』453030Ⅵ（Ⅰ）『D2』个别设计3030注：表中围岩级别分别为中国、日本铁路（）、日本公路『』我们因为在超前支护、初期支护的技术上不能把位移控制在要求的容许值上，才考虑在按围岩级别的降低，逐级加厚二次衬砌。23 从国情和目前的技术、管理现状出发，我们这样做，也是无可非议的。但，摆在我们面前的课题就是：在一般围岩条件下，如何通过加强初期支护和超前支护的作用，使之与围岩一起能够担负坑道稳定的功能，从而使二次衬砌不承载，仍然是我们要考虑的问题。日本的观点很明确，二次衬砌承载是有条件的。例如：日本在城市矿山法隧道设计标准中就明确规定（第60条）二次衬砌在下述场合，应具相应的力学功能。·围岩变形不收敛的场合施设二次衬砌时，要具有能使围岩稳定的约束力；·衬砌施工后，发生水压、上覆荷载等外力作用时，要能够承受其荷载；·对使用后的外力变化和围岩、支护材料的劣化，需要提高结构物耐久性时；·需要提高抗震性的断层破碎带；·易受偏压、上覆荷载、地震影响的洞口段；·翻浆冒泥可能性大的场合等。因此，增加二次衬砌需要具有力学功能的条文是有必要的。此时的二次衬砌需要采用解析方法进行设计。2）设计方法日本【隧道标准示范书、隧道编】明确规定，隧道支护结构的设计方法有三。即：·标准设计的方法；·工程类比的方法；·解析设计的方法。同时在新奥法指南中又明确规定各种方法的应用条件。实际上，我们的设计也是这样做的。但在什么条件下应该采用什么方法，并没有明确地给定。例如日本新奥法设计施工指南关于设计方法的规定（第9条）在初步设计中，原则上采用以下方法。（1）标准支护模式设计（2）类似条件设计（3）解析手法设计而且规定了在什么条件下，采用什么设计方法比较合适。如表2所示。表2设计方法的划分设计方法围岩条件设计条件标准支护模式·一般围岩(Vn、Ⅳn、Ⅲn、Ⅱn、In)·特殊围岩(INIL)·一般条件(标准断面)类似条件·特殊围岩(特S、特L)·一般围岩(符合右栏的特殊条件)·特殊条件(大断面、偏压地形、埋深极小或极大、地表面下沉有限制等)解析方法而在【城市矿山法隧道设计标准】规定，工程类比方法应在进行类比性（表3）和妥当性（表4）的研究后才能采用等。表3研究类比性的项目项目注意点围围岩级别IN~特L23 岩条件地形、埋深埋深、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）地质、土质的构成和性质地层名称、地质年代、成层构造、层组、层相、固结程度、渗透性、地下水位等断面形状单线、双线、新干线、车站水压防水型、排水型对周边影响的限制限制值完成后的接近施工种类、位置关系、规模等抗震研究条件（预定地震动等）表4妥当性研究的项目项目注意点妥当性研究的量测值开挖工法分部尺寸、一次掘进长度掌子面稳定性、地表面下沉、接近结构物位移等掌子面稳定对策设计方法、设计、影响预测方法等地下水对策周边影响对策超前支护初期支护设计方法、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二次衬砌及仰拱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双线、新干线IS或特S75mm以上150mm以上IL25～75mm50～150mmⅡN～ⅤN25mm以下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。表6隧道超挖值和预留变形量（mm）Ⅱ（Ⅴ）（10～30）＋1005023 