接近既有隧道施工对策指南

接近既有隧道施工对策指南 日本铁道综合技术研究所 1996·9版本 目录 1·总则 1－1目的 1－2适用范围 1－3用语 2·接近施工 2－1接近施工分类 2－2接近施工对策的步骤 2－3接近度分级 3·施工前调查 3－1既有隧道结构调查 3－2地层调查 3－3接近施工因素调查 4·影响预测 4－1经验预测方法 4－2解析预测方法 4－3容许值 5·对策 5－1既有隧道的对策 5－2接近施工侧的对策 5－3中间地层的对策 6·安全监视 6－1观察·量测计划 6－2爆破振动管理 7·施工 7－1施工记录的编制 1·总则 1－1 目的 本指南提出了接近既有铁路隧道进行施工作业时，为确保列车安全运行，而进行合理的施工前调查、影响预测、对策、安全监视所必需考虑的基本事项 〖解释〗 近年，由于土地价格上扬、城市土地用地不足等，城市急剧向郊区扩大、土地高度利用化，而接近既有结构物进行接近施工的工程，大量涌现。近期的接近工程与过去的比较，不仅工程规模大，而且，与既有结构物的间隔距离小，因此要求对既有结构物的影响进行预测，同时提出相应的对策。 本指南，基于这种情况，在进行接近以矿山法修建的铁路隧道的接近工程的规划·施工时，为确保列车的安全运行，提出施工前调查、影响预测、对策、安全监视等基本事项。 确保列车安全运行，主要根据以下3个项目判断。 ○隧道结构是稳定的（结构物稳定） ○不产生超过基准的轨道变异（轨道管理） ○确保建筑限界（建筑限界管理） 严密地进行隧道结构物的稳定性评价，在技术上是很困难的。目前可以根据〖隧道维修养护指南〗的健全度分级基准进行。 1－2 适用范围 本指南适用于接近矿山法修建的铁路隧道的工程的规划·施工的场合。 〖解释〗 本指南是以营运中的铁路隧道为对象的。但对其他工程，可以作为参考使用。 1－3 用语 本指南的用语，定义如下。 接近施工－－接近的既有结构物可能产生不良影响的工程 无条件范围－－由于新建结构物的施工，对既有结构物的变形和位移等，没有影响的范围 要注意范围－－由于新建结构物的施工，对既有结构物的变形和位移有可能产生影响的范围 限制范围－－由于新建结构物的施工，对既有结构物的变形和位移有影响，或采取对策或变更计划的范围。 〖解释〗 本指南根据接近工程位于那一个“范围”来决定施工前调查、影响预测、对策、安全监视、施工记录等的方法和内容，详细地说明参考下章。这里仅就基本观点加以说明（表1·2）。 表1·2 接近程度的范围和对策 范围 对策 无条件范围 现状调查 既有隧道结构调查 目视检查，确认状况 地层调查（地形·地质） 资料确认 接近施工概况 、施工、位置关系确认 影响预测 经验方法 不需要 解析方法 不需要 对策 既有隧道对策 不需要 新建工程侧对策 不需要 地层地层 不需要 安全监视 结构物稳定 必要时实施 轨道管理 不需要 建筑限界 不需要 施工记录 接近工程的概况 希望加以保存 安全监视结果记录 不需要 要注意范围 现状调查 既有隧道结构调查 结构调查 地层调查 资料确认 接近施工概况 不需要 影响预测 经验方法 不需要 解析方法 不需要 对策 既有隧道对策 不需要 新建工程侧的对策 考虑使以下最小 地层对策 不需要 安全监视 结构物稳定 必要 轨道管理 必要 建筑限界 必要 施工记录 接近工程概况 必要 安全监视结果记录 必要 限制范围 现状调查 既有隧道结构调查 详细调查 对策调查 必要 接近施工概况 设计、施工、位置关系确认 影响预测 经验方法 调查类似工程例 解析方法 必要 对策 既有隧道对策 为确保安全采取必要 新建工程侧对策 对策，也可以考虑改 地层对策 变新建计划 安全监视 结构物管理 必要 轨道管理 必要 建筑限界 必要 施工记录 接近工程概况 必要 安全监视结果记录 必要 2·接近施工计划 2－1 接近施工的分类 本指南接近既有隧道的接近工程的分类如下。 1·隧道并列 2·隧道交叉 3·隧道上部没明挖 4·隧道上部填土 5·隧道上部结构物基础 6·隧道侧面开挖 7·隧道接近锚索 8·隧道上部积水 9·地层振动 〖解释〗接近施工是以既有结构物的铁路隧道与新建工程的位置关系来分类的。如表2·1和图2·1所示。 表2·1接近施工的分类 1 隧道并列 与隧道平行新建隧道。