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1、城市矿山法铁路隧道的设计标准日本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修筑的铁路隧道”，于2002年3月公开发行。作为第1个指导用矿山法修整城市铁路隧道的指导性标准。现简要说明该标准的大致内容。1编制原则在城市隧道的建设中，一般都采用明挖法和盾构法，但由于技术的进步，采用矿山法的事例越来越多。特别是在断面变化的区间以及施工距离短的场合，从经济上的理由也有采用矿山法的趋势。而城市的地质条件通常都是掌子面自稳性差的，固结度低的围岩。同时要求极力控制地表面下沉和地下水位降低等对周边的影响这样严酷的制约条件之下。因此，根据以下原则编制了此标准。最大限度地利用围岩的支护能力是最基本的原则
2、，其中积极地控制围岩的松弛和地表下沉的影响是最重要的。以城市的围岩为对象，采用新的围岩分级标准。在隧道施工过程中采用超前支护、一次支护来确保周边围岩的稳定。二次衬砌应考虑地下水复水后的水压、地震力和近接施工的影响。二次衬砌采用极限状态设计方法。根据施工实绩编制了一次支护和二次衬砌的标准设计。是能可适应多种条件的设计。为确保掌子面的稳定和控制对周边的影响，采用超前支护、降低地下水位及地层改良等作为隧道施工的基本措施，不是辅助性的的措施。2围岩分级围岩分级，虽然基本上仍然采用原来的分级，但比过去深化了。重新设定了分级指标（表1、2）。表1 粘性土的围岩分级围岩分级围岩强度比（Cf）浸水崩解度粘性土
3、IN 掌子面基本稳定的围岩Cf2.0ILc 掌子面不稳定，有很小的变化就有正面挤出可能性的围岩1.5Cf2.00.5Cf1.5AC特LC掌子面稳定性特别低，对开挖有重大影响的围岩DCf0.5注：1）围岩分级符号：一般围岩（N）未固结围岩（LC ）2）210-6m以下的颗粒含有率大于30%，液限WL大于100%的场合，降1级。3）围岩状态表示粘性土围岩掌子面的自稳性。4)Cf=c/H（c：围岩单轴抗压强度）。一般说，黏性土围岩存在发生因塑性地压而产生的变形问题。在城市中这类地层以薄层、厚层以及互层等形态出现，比较均质。与流动化比较显著的砂质土比较是相对稳定的地层，其强度较低。其评价指标主要采用围
4、岩强度比。表2 砂质土的围岩分级围岩分级相对密度（Dr）细颗粒含有率（Fc）砂质土IN掌子面基本稳定的围岩Dr80%Fc10%ILs掌子面不稳定，有很小的变化就有流出可能性的围岩Fc10%特LS掌子面稳定性特别低，预计对开挖有重大影响的围岩Dr80%注：1）围岩分级符号：一般围岩（N）未固结围岩（LS ）2）围岩状态表示砂质土围岩掌子面的自稳性。3）细颗粒含有率：土中含有小于75m的颗粒比率。4）本分级适合开挖时掌子面前方压力水头距掌子面中心小于+10m的条件。在+10m以上的场合，要研究降低水位等方法。砂质土围岩具有粒状土的特性，抗剪强度低，地层承载力也低，遇水会流失，很难保证掌子面的稳定性
5、。其评价指标主要采用细颗粒含有率和均质系数。这样分级的主要原因是因掌子面发生塑性化和流动化种不同的现象而进行的。3设计原则本标准分为基本设计和详细设计2种。基本设计以大致掌握安全性、施工性、对周边的影响等为主要目的。基本设计的项目以表3中的为主要对象。详细设计是根据施工的实际情况，修正基本设计决定的项目和对表3中的以下的项目进行设计。表3 基本设计、详细设计的设计项目设计项目基本设计详细设计断面形状开挖方法对策超前支护一次支护二次衬砌及仰拱防排水洞口部量测 ：详细研究 ：以需要的精度研究：有必要时修正 ：有必要时研究设计方法根据围岩级别、设计对象采用以下方法进行设计。类比设计标准设计解析设计。
6、图1是选择设计方法的流程图。图1 设计方法的选择流程图4基本设计基本设计包括断面形状、开挖方法和对策部分内容。与过去不同的是把对策列入基本设计的内容。也就是说，把掌子面稳定、地下水、地表下沉、近接施工等项目列入基本设计之中。在砂质土和黏性土中确定的断面形状，示于图和3。断面形状的按抗水压进行设计的。图砂质地层的双线断面形状例图黏性土地层双线断面形状例开挖方法可根据地层条件采用图等方法。各种方法的基本情况列于表。表城市条件下的主要开挖方法工法内容全断面法台阶法长台阶法短台阶法超短台阶法中壁法CD法CRD法导坑超前法图短台阶法例图中壁法（CD）例图中壁法（CRD）例图上半断面中壁法例图超前导坑法（