Ⅲ（Ⅳ）（30～50）＋15050Ⅳ（Ⅲ）（50～80）＋15050Ⅴ（Ⅱ）（80～120）＋10050Ⅵ（Ⅰ）设计确定50～150（ⅠS）150＋100围岩级别中国铁路隧道（预留变形量＋超挖值）日本铁路隧道的预留变形量注：（）内为日本铁路隧道的围岩级别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8.5～12.5m的，如新干线隧道、双线铁路隧道和大断面指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锚杆钢支撑喷混凝土厚度cm衬砌厚度cm开挖方法长度m施工间隔施工范围类型施工间隔m环向m纵向mBB2.0无－－－－520全断面法C1C11.52.01.21.2～1.5上下半断面－520C2C21.22.01.21.2～1.5－520D1D11.02.01.01.0H1001.01020D2D21.02.0～3.01.0以下1.0H1001.010～1220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）围岩级别支护模式一次掘进长锚杆钢支撑喷混凝土厚衬砌厚度变形富余开挖方法23 度m度cm量cm长度m施工间隔施工范围上半断面类型下半断面类型施工间隔拱墙cm仰拱cmm环向M纵向MBB2.03.01.52.0上半断面120°－－53000微台阶法或台阶法C1C11.53.01.51.5上半断面－－1030（40）0C2C2a1.23.01.51.2上下半断面－－1030（40）0C2b1.23.01.51.2H125－1.21030（40）0D1D1a1.03.01.21.0上下半断面H125H1251.01530450D1b1.04.01.21.0H125H1251.01530450D2D21.0以下4.01.21.0以下上下半断面H150H1501.0以下20305010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锚杆钢支撑喷混凝土厚度cm衬砌厚度变形富余量cm开挖方法长度m施工间隔施工范围上半断面类型下半断面类型施工间隔m拱墙cm仰拱cm环向m纵向mBB2.04.01.52.0上半断面－－1040－023 微台阶法、上半断面台阶法、中隔壁法等C1C11.54.01.21.5上下半断面－－1540（45）0C2C21.24.01.21.2上下半断面H150－1.21540（45）0D1D11.06.01.01.0上下半断面H150H1501.02040500D2D21.0以下6.01.01.0以下上下半断面H200H2001.0以下25405010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锚杆钢支撑喷混凝土厚度cm衬砌厚度长度M施工间隔上半断面类型下半断面类型施工间隔m拱墙cm仰拱Cm环向m纵向m上半断面台阶法1.06.0（3.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-200H-2001.0254550上半断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-1501.015－50侧导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以上导坑1.02.0（2.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-1251.010－－中央导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以上导坑1.02.0（2.0）1.0（0.5）1.0（1.0）H-125H-1251.010－－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；23 