增加复线时多出现此情况 a 2 隧道交叉 从既有隧道上部或下部横断既有隧道的情况 b 3 隧道上部明挖 因开发而在隧道上部进行明挖的情况 c 4 隧道上部填土 因开发而在隧道上部进行填土的情况 d 5 隧道上部结构物基础 在隧道上部新建高层建筑，其基础设在隧道上部的情况 e 6 隧道侧面开挖 因道路扩宽和开发等而进行开挖或修建结构物基础的情况 f 7 隧道接近锚索 从隧道侧面边坡施设锚索的情况 g 8 隧道上部积水 隧道上部新建水池或坝等而积水的情况 h 9 地层振动 因接近施工产生的地层振动（特别是爆破振动） i NO 分类 特征 图号 图2·1接近施工的分类 既有隧道，一般因填土和结构物基础的施工，而使荷载增加的情况，多产生使隧道沿该方向的挤压变形，反之，明挖或侧面开挖，使荷载解除的情况时，多发生向开挖方向的拉伸变形。现简要说明各种接近施工的基本特征（表2·2）。 表2·2因接近施工，既有隧道的变形动态 接近施工的种类 预计的既有隧道的动态 隧道并列 既有隧道向接近的新建隧道方向发生拉伸变形 因并列隧道的施工，既有隧道周边围岩松弛，而使作用在衬砌上的荷载增加 隧道交叉 新建隧道在既有隧道上部通过时，既有隧道向上方变形，围岩的拱作用受到损伤，而使衬砌上的荷载增加 新建隧道在既有隧道下部通过时，既有隧道会发生下沉 隧道上部明挖 因隧道上部开挖，土压被解除，对垂直荷载来说，侧压变大，拱顶会向上变形 埋深小时会损伤拱作用，使衬砌的垂直荷载增加 开挖如对隧道来说是非对称的情况时，衬砌会受到偏压作用 隧道上部填土 因隧道上部填土，作用在衬砌上的垂直荷载增加 埋深大时，增加荷载被分散，影响变小 填土不均匀时，衬砌会受到偏压作用 隧道上部结构物基础 基础开挖时，与隧道上部开挖一样，但程度有所不同 上部结构物施工时，与上部填土一样，上部荷载增加 隧道侧面开挖 隧道向开挖方向发生拉伸变形 隧道接近锚索 因接近隧道钻孔，使隧道周边围岩松弛 导入锚索预应力时，会产生位移 隧道上部积水 动水坡度上升，产生水压作用或漏水量增加 地层振动 接近工程施工使用大量炸药时，衬砌受到动荷载的作用，衬砌发生开裂，并可能发生剥离脱落 2－2接近施工对策的步骤 计划接近施工时，要根据接近度的划分，从1）现状调查、2）影响预测、3）对策、4）安全监视几个方面进行充分研究，采取合适的措施。 〖解释〗 计划接近既有隧道的接近工程时，要根据2－3的接近度的划分，按图2·2的步骤，进行研究。 START 接近度的划分 无条件范围 要注意范围 限制范围 1·现状调查 既有隧道结构调查 地层调查 接近施工概况 2·影响预测 基于类似条件的实绩的预测 基于数值解析的影响预测 与容许值的比较 OK NO 3·对策 既有隧道的对策 新建工程侧的对策 地层对策 4·安全监视 确保隧道结构物的稳定 确保轨道的基准 确保建筑限界 安全否？ 安全 END 危险 图2·2接近施工对策的步骤 2－3 接近度的分类 接近的程度，应根据接近工程的种类和规模，地层条件等决定属于下列的那一个范围进行分类，视分类划分，分别实施相对应的施工前调查、影响预测、对策、安全监视等。 1·无条件范围 2·要注意范围 3·限制范围 〖解释〗 接近工程的对策，要开裂许多条件作出判断，这些条件是： 接近施工的种类 接近工程的规模 接近施工的设计、 与既有隧道的位置关系 （原）地形、地质条件 现衬砌的力学健全度 对策的可能性 其他。 在这些条件中，根据接近工程的种类，主要是根据既有隧道与新建结构物的间隔，其接近度的划分分别列于表2·3～表2·11。这里所谓所”间隔“，是指既有隧道衬砌外面到接近工程的最小距离。接近度判断时采用的D（隧道外径）值，指既有隧道衬砌的外面的垂直高度，水平宽度中的最大值。在隧道并列、隧道交叉的场合，采用新建隧道的外径D，。 1·隧道并列 因新建复线或新建公路隧道等，隧道需并列时，既有隧道会向新建隧道方向发生拉伸位移、变形。接近度显著时，因新建隧道的施工，会使既有隧道周边的围岩松弛，使既有隧道衬砌上的荷载增大。 并列隧道对既有隧道的影响，决定于：2隧道的间隔、2隧道的相对高度的位置关系、新建隧道的大小、新建隧道的施工方法（特别是开挖方式）、地形和地质条件（地层的软硬、埋深等）、既有隧道衬砌的结构和健全度等。 表2·3 接近度的划分（隧道并列） 两座隧道的位置关系 隧道间隔 接近度的划分 新建隧道比既有隧道高的位置 (1D 1～2·5D (2·5D 限制范围 要注意范围 无条件范围 新建隧道比既有隧道低的位置 (1·5D 1·5～2·5D (2·5D 限制范围 要注意范围 无条件范围 注：D：新建隧道的外径 本表适用于新建隧道并列在既有隧道的左右的情况。即从既有隧道断面中央向上下方向引45( 的线的范围内并列的情况。在此线的上方或下方新建隧道时，应按隧道交叉的情况处理。隧道位置关系。隧道间隔小于0·5D时，预计对隧道结构有重大影响，应慎重处理。 新建隧道采用爆破法施工时，应另外研究爆破振动的影响。 表2·3的地质条件是以洪积的粉砂岩等为基础的，在地质情况好或不良时，应加以修正。 