7、眼镜法）例对策中有掌子面稳定对策、地下水对策和地表下沉、近接施工的影响等对策。掌子面稳定对策中，首先要决定在开挖后支护前这一段时间内，掌子面是否稳定？。因此，应对掌子面稳定性进行评价。一般说，掌子面稳定性决定于围岩的力学性质及物理性质、埋深、涌水状况等。掌子面稳定性的判定方法有根据物性判定的方法和力学上的判定方法。前者是从崩塌数据的统计中求出的，一般用于砂质土围岩的判定。当细颗粒含有率小于，相对密度小于或均质系数在以下，掌子面附近动水坡度大的场合，掌子面是很难稳定的。黏性土可采用力学方法进行判定。掌子面对策通常采用超前小导管、缩短一次开挖进尺、弧形开挖、临时闭合、正面支护等能够在开挖循环中采用
8、的对策和不能在开挖循环中采用的对策，如超前支护、压浆、垂直锚杆等。前者主要用于掌子面的稳定，后者则主要用于拱顶的稳定。表列出掌子面稳定的主要对策的概况。表掌子面稳定的主要对策在地表下沉和近接施工影响对策中。首先要了解影响因素，主要有因开挖引起的下沉和因地下水位降低引起的下沉。前者是因开挖使围岩内应力释放，隧道周边围岩松弛或变形，此变形向近接结构物附近的围岩传递，而影响结构物的功能。或者是因地下水位降低使籀补围岩和近接结构物的围岩的孔隙水压降低，黏性土层和腐值土层的有效应力增加，引起压密下沉及近接结构物的位移。图表示城市条件下矿山法施工的地表下沉和埋深的关系。根据地表下沉的调查，如埋深在1D（约
9、10m）以上，采用适当对策可以控制地表下沉在50mm以下，如增强对策可以控制在20mm以下。图地表下沉与埋深的关系超过容许值时，应采取对策，其中包括：新设隧道的对策、近接结构物的对策和中间围岩的对策等。指南中明确提出预测地表下沉和近接结构物影响的方法。） 开挖中地表下沉的预测表表示预测方法的分类。表隧道开挖时预测围岩位移的方法的分类预测方法的分类例备注类似事例的预测类似的围岩条件、埋深、工法的事例、统计数据的预测P公式等下沉影响范围、下沉分布、下沉坡度等的预测模型试验及统计数据的预测岛田公式等解析方法预测数值解析线弹性非线弹性弹塑性可以考虑复杂地层和隧道形状、施工步骤弹性理论解析L方法均质地层
10、，圆形断面最近多采用数值解析的有限元法。图表示下沉值的预测值与实测值的关系。图下沉值的预测值与实测值的关系） 近接结构物影响的预测预测方法有围岩与近接结构物为一体的解析方法和不考虑近接结构物求出围岩位移或围岩应力，而后把位移或应力作为荷载、位移作用在结构物上的解析方法（图）。图近接结构物的位移和应力的预测方法另外一个重要稳态是设定容许值及管理值。表和表是容许值和管理值的大致标准。表建筑物的容许值、管理值设定例压密黏性土层上的建筑物限界值结构类型基础形式变形角（）相对下沉值（）总下沉值（）下限上限混凝土块布（）（）钢筋混凝土框架）独立（）（）布、垡钢筋混凝土壁体）布即时下沉的建筑物的限界值围岩结
11、构类型基础形式变形角（）相对下沉值（）下限上限下限上限风化花岗岩钢筋混凝土（框架）独立钢筋混凝土（壁体）布洪积粘土钢筋混凝土（框架）独立表轨道面的容许值、管理值的设定例位移方向列车速度（）错动值（）折角（）平行移动折曲垂直水平表中的错动、平行移动、折角见下图。图表的注解5标准设计在设计方法中，推荐了类似设计、标准设计及解析设计种方法。下面仅将标准设计的情况加以介绍。） 标准设计的适用条件一般说标准设计使用于围岩等级为I、I的围岩。即能够满足表一般设计条件的情况。表一般的设计条件设计对象项目条件共同的断面形状标准的单线、双线、新干线断面地形没有产生偏压的地形埋深D以上（D:隧道直径）初期支护对策不需要特殊的对策不需要超前支护对周边的影响对周边围岩的位移限制不严格二次衬砌及仰拱防水、排水构造防水型隧道水压完成水位恢复后的水位距拱顶高度小于其他荷载不考虑自重以外的荷载（不考虑土压、地震的影响） 初期支护初期支护的模式与围岩的关系大致列于表。表围岩与初期支护围岩初期支护的目的主要的初期支护辅助的初期支护固结度低点软岩支持部分初期土压内压效果喷混凝土钢支撑锚杆短超前支护金属网土砂围岩支持松弛土压内压效果控制下沉喷混凝土钢支撑锚杆短超前支护金属网根据围岩分级和对既有资料的分