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锚杆钢支撑喷混凝土厚度cm衬砌厚度长度M施工间隔上半断面类型下半断面类型施工间隔m拱墙cm仰拱cm环向m纵向m上半断面台阶法1.04.0（3.0）1.2（0.6）1.0（1.0）H-200H-2001.0253550侧导坑超前法主洞1.04.0（3.0）1.2（0.6）1.0（1.0）H-200－1.0以下253550以上导坑1.02.0（2.0）1.0（0.6）1.0（1.0）H-1251.010－－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锚杆钢支撑喷混凝土厚度cm衬砌厚度长度M施工间隔上半断面类型下半断面类型施工间隔m拱墙cm仰拱cm环向m纵向m全断面法1.02.0（2.0）1.0（0.6）1.0（1.0）H-125H-1251.0102020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道宽度在8.5～12.5m范围内。日本新干线隧道的支护结构参数列于表9。23 表9新干线隧道标准支护参数支扩构件标准支护模式锚杆喷混凝土（cm）钢支撑配置长度(m)×根数间距(m)拱、墙仰拱种类ⅣNP－－－5（平均）－－ⅢNP拱2×0~6（随意）5(平均)－－ⅡNP拱3×10l.510(平均)－－ⅠNP拱、墙3×141.010(最小)－(100H)*ⅠSP拱、墙3×84×12l.010(最小)15（最小）100HⅠLP拱、墙3×12l.015(最小)－100H注：1）4m长的锚杆，配置在拱脚附近。2）如采用钢支撑，以括号内种类为准。应该指出：表9仅列出初期支护的参数。因为二次衬砌是按安全储备设计的，其厚度与围岩级别无关，基本上采用30cm。与我们的支护结构参数表不同处(项目)参见下表。表支护结构参数表的比较日本的我们的围岩级别围岩级别支护模式－一次掘进长度m－锚杆锚杆钢支撑钢架喷混凝土厚度cm喷混凝土厚度cm衬砌厚度二次衬砌厚度cm变形富余量cm－开挖方法－－钢筋网（1）在日本隧道支护结构参数中把一次掘进进尺作为一个参数，例如在与相当于我们Ⅱ级围岩的情况，一次掘进进尺不超过2.0m。而在洞口段，不管围岩级别，一概不超过1.0m。控制一次掘进进尺的目的，在Ⅱ级围岩中，主要是控制爆破对围岩的损伤，而在软弱破碎围岩中，则主要是控制对围岩的扰动。后者与我们在软弱破碎围岩中，采用“短进尺”的原则是一致的。其次是控制爆破对低龄喷混凝土的影响。一般说，喷混凝土是靠近掌子面喷射的，会强烈地受到爆破的影响。特别是对低龄喷混凝土。日本在一座断面积为76m2，采用台阶法施工的公路隧道中，曾进行爆破对喷混凝土影响的试验研究。一次爆破炸药量为80~132kg，喷混凝土距掌子面0.75m，材龄1.5d。爆破后在喷混凝土中产生最大56.3cm23 /s的振动速度，但没有发生有害的开裂。虽然目前还没有相应的规定，但一般认为，爆破振动速度控制在50cm/s以下是容许的。（2）第2个不同是关于预留变形量的规定。这与预留变形量的定义有关。日本的预留变形量定义是：设计净空断面需要考虑的超过容许位移值的部分。也就是说，在不同围岩中开挖隧道，都要产生预计的变形，而预留变形量则是指超过这个容许位移值的部分。因此，预留变形量的规定就有2种方法。一种方法像我们采用的方法，就是把预计变形量和可能超过与预计变形量的部分一并考虑，作为设计净空断面的依据，日本则是仅仅把超过预计变形量的部分，作为设计净空断面的依据。两者是区别在于：日本在各级围岩中修筑隧道，都要把开挖引起的变形控制在预计变形量范围之内，只是在相当与我们Ⅵ级围岩中，才考虑增加10cm的预留变形量。（3）日本越来越重视施工方法对支护结构参数的影响，因此在支护结构参数中，同时给定建议的施工方法。例如日本在新奥法指南中列出围岩级别与开挖方法的标准如表14。表14围岩级别与开挖方法的标准围岩划分隧道开挖方法围岩种类围岩级别一般围岩Ⅴ全断面法Ⅳ全断面法Ⅲ全断面法Ⅱ全断面法或台阶法ⅠN全断面法或台阶法特殊围岩ⅠS短台阶法ⅠL短台阶法（弧形开挖）特S、特L另行研究因此，配合标准设计，施工方法也应逐步标准化，也是当前设计技术的一个趋势。从日本的隧道支护结构参数表中建议的施工方法看，基本上是以全断面法和台阶法为主体，只是在跨度12.5m～14.0m的情况，才建议考虑采用其它方法。也就是说，在相当我们的2车道公路隧道和双线铁路隧道的场合，在各级围岩中，基本上都建议采用全断面法和台阶法。