稳定的硬岩、软岩 －20％ 洪积砂层、黏性土层等 ＋20％ 不稳定的围岩（膨胀性围岩、等） ＋40％ 表2·3的既有隧道衬砌是指比较健全的（B、S、C），如有变异发生(AA、A2、A1）应加以修正 ＋20％ 如上述的条件都存在，修正值应相加。例如，新建隧道在既有隧道的侧上方，围岩有膨胀性，既有隧道衬砌的健全度为AA的无条件范围是： 2·5D×(1＋（0·4＋0·2）(＝4·0D，即应修正为4·0D以上。 图2·3接近度的划分（隧道并列） 2·隧道交叉 新建隧道在既有隧道上方交叉时，既有隧道会向上拉伸变形和位移。在非常接近时，会损伤既有隧道的拱作用，而使既有隧道的衬砌荷载增大。此外，也可能受到新建隧道内活荷载的影响。 反之，新建隧道在既有隧道的侧下方时，既有隧道会发生下沉。非常接近时，既有隧道会产生不均匀下沉，有可能发生超过高度管理基准的轨道变异。 隧道交叉对既有隧道的影响决定于以下条件：2隧道的间隔、2隧道的相对位置关系、新建隧道的大小、新建隧道的施工方法、地形和地质条件、既有隧道衬砌结构和健全度等。 表2·4 接近度的划分（隧道交叉〕 两座隧道的位置关系 隧道间隔 接近度的划分 新建隧道在既有隧道的上方 1·5D， 1·5～3·0D 3·0D 限制范围 要注意范围 无条件范围 新建隧道在既有隧道的下方 2·0D 2·0～3·5D 3·5D 限制范围 要注意范围 无条件范围 利用表2·4时应注意表2·3的修正说明。 图2·4接近度的划分（隧道交叉） 3·隧道上部明挖 因新建道路、宅地开发等而在隧道上部进行明挖时，隧道由于明挖而减轻荷载，发生向上方的拉伸变形、位移。残留的埋深变小，和损伤； 隧道周边的拱作用，而使隧道衬砌上的荷载增大。 上部明挖对既有隧道的以下主要决定于以下条件：原埋深和残留埋深的比、残留埋深的大小、明挖平面的宽度、明挖前后的地形、明挖的施工方法（是否使用炸药、平面的施工顺序、一次明挖的厚度）、地质条件、既有隧道的结构和健全度等。 因各种条件的影响是不同的，故很难预测，但除了在很窄范围（隧道外径以内）和很宽范围（比距隧道中心45联线以外的范围）进行的明挖外，在通常的范围内进行明挖时，接近度的划分见表2·5。 图2·5接近度的划分（隧道上部明挖） 表2·5接近度的划分（隧道上部明挖） 残留埋深比h/H 接近度的划分 (0·25 0·25～0·5 (0·5 限制范围 要注意范围 无条件范围 本表使用于在隧道外周45联线范围以内进行明挖的情况。在以外范围进行明挖时，可参考隧道侧面开挖的判定表（表2·8）进行评价。本表预计开挖前后的地形时平坦的，如地形时偏压地形或开挖后会形成偏压的情况，应采用解析方法进行判断。 残留埋深比是指明挖后残留的埋深h与原埋深H之比(h/H)。原则上， 隧道的保护层以残留5m厚度为宜。 如图所示，如隧道斜上方的开挖量大时，也应考虑隧道侧面的残留埋深比。 图 表2·5的值在下列条件时应加以修正。 开挖范围显著小，或显著大时，应加以修正。 开挖范围显著小时（小于隧道外径） －20％ 开挖范围显著大时（比隧道外周下面45联线范围大） ＋20％ 隧道地质条件的修正： 硬岩 －20％ 砂层、黏性土层、强风化层等 ＋20％ 当隧道健全度不属于B、S、C，而为AA、A2、A1时应修正 ＋20％ 上述条件同时存在时，修正值应合计。如开挖范围极宽、风化显著的凝灰岩、既有隧道的健全度为AA时的无条件范围的残留埋深比为： 0·5×(1＋（0·2＋0·2＋0·2）(＝0·8 即h＝0·8H以上。 4·隧道上部填土 浅埋隧道的上部填土时，隧道衬砌上的上覆荷载增大，衬砌发生挤压变形、位移。在偏压地形条件下的上部填土，或对隧道进行偏压填土，隧道衬砌将受到非对称 的荷载。 上部填土对既有隧道的影响决定于影响条件：原地形和埋深、填土后的地形和埋深、填土高度、填土的施工方法（一次填土厚度、平面施工顺序、碾压方法）、地质条件、既有隧道的结构和健全度等。 表2·6 接近度的划分（隧道上部填土） 原埋深H 填土高度比(H/H 接近度的划分 (1D (0·5 (0·5 限制范围 要注意范围（填土荷载小于1时，为无条件范围） 1D～3D (1·0 0·5～1·0 (0·5 限制范围 要注意范围 无条件范围 (3D (1·0 (1·0 要注意范围 无条件范围 同样地，在既有隧道健全度不同时，或地质条件变化时，应对数值进行修正。修正的原则与前面相同。 图2·6接近度的划分（隧道上部填土） 5·隧道上部有结构物基础 隧道上部新建结构物，而将基础设置在隧道上部时，支持基础的荷载通过围岩作用在衬砌上。 此时，基础的前端没有进入作为保护层的隧道上部5范围内，而以在此5平面上，荷载增加的程度来划分接近度。 荷载增加的程度决定于：地中应力分布的计算方法。可根据图2·7进行概略第预测。如预测的荷载增加超过1tf/m2时，或出现局部集中荷载作用时，应慎重研究。 表2·7 接近度的划分（隧道上部结构物基础） 隧道上部5上的预计增加荷载tf/m2 接近度的划分 (1 1～4 (4 无条件范围 要注意范围 限制范围 隧道地质条件为软弱地层时，应修正－25％。 既有隧道健全度不属于B、S、C，为AA、A2、A1时，应修正。－25％ 图2·7基础的荷载分布 6·隧道侧面开挖 在既有隧道的侧面开挖时，会发生向开挖侧的变形和位移。其影响决定于：地形条件、地质条件、开挖规模、既有隧道的健全度等。 表2·8接近度的划分（隧道侧面开挖） 与隧道的距离 接近度的划分 (1D 1～2D (2D 限制范围 要注意范围 无条件范围 图2·8接近度的划分（隧道侧面开挖） 7·隧道接近锚索 为加固坡面而需在隧道附近实施锚索时的情况。此时，因钻孔使水流入隧道，或因压浆使隧道受到压浆压力，锚索锚固时，也会使隧道周边围岩产生位移等。 其影响决定于：锚索与隧道的距离、锚索的施工方法、锚索的预应力大小、地形和地质条件、既有隧道衬砌的结构和健全度等。 表2·9接近度的划分（隧道接近锚索） 锚索与隧道的距离 接近度的划分 (0·5D 0·5～1·0D (1·0D 限制范围 要注意范围 无条件范围 8·隧道上部积水 其接近度的划分见表2·10。 表2·10接近度的划分（隧道上部积水） 积水规模 接近度的划分 坝等的大规模积水（10000m3以上） 中规模积水（100～10000m3） 小规模积水（小于100m3） 限制范围 要注意范围 无条件范围 9·地层振动 接近施工的地层振动因与既有隧道的位置关系、使用炸药、地形和地质条件等，有很大的不同，因此，表2·11的划分时根据振动源与隧道的距离来划分接近度的。 表2·11接近度的划分（地层振动） 与隧道的距离 接近度的划分 2D以下 2～5D 5D以上 限制范围 要注意范围 无条件范围 爆破振动速度的限制值规定如下。 既有隧道的健全度AA 2cm/sec 既有隧道的健全度A2、A1 3cm/sec 既有隧道的健全度B、S、C 4cm/sec 衬砌有可能掉落的开裂和涂有薄的防水砂浆时 2cm/sec 采取防止掉落的措施时 4cm/sec 3·施工前调查 3－1既有隧道结构调查 计划接近工程时，应根据资料调查、实地衬砌调查，确实第评价衬砌的健全度。 〖解释〗 计划接近工程时，正确地掌握既有隧道的结构是十分必要的。调查应根据接近度的划分、既有隧道的健全度来进行。 无条件范围－－根据档案资料确认结构状态、并根据目视检查该处的状况。既有隧道的健全 度为AA、A2、A1时，要以要注意范围的基准进行调查。 要注意范围－－根据结构物的档案、施工记录等确认结构的状态，并进行相应的目视检查。根据这些尚不能明确判断时，应采用钻孔等进行实地衬砌结构调查。如既有隧道的健全度为AA、A2、A1时，应以限制范围的基准进行调查。 限制范围－－要对以下项目进行详细的隧道结构调查，正确地掌握衬砌结构及其状态。既有隧道的健全度为AA、A2、A1时，要明确其变异的原因、变异状况、发展性等。 衬砌结构调查的项目有： 衬砌材料－混凝土、喷混凝土、砌块、石等； 衬砌厚度－设计厚度及实际厚度等； 衬砌结构－先拱后墙、先墙后拱、有无钢筋、支护情况、仰拱、等； 衬砌状况－开裂、漏水、接缝情况等； 衬砌背面－有无空洞、有无回填、地质状况等； 净空断面等； 排水－涌水量、堆积物等。 既有隧道的调查范围从接近工程方面看，从要注意范围和无条件范围的边界，到2D左右的外侧位置。 图3·1既有隧道结构调查范围 3－2地层调查 计划接近工程时，要根据资料调查、地层调查等，充分掌握该地域的地层条件，作为研究影响预测、对策、安全监视的资料。 接近工程的预测，充分掌握既有隧道·新建隧道结构物周边及中间地层的物理的·力学的特性是很必要的。 调查根据接近度的划分进行，但因接近施工的种类、规模、地形、地质条件、既有隧道衬砌的健全度等，其调查项目、调查范围是不同的，要根据预测的影响来决定。 地层调查主要是掌握地质构造、分布状况、地下水状况、风化、变质状况、强度变形特性等，为进行影响预测而采用有限元数值解析时，应进行相应的试验获取必要的物性值。 3－3接近施工单元调查 计划接近工程时，应正确地掌握决定新建结构物的设计·施工计划、位置的必要条件及与既有隧道的位置关系。 4·影响预测 4－1经验方法 计划接近工程时，应调查类似条件的接近工程例，作为研究影响预测、对策、安全监视的资料。 