这也说明隧道采用矿山法施工时，由于施工技术的发展，特别是施工机械的进步以及快速施工的要求等，而逐步向大断面开挖的方法迈进。我们的经验也证实了这一点。(4)日本公路隧道洞口段的支护结构参数，基本上是按施工方法和隧道宽度给定的。因为洞口段的地质条件，一般说是比较差的，因此，在决定支护结构参数时，基本上是按DⅡ条件考虑的。5)仰拱日本的隧道标准示范书对仰拱异常重视，从1994年版开始就与二次衬砌并列单独成章（第3篇第5章仰拱）。对仰拱的形状和厚度以及混凝土配比等做出了相应的规定。表2是铁路隧道有关仰拱设置的规定。而我们仅仅在隧道衬砌中列出一条（设计规范7.2.6条）。实际上我们通过客运专线隧道的建设，已经充分认识到仰拱在设计和施工中的作用。表2新干线铁路隧道仰拱设置基准围岩级别ⅤⅣⅢⅡNⅠNⅠSⅠL23 厚度（cm）－－－研究确定45喷射15＋30456）近接施工的设计这是第一次出现的2006年版隧道标准示范书中的。主要是针对城市隧道日益增加的情况提出的。其中包括近接既有结构物的隧道的设计、相互接近的隧道的设计以及受接近施工影响的隧道的设计，虽然规定的比较原则，但给出了设计的基本要求。7）超前支护在【城市矿山法隧道设计标准】中，把超前支护单独列为一章（第3编设计－第4章超前支护），对其功能、设计方法，适用条件以及其主要参数等做出规定。说明在城市地质条件下，为维护掌子面的稳定，超前支护是不可缺少的手段。在设计中作为与初期支护同等重要的方法，体现在支护结构参数表中。下表就是一例。表双线隧道标准支护模式（新干线）（第3章－3.3.2条）支护模式围岩级别喷混凝土钢支撑锚杆短超前支护上下半断面（mm）仰拱（mm）间距（一次掘进长度）（m）上下半断面（mm）仰拱（mm）长度（m）根数长度（m）环向间距（m）ⅠNPⅠN2002001.01251253.0122.00.6ⅠLCPⅠLC2502501.01501253.0123.00.6ⅠLSPⅠLS2502501.01501503.0103.00.6在该设计标准中将超前支护分为3种类型。即：短超前支护（3～5m）、中超前支护（10m以下、长超前支护（10m以上），并给出标准的支护参数。(3)有关施工的内容1）辅助工法日本从新奥法设计施工指南开始就把辅助工法正式列入指南和规范中，隧道标准示范书也同样把辅助工法单独列为一章（第5章辅助工法）。而城市矿山法隧道设计标准，在编制过程中，认为从本质上看，确保掌子面稳定和抑制对周边环境的影响的超前支护、围岩补强、降低地下水位等方法基本的方法，不是处于辅助地位的方法，因此，外力避免误解没有采用辅助工法这一用语。而在设计标准中分别以对策（2.4对策）和超前支护（第4章超前支护）等体现。为了更好的应用，在参考资料中又列出掌子面稳定评价方法、超前支护的机理、试验、工程实绩等具有实用价值的资料。日本在隧道标准示范书中，把辅助工法分为2大类。即确保施工安全的辅助工法和保护周边环境的辅助工法，更进一步细分为掌子面稳定对策、地下水对策、地表面下沉对策以及近接结构物对策等辅助工法。在对策中包括超前支护、掌子面补强、脚部补强、围岩补强等方法（表）。表辅助工法的分类工法目的围岩23 确保施工安全保护周边环境掌子面稳定对策地下水对策地表面下沉对策近接结构物对策硬岩软岩土砂拱顶的稳定掌子面的稳定脚部的稳定超前支护注浆小导管○○○○长钢管○○○○○管棚○○○○○水平旋喷○○○○○○预衬砌○○○○○掌子面补强掌子面喷混凝土○○○○掌子面锚杆○○○○长掌子面锚杆○○○○○脚部补强脚部补强锚杆○○○○脚部补强钢管○○○○临时仰拱○○○地下水位对策排水排水钻孔○○○○○○○○浅井点○○○○○深井点○○○○○排水坑道○○○○○○○止水注浆○○○○○○○○○○隔离壁○○○○○围岩补强注浆○○○○○地表垂直锚杆○○○○○：比较经常采用的方法2）观察与量测日本2006年版隧道标准示范书中，把观察和量测作为施工管理（第7篇）的重要组成部分列入在该篇中。日本道路协会最近修订出版了【公路隧道观察和量测指南】（2007年）。与我们最大的不同在观察、量测项目的定位和选定上。