〖解释〗 在要主要范围或限制范围内计划接近工程时，应根据过去的接近工程实例，调查类似的工程例以便解析影响预测。解析方法因边界条件和输入常数不同，解析结果会有很大不同，因此，收集和分析类似实例，解析经验判断是必要的。就是采用解析方法，经验判断也是必要的。 评价和分析类似例时，应注意以下几点。 接近施工的种类； 接近施工的工程规模； 接近施工的设计、施工方法； 与既有隧道的间隔、位置关系； 原地形、地质情况； 既有隧道结构的健全度； 管理体制和管理基准； 接近工程的工程概况； 安全监视的量测结果等。 4－2解析方法 计划接近施工时，不能参考类似工程例进行影响预测时，或预测对既有隧道有不良影响时，应采用解析方法进行预测。 〖解释〗 解析方法有： 1· 视既有隧道和地层为一体的解析方法－考虑既有隧道对地层对动态的影响及隧道和地层的相互作用 2·把用另外方法求出的既有隧道的变形，作为强制变形输入的方法－预计的地层变形的规模大、既有隧道的存在对地层动态没有影响时，或采用3维近似表现时 3·既有隧道作为荷载输入的方法－预计既有隧道的刚性相当大，隧道几乎不产生表现的情况。 采用解析方法进行预测时应注意以下几点。 1·解析方法的选择 2·解析范围和边界条件 3·输入常数 4·衬砌状态 5·解析结果的评价 6·对策、安全监视的反馈 7·解析作业的主体－对无条件范围、要注意范围可以以原因侧（接近施工侧）的解析结果，进行影响预测，但对限制范围的接近施工影响分析，应以既有隧道侧为主。 4－3容许值 计划接近工程、进行影响预测时，以及进行接近工程的安全监视时，应根据1〕结构物稳定、2〕轨道管理、3〕建筑限界的各自的立场，设定容许值，确保列车的安全运行。 〖解释〗 容许值按1〕结构物稳定、2〕轨道管理和3〕建筑限界分别设定。 1〕 结构物稳定 表4·1列出容许值的大致基准。 表4·1衬砌应力增加的容许值基准 既有隧道的健全度 拉应力的增加kgf/cm2 压应力的增加kgf/cm2 AA 3 10 A2、A1 5 20 B、C、S 10 50 对爆破振动，视衬砌的健全度，振动速度的容许值列于表4·2。 表4·2振动速度的容许值 既有隧道的健全度 容许振动速度cm/sec AA 2 A2、A1 3 B、S、C 4 2〕 轨道管理 以不超过轨道管理基准为基准。 3〕 建筑限界 以不侵入规定的建筑限界为基准。 5·对策 5－1既有隧道的对策 根据影响预测的结果，认为必要时，为确保既有隧道的安全应采取施工对策。 〖解释〗 在速度的接近工程中，在下列情况中，既有隧道应采取相应的对策。 在限制范围内进行接近施工时； 在要注意范围，但变形显著、衬砌可能有掉块的不测事件发生时； 其他认为有必要的情况。 对策的种类有基本对策、以增加衬砌承载力的加强对策及以修复劣化衬砌开裂等的维修对策几类。 基本对策有： 回填压浆 防止衬砌掉块措施，如设金属网、档板(图5-1)、压注砂浆和树脂（图5-2）等。 加强对策有： 拱架加强（图5-3）； 内衬加强（图5-4）； 内面加强； 锚固加强（图5-5）； 横撑加强（图5-6）； 改建等。 维修对策有： 剥离可能掉落的浮块； 表面清扫； 整理排水沟； 防止漏水等。 5－2接近工程侧的对策 根据影响预测的结果，认为有必要时，为减轻影响应研究改变新建工程计划或增加对策。 〖解释〗 不得不在显著范围和要注意范围进行施工时，为减轻对既有隧道的影响，要研究 改变新建工程的计划或增加新的对策。其措施见表5·3。 表5·3 接近工程侧的对策 接近工程的种类 基本方法 具体方法 隧道并列 控制开挖引起的围岩位移 改变开挖方式 改变分部尺寸 改变衬砌、支护的结构 隧道交叉 控制开挖引起的围岩位移 改变开挖方式 改变分部尺寸 改变支护、衬砌结构 隧道上部明挖 均匀除去荷载 改变开挖方式 改变开挖顺序 控制挖方厚度 隧道上部填土 均匀加载 改变填土的顺序 改变填土的厚度 隧道上部结构物基础 均匀加载 控制开挖、灌注的影响 改变基础形式 改变工法 隧道侧面开挖 均匀除去荷载 控制开挖引起的围岩位移 改变开挖方式 改变开挖顺序 改变档土、坡面的坡度 隧道接近锚索 除去直接的影响 改变锚索配置 改变施加预应力的顺序 隧道上部积水 控制积水的影响 调整积水量 改变防水方法 地层振动 控制振动 采用控制爆破 研究其他（非爆破）方法 5－3中间地层的对策 预测接近施工有不良影响时，而且隧道的防护、接近工程侧的对策不充分时，为减轻、消除影响，应对中间地层采取对策。 〖解释〗 一般采取强化、改良地层的方法如压浆法、冻结法等，也可采取隔断影响的方法如地下连续壁、管棚、钢管桩等。图5-7是采用防护拱架的施工例。 图5-7 防护拱架施工例 6·安全监视 6－1观察、量测计划 在进行接近工程的安全监视时，应基于施工前调查结果、影响预测的结果，编制合适的观察、量测计划，以确保隧道结构的稳定性、确保轨道管理基准、确保建筑限界。 〖解释〗 1）观察量测项目 观察量测的项目基本上有以下四项。 衬砌表面的观察； 净空位移量； 路基（包括轨道变异）及拱顶下沉量； 开裂的发生和变化； 2）各观察量测项目 观察量测项目包括：衬砌表面观察（图6-1和图6-2）、净空位移量（图6-3、6-4）、路基及拱顶下沉量、开裂的发生和变化（图6-5、图6-6）、衬砌应变（图6-6、图6-7）、地中位移（图6-8、图6-9）、倾斜（图6-10、图6-11）、锚杆轴力（图6-12）拱架应力（图6-13、图6-14）、隧道涌水等的测定等。在各项目中分别按调查目的、调查手段、调查范围、整理方法、注意事项等加以说明。因篇幅较大，故省略。 3）注意水平和管理基准的设定 在进行接近工程之前，应根据各观察、量测项目设定注意水平，作为进行影响评价的大致。 注意水平的大致标准原则上，按表6·4分为3个等级。改良基准值，参考容许值（表4·3）视注意水平，设定用于施工管理的基准值。 表6·4 注意水平及措施 注意水平 措施 大致标准 1 确认量测值、引起注意 容许值的1/2 2 加密量测频率、研究对策 容许值的3/4 3 立即停止施工、研究新的对策 容许值 4）联络体制 5）测定频率 6）量测资料的整理和评价（图6-16~图6-18）。 6－2爆破振动的管理 接近工程采用炸药时，应确实的预测爆破振动的影响，必要时，应采取适当的对策和实施振动测定的安全管理。 〖解释〗 爆破振动与列车振动和地震动比，具有高频率的特性。因此，把振动速度换算为加速度值时，会达到很大的数值，这样一来，用振动加速度来推断结构物的受害限界，原样地采用地震级是不行的。图6·19是爆破振动和结构物受害的关系，因此，在爆破振动管理时，应以振动速度为基准。 图6-19 爆破振动和结构物被害的关系 爆破振动基本上受爆源的距离和炸药用量、地层条件的控制，此外，炸药的整理和爆破模式也有影响。因此，应在施工前进行以下调查。 爆破模式 地质状况 装药状况：炸药、掏槽、装药量、起爆方法、堵塞状况等。 1）爆破振动和结构物的受害 图6·20是位移速度振幅和结构物受害的关系，大致是超过5～10cm/sec后就会发生各种受害。 图6·20位移速度和结构物受害 表示地层条件的一个指标是弹性波速度C，它与位移速度振幅V、应变量(的关系，一般可以下式表示。 (＝V/C (6·2） 结构物所处的地层越软，影响越大。 在隧道爆破技术指南中，爆破振动造成的结构物受害的大致标准可以以下2式进行判断。 混凝土衬砌的弹性波速度及密度、抗拉强度和位移速度振幅的关系以下式表示： V＝(((·C （6·3） V－爆破的位移速度振幅(cm/sec) (－混凝土的抗拉强度(kg/cm2) (－混凝土的密度(g. sec2 / cm4) C－混凝土的弹性波速度(cm/sec) 设混凝土的抗拉强度(＝21kg/cm2、密度(＝2·4g/cm3、弹性波速度C＝2500m/sec，则 V＝34·3cm/sec（6·4），即约35cm/sec的位移速度振幅就有破坏的可能。 混凝土的弹性系数及弹性波速度、抗拉强度和位移速度振幅的关系如以下式表示 V＝C ( / E （6·5） V－位移速度振幅 (cm/sec) C－混凝土弹性波速度(cm/sec) (－混凝土抗拉强度 (kg/cm2) E－混凝土弹性系数 (kg/cm2) 如采取(＝21kg/cm、E＝2·1×10kg/cm、C＝2500m/sec，则 V＝25cm/sec，即约25cm/sec的位移速度振幅就有破坏的可能。 2）爆破振动的预测 爆破预测式，如表6·3所列，有许多提案。 表6·3 爆破预测式 3）爆破振动的管理 混凝土破坏的位移振动速度由6·2和6·6式推断约在25～35左右，但因地层条件有许多不确定因素，一般都取安全系数为10，来设定容许值。例如地层振动的管理基准值规定为30时，如安全系数取7·5～15，则容许值为2～4。因此如根据预测式的预测值在管理基准值以下时，就不需要采取对策，超过时，应根据试验爆破加以确认。 4）减轻爆破振动的对策 减轻爆破振动的对策有： 改变炸药、雷管种类； 调整炸药量； 增加掏槽爆破的自由面； 限制一次爆破长度； 实施多段爆破、分部爆破。 7·施工记录 7－1施工记录的编制 在接近工程施工时，为积累以下评价的资料。应对施工过程，施工结果等进行记录，并妥善保管。 〖解释〗 接近工程的记录可参考表7·1进行。 