例如【示范书】把观察和量测基本上分为两大类。即：·有关围岩稳定性、动态的观察和量测；·有关支护稳定性、动态的观察和量测。其观察、量测的项目及选定标准分别列于表1和表2.解说表7.5以围岩和支护为对象的主要观察、量测项目例分类观察、量测项目位置对象的事像结果的利用量测类型有关围岩和支护稳定性的观察、量观察调查洞内·开挖面的围岩及已施工区间的支护、衬砌、涌水状况·开挖面稳定性的判断·围岩级别的再评价·位移状况和位移动态相关性的研究·今后围岩、地下水状况的推定A23 测·使用时的维修管理洞外·地表面状态·开挖影响范围的研究·周边围岩稳定性的研究AB有关围岩物性的调查、试验围岩试件试验及原位置调查、试验洞内·围岩试件试验：作为构成围岩材料的物理力学性质·围岩级别的再评价·变形特性、强度特性的研究·掌子面前方的地质预测·变形特性、强度特性的研究B洞内·原位置调查、试验：作为围岩的物性、工程性质·围岩条件的详细确认·围岩级别的再评价·掌子面前方的地质预测·变形特性、强度特性的研究B有关围岩和支护动态的量测净空位移测定洞内·璧面间距离变化·各测定的位移·周边围岩稳定性的研究·支护构件效果的研究·衬砌浇筑时期的研究A拱顶下沉测定洞内·拱顶、侧壁的下沉·拱顶周边围岩稳定性的研究A脚部下沉测定洞内·支护脚部的下沉·脚部承载力的研究A底鼓测定洞内·底鼓状况·仰拱部围岩稳定性的研究B地中位移测定洞内·周边围岩的径向位移·松弛区域的掌握·锚杆长度的研究B洞外·周边围岩的地中下沉·周边围岩的地中水平位移·开挖前围岩动态的研究·围岩的三维动态的掌握·掌子面前方及周边围岩稳定性的研究B地表面下沉测定洞内·下沉·滑坡·开挖影响范围的研究·掌子面前方围岩稳定性的研究·滑坡状况的监视AB有关支护功能的量测锚杆轴力测定洞内·锚杆发生的轴力·锚杆长度、根数、位置、锚固方法等的研究B喷混凝土应力测定洞内·喷混凝土的应力·作用荷载·喷混凝土厚度、强度的研究·喷混凝土与钢支撑荷载分担的研究B钢支撑应力测定洞内·钢支撑的应力、内力·钢支撑的规格、间距的研究·喷混凝土与钢支撑荷载分担的研究B衬砌应力测定洞内·衬砌混凝土的应力·钢筋应力·衬砌稳定性的研究·衬砌浇筑时期、设计的研究·衬砌动态的监视与管理B衬砌位移测定洞内·璧面间距离变化·个测定的位移·衬砌稳定性的研究B23 其它周边结构物位移测定洞外·结构物下沉·结构物倾斜·爆破时的振动·对结构物的影响B地下水位测定洞内洞外·地下水位·孔隙水压·地下水对策的研究·复水状况的评价·作用在衬砌上外水压的评价B视各种围岩条件选定的主要观察、量测项目列于表7.6。解说表7.6各种围岩条件的观察、量测项目的选定围岩条件及划分着重点观察、量测项目观察调查净空位移测定拱顶下沉测定脚部下沉测定底鼓测定围岩试件试验原位置调查试验地表面位移测定地中位移测定锚固轴力测定喷混凝土应力测定钢支撑应力测定衬砌应力测定硬岩裂隙少岩块掉落〇〇〇裂隙多，但没有夹粘土岩块掉落松弛土压〇〇〇裂隙多、破碎岩块掉落松弛土压、真土压掌子面稳定性〇〇〇〇〇软岩围岩强度应力比大岩块掉落〇〇〇围岩强度应力比小松弛土压真土压〇〇〇〇〇〇〇围岩强度应力比显著小松弛土压真土压掌子面稳定性〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇土砂围岩松弛土压掌子面稳定性〇〇〇〇〇〇〇膨胀性围岩松弛土压真土压〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇〇注：·埋深小（大概在隧道开挖宽度的2倍以下）的隧道，需要追加地表面下沉的量测；·近接结构物的隧道，需要追加结构物下沉测定，地下水位测定等其次是观察、量测结果的利用上。在【示范书】中给出了利用的要求和评价。如围岩性质的评价、围岩动态的评价、支护健全度的评价以及衬砌浇筑时期的评价等。如23 衬砌浇筑时期的评价：衬砌原则上在确认围岩位移收敛后浇筑。位移的收敛在1～3mm/月（0.2～1mm/周）的值，但至少继续2周以上，作为大致标准。围岩动态的评价列于表2。