表7·1隧道接近施工调查表 图2-1 接近施工的分类隧道并设 松弛区域相互干扰，荷载增加 拉伸 既有 新设 隧道上部填土 填土 上覆荷载增加 不同下沉引起的环向开裂 下沉 隧道交差 原地形 围岩的拱作用被破坏 明挖 空洞 衬砌上抬 侧压 隧道上部开挖隧道上部有结构物的基础 上覆荷载增加接近施工分类 隧道侧部开挖拉伸 原地形 侧压增大 隧道附近的锚索 压浆的作用 予应力的位移 隧道上部积水 动水坡度上升 地下水流入 地层振动 爆破 发生开裂 衬砌掉块 图2-3 接近度的划分（隧道并设情况） 图2-4 接近度的划分 隧道交差情况 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 限制范围 要注意范围 无条件范围 要注意范围 既有隧道 保护层 无条件范围 开挖前的地表面 图2-5 接近度的划分（隧道上部明挖的情况） 挖方 挖方 填土前的地表面 填土前的地表面 图2-8 隧道侧部开挖）填土前的地表面 图3-1既有隧道结构调查的范围 接近施工 既有隧道 调查对象范围 图5-1 带钢例 锚栓 带钢 金属网 锚栓 带钢 FRP板 锚栓 锚栓 锚栓 劣化部分修复 钢板例 劣化部分修复 锚杆 带钢 劣化部分修复 钢板例 带钢+锚杆例 图5-2 砖衬砌 接缝材 砖 填充树脂等 图5-3 拱架加强例 木版 圆木 联系杆 图5-4内衬加强例 拱架 内衬 楔块 基脚混凝土 图5-5 锚杆加强例 锚杆 图5-6 底撑施工例 喷混凝土 底撑 锚杆 图5-7 防护拱架例 最终填土面 填土 防护拱架 现地面 既有隧道 图6-1 活动脚手架例 扶手 脚手架 脚轮 脚轮 绝缘小车 图6-2 衬砌观察记录例 开裂开裂开口宽度（mm） 摄影地点 第1次调查时的开裂 第2次调查时的开裂第3次调查时的开裂 净空位移计例 管式 带式 图6-4 开裂的测定方法 在开裂末端做标志 插入钉子 ，调查 在开裂部位涂砂浆并 用笔等把观察到的 松动状况。 ，调查是否出现新的 情况记录 开裂 设置开裂计 ，测定 设置标点，用尺量测 开裂宽度 开裂宽度 标点 砂浆并 钉子 开裂计 垂直测线 斜测线 水平测线 水平测线 土测定开裂的仪器 指针式 机械式 3D应变计 直读式应变计 开裂计 图6-6 应变计 应变计 接长杆 应变计 安装夹具 图6-7 应变计的配置 应变计 起拱线 地中位移计例 地中位移计使用例 既有隧道 新设隧道 地中位移计 图6-10 倾斜计例插入式倾斜计 套管 固定段长度 倾斜计 图6-12 轴力计 图6-13 拱架应力测定例（应变计） 拱架应力测定例（荷载计） 支护接头 在钢支撑 钢支撑 荷载计 荷载计 图6-16 历时保护曲线 量测值 时间 量测值 历时保护曲线 分布图 图6-19 爆破振动和结构物受害的关系 重大开裂 开裂 细小开裂 无被害 位移速度振幅 加速度 位移振幅 振动数 图6-20位移振动振幅 表7-1 隧道接近施工调查表 表7-2隧道接近施工调查表 既有隧道概况 隧道名称 隧道 站间 里程 仰拱 仰拱 底撑 无 拱厚 埋深 对策的设计施工 安全监视量测 主要变异 施工方法拱部 边墙 仰拱 改建履历 隧道并设 隧道交差 上半部、侧部挖方 上部侧部填土 上部、侧部的结构物基础 其他 开工 埋深 间隔距离 地上权设定 既有侧 有关文献 坝 新设隧道外径 新设隧道外径 接近度划分 隧道上部填土 基础的荷载分散 图5-1 防止衬砌掉块方法 图5-2 嵌缝施工例 金属网 桩 轴力计 应变计 砂浆 应变片 锚杆轴力计 接线箱 多心电缆 支护基脚 位移速度和结构物受害 人体可以感觉到，结构物无被害 一般说多数人感到振动，非常敏感的人感到振动 人体无感觉 眼睛看不到被害 产生大的开裂 发生被害 发生大的开裂，壁土崩落 大的被害 结构物危险 发生裂隙 细小裂隙 轻微被害 发生被害 极轻微被害 机械的安全限界 参考资料 隧道衬砌的力学动态 本资料汇集了日本为掌握隧道衬砌的力学动态所进行的隧道衬砌模型试验的试验结果和解析结果。试验是以在各种条件下的衬砌的开裂发展过程为基础的，可以作为评价隧道健全度的参考资料。 表4 2维试验的基本参数 试验参数 比较情况 双线断面 双线断面 单线断面 单线断面 加载方向的影响 软地层（先拱后墙） 1、2、3 图5 12、13、14 图11 硬地层（先拱后墙） 9、10、11 图6 20、21、22 图12 软地层（先墙后墙） 25、26、27 图13 仰拱效果 侧压作用 4、5 图7 15、16 图14 全周作用 23、24 图15 衬砌拱顶背后空 洞的影响 4、6 图8 15、17 图14 荷载分布的影响 7、1 图9 12、18 图17 卸载的影响 8 图10 19 图18 地层强度的影响 垂直荷载作用 12、20 图19 斜向荷载作用 13、21 图20 水平荷载作用 14、22 图21 衬砌新建顺序的影响 垂直荷载作用 12、25 图22 斜向荷载作用 13、26 图23 水平荷载作用 14、27 图24 试验结果 试验结果按加载位置的衬砌内面的法线方向的位移量和荷载的关系 加以整理。