表2公路隧道位移评价的参考例（隧道开挖宽度约10m）基准内容位移量测的实绩·量测断面的最终水平净空位移的中央值（从小的方向50％的累积值）约10mm。硬岩的中央值约5mm，软岩约30mm·大的位移速度（例如20mm/日），可能是急剧崩塌的预兆支护变异实态·最终水平净空位移值在0～20mm，喷混凝土的变异发生率微小，在20～120mm时，喷混凝土变异发生率为10～20％，120mm以上，发生率达30％以上计算·一般计算用的喷混凝土的抗压强度在应变为1％左右时，应力约18MPa，即：接近设计强度围岩应变·根据位移量测结果的反分析，求出围岩的物性常数，进行正分析求出围岩的应变，与破坏应变比较。适用于具有弹性动态的硬岩最后是观察、量测结果的整理。【示范书】要求隧道竣工后需要把观察、量测的数据整理好并记录到施工实绩表中，如图1所示。23 3）23 附件一1、铁路隧道设计阶段的围岩分级表岩种类硬岩中硬岩软岩土砂围岩级别A岩类B岩类C岩类D岩类E岩类F、G岩类粘性土砂质土ⅤNV≥5.2V≥5.0V≥4.2ⅣN5.2>V≥4.65.0>V≥4.44.2>V≥3.4ⅢN4.6>V≥3.8V≥4.44.4>V≥3.03.4>V≥2.6而且G≥52.6>V≥1.5而且G>6ⅡN3.8>V≥3.24.4V≥3.83.6V≥3.02.6>V≥2.0而且5>G≥42.6>V≥1.5而且6>G≥4ⅠN3.2>V≥2.53.8>V≥2.93.0>V≥2.52.6>V≥2.0而且4>G≥2或2.O>V≥1.5而且G≥22.6>V≥1.5而且4>G≥2G≥2D≥80而且F≥10ⅠS2.5>V2.9>V2.5>V1.5>V或2>G≥1.51.5>V或2>G≥l.52>G≥1.5ⅠLD≥80而且10>F特S1.5>G1.5>G1.5>G特L80>D表3-8计划阶段的围岩分级基准注：V：围岩弹性波速度（km/s）；G：围岩强度应力比；D：相对密度（％）；F：细颗粒含有率（％）。（2）施工阶段的围岩分级最大位移值ABI其他洞内的围岩状态23 围岩级别（mm）ⅤN单线：25＞δ双线、新干线：50＞δ111·几乎无裂隙，有也是闭合的，不会有掉块ⅣN111F＝2·有裂隙，开口的夹有粘土，可能局部掉块，有渗水和涌水时可能局部掉块ⅢN2ⅡN121·裂隙发育，不密着，随时间而松弛，掉块。掌子面稳定·岩质软时，裂隙少而且密闭，随时间而松弛，掌子面稳定ⅠN12、32、3·裂隙较密集，开挖后要及时支护·软质岩，随时间而松弛，壁面少许挤出·掌子面面积大时，稳定性稍须恶化1、22、32、3·岩片坚硬，但破碎呈细片状，与粘土、岩块等混杂的围岩，或者风化，脆弱的围岩，开挖后需立即支护，掌子面有松弛趋势，要留核心土·均质，但软弱，周边有挤入趋势，掌子面松弛，需留核心土单线：75＞δ≧25双线、新干线：150＞δ≧501、2、32、32、3ⅠL1、21、23、4·虽有少许涌水，如留核心土，掌子面是稳定的，开挖前先行支护，开挖后如立即支护，可使围岩稳定ⅠS单线：150＞δ≧75双线、新干线：300＞δ≧15032、33、4·一开始看不到张开的裂隙，但随时间会分离面显著，产生大量挤入、剥离。掌子面的挤出、剥离也同样显著特L特S单线：δ≧150双线、新干线：δ≧300444·伴随涌水，围岩流动、挤出，完全不能期待掌子面的自稳性注：表中A、B、I、F表示岩类，1、2、3、4表示围岩状态（另有表与之对应）。（3）公路隧道围岩分级围岩级别岩石组代表性岩石弹性波速度（km/s）1.02.03.04.05.0BH块状花岗岩、花岗闪绿岩、石英斑岩、角页岩中古生层砂岩、燧石M块状L块状安山岩、玄武岩、流纹岩、试验安山岩第三纪砂岩、砾岩蛇纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩M层状粘板岩、中古生层页岩L层状黑色片岩、绿色片岩第三纪泥岩CⅠH块状花岗岩、花岗闪绿岩、石英斑岩、角页岩中古生层砂岩、燧石M块状L块状安山岩、玄武岩、流纹岩、试验安山岩第三纪砂岩、砾岩蛇纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩M层状粘板岩、中古生层页岩23 L层状黑色片岩、绿色片岩第三纪泥岩CⅡH块状花岗岩、花岗闪绿岩、石英斑岩、角页岩中古生层砂岩、燧石M块状L块状安山岩、玄武岩、流纹岩、试验安山岩第三纪砂岩、砾岩蛇纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩M层状粘板岩、中古生层页岩L层状黑色片岩、绿色片岩第三纪泥岩DⅠH块状花岗岩、花岗闪绿岩、石英斑岩、角页岩中古生层砂岩、燧石M块状L块状安山岩、玄武岩、流纹岩、试验安山岩第三纪砂岩、砾岩蛇纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩M层状粘板岩、中古生层页岩L黑色片岩、绿色片岩第三纪泥岩DⅡH块状花岗岩、花岗闪绿岩、石英斑岩、角页岩中古生层砂岩、燧石M块状L块状安山岩、玄武岩、流纹岩、试验安山岩第三纪砂岩、砾岩蛇纹岩、凝灰岩、凝灰角砾岩M层状粘板岩、中古生层页岩L层状黑色片岩、绿色片岩第三纪泥岩岩质、水的影响不连续面间距不连续面状态岩心状态、RQD·新鲜、坚硬或多少有风化变质的趋势·没有水的劣化·节理间距平均在50cm左右·层理、片理有影响，但对隧道开挖影响小·不连续面光滑和几乎没有夹粘土·不连续面密着·岩心形状为岩片状～短柱状～棒状·岩心长度大概在10～20cm，但也有5cm的·RQD在70以上·比较新鲜、坚硬或多少有些风化变质的趋势·固结度比较软的软岩·对水的劣化小·节理间距平均为30cm左右·层理、片理显著、对隧道开挖有影响·不连续面光滑和极少部分夹有薄层粘土·不连续面部分开口，但开口宽度小·岩心长度大概在5～20cm以下·RQD为40～7023 ·比较新鲜、坚硬或多少有风化变质的趋势·因风化变质作用岩质多少有些软化·固结度比较好的软岩·水会造成局部劣化和松弛节理间距平均在20cm左右·层理、片理显著，对隧道开挖有影响·不连续面光滑部分夹有薄层粘土·不连续面开口、开口宽度比较大·夹有宽度小的断层·岩心长度多在10cm以下，5cm以下的细片很多·RQD为10～40·岩质有一些硬质的，但整体上受到强风化变质的作用·节理、片理非常发育·不连续面间距平均在10cm以下，多数开口；·不连续面开口宽度大，光滑和夹有粘土；·夹有小规模的断层；·混有大量孤石的土砂、岩堆；·水的劣化、松弛显著·岩心成细片状，有时成混有角砾的砂状或粘土状·RQD在10以下围岩应力强度比隧道开挖状况和位移大致标准·岩石强度比因开挖引起的荷载大得多·不连续面状态良好，隧道开挖几乎不产生松弛。从开挖壁面有局部掉块的现象，但开挖后的净空位移在15mm以下，属于微小的弹性变形掌子面能够自稳4以下岩石强度，比开挖引起的荷载大不连续面状态比较良好，隧道开挖引起的松弛是局部的。沿不连续面比较易于滑动，有时引起局部掉块，但开挖后的净空位移走15～20mm以下是比较小的弹性变形4以下岩石强度比开挖引起的荷载大不多，但在弹性变形范围内。即使岩石强度大，但不连续面状态差，开挖后易于沿不连续面滑动，使岩块下落，松弛增大。开挖引起的净空位移，在岩石强度比作用荷载小的场合，处于弹塑性边界，月30mm左右，但距掌子面2D处收敛。掌子面可以自稳。4～2岩石强度比开挖引起的荷载大，属于弹性变形的同时也产生一部分塑性变形。岩石强度在弹性变形时，但不连续面状态非常差的场合，易于沿不连续面滑动，使松弛扩大。开挖引起的净空位移，在岩石强度比作用荷载小，没有仰拱早期闭合的情况下，大致在30～60mm，多在距掌子面2D处收敛掌子面自稳性差，根据围岩条件要采用环形开挖和正面喷混凝土。2～1岩石强度比隧道开挖引起的荷载小，会产生很大的塑性变形。岩石强度小，不连续面状态又非常差的场合，沿不连续面易于产生滑动，使松弛扩大，位移也大。开挖引起的净空位移走没有仰拱早期闭合的情况下约在60～200mm左右，距掌子面2D范围内不会收敛预计变形大的场合要设置变形富余量。掌子面自稳性差，根据围岩条件要采用环形开挖和正面喷混凝土23 23'