图中符号如下。 1·开裂的发展及变形状况图 开裂的种类： ○((：拉伸开裂 (((：压溃（压缩开裂） □(：剪切开裂 ×：内面加强层剥离 开裂的发生顺序 ABC ：基础试验的开裂发生顺序 I I I 3 III ：对策前开裂发生顺序 ：对策后开裂发生顺序 变形状况 ：以衬砌内面为基准的变形状况 2·在加载位置的衬砌内面法线法线位移量或加载板下沉量与荷载的关系图 坐标轴 ：加载板下沉量 ：加载位置的衬砌内面法线方向位移量 ：加载位置的荷载 ：加载位置的压力 开裂的种类 ：与1同 开裂的发生顺序 ：与1同。 说明：无仰拱的双线隧道，荷载作用在拱部时，衬砌的变形性没有很大的变化，对作用在侧面（水平向）的荷载，，变形性较大。 开裂发生后荷载反力急剧地降低，但继续加载时，反力反而增大。总之，由于开裂的发展，衬砌的结构系，发生了变化，在一点的变形量条件下，衬砌可以维持其承载力。但，产生压溃和高峰荷载时，会向终极破坏方向发展。 图5双线隧道的加载方向的影响 说明：与图5同样，表示不同加载方向荷载的双线隧道的衬砌动态与图5不同处是围岩变硬了。 在侧压条件下，变形性较大，比软地层时，其差值变小。围岩越硬，因荷载方向的不同引起的差异越小。 图6双线隧道的加载方向的影响 说明：双线隧道两侧都作用有侧压时，有无仰拱的影响是很大的。 在开裂发生前，变形性有一定的差异（向无仰拱方向易于 变形），但，开裂发生后的变形性，没有很大的差异。 围岩越软，仰拱的效果越大。 图7双线隧道仰拱的效果 说明：拱顶薄、背后有空洞的情况是不少的。 比较有无空洞的试验可以看出：有空洞时，对侧压是易于变形的（由于侧压拱顶上台，不产生被动抗力）。但差异不大，因为，空洞范围一般也不大。空洞范围越大，越易变形。围岩越硬，空洞的影响也越大。 图8双线隧道衬砌拱顶背后空洞的影响 说明：分布荷载和集中荷载的影响也是不同的， 分布荷载作用时，因衬砌的拱形结构，轴力是主要的，因此在衬砌拱部，几乎没有产生变形，终极破坏发生时，变形量也是不大的。 而在集中荷载时，轴力比分布荷载不规则，弯曲变形大。围岩越软，衬砌越易变形。 图9双线隧道荷载形态的影响 说明：全周作用有荷载，但上部荷载被卸载的情况。这与隧道上部进行明挖的情况相似。此时，与侧压作用时的情况发生同样的变形，开裂是发展的。 图10双线隧道卸载的影响 说明：单线隧道荷载方向的影响，与双线隧道一样，在拱部作用有荷载时，变形性的差异是不大的。但在侧压时，变形性变化很大，此差异（垂直荷载或斜向荷载与水平荷载的变形性学差异），比双线隧道显著。 图11单线隧道荷载方向的影响（软地层，先拱后墙） 图12单线隧道荷载方向的影响（硬地层，先拱后墙） 图13单线隧道荷载方向的影响（硬地层，先墙后拱） 图14单线隧道荷载方向的影响（软地层，先墙后拱） 图15单线隧道仰拱的影响（侧压作用） 图16单线隧道仰拱的影响（全周作用） 图17单线隧道衬砌背后空洞的影响 图18单线隧道荷载形态的影响 图19单线隧道卸载的影响 图19垂直荷载作用时，围岩软硬的影响（单线隧道） 图20斜向荷载作用时，围岩软硬的影响（单线隧道） 图21水平荷载作用时，围岩软硬的影响（单线隧道） 图22垂直荷载作用时，先墙后拱法的影响（单线隧道） 图23斜向荷载作用时，先墙后拱法的影响（单线隧道） 图24侧向荷载作用时，先墙后拱法的影响（单线隧道） 3维基础试验 3维基础试验的情况见表5。试验参数见表6。试验结构见图25～图27。 表5 衬砌 荷载 注 NO 断面 仰拱 形态 位置 1 双线 无 集中 垂直 2 双线 有 集中 单侧向 3 单线 无 集中 垂直 4 单线 无 分布 周向 断层模式 5 单线 无 分布 斜向1 断层模式 6 单线 无 分布 斜向2 断层模式 荷载位置图（展开图） 图中□代表加载位置。 表6 试验参数 试验情况 双线隧道 单线隧道 荷载作用位置 局部 1、2 图25 3 图26 带状 4、5、6 图27 说明：无缺陷的双线隧道在拱顶作用有垂直荷载时，首先，沿拱顶的隧道轴向发生开裂，而后产生环状开裂，之后产生放射状开裂。最后因剪切而破坏。此时的荷载强度约为34kgf/cm。 无缺陷的衬砌的承载力是很大的，但产生图示的放射状开裂时，是一个危险信号。在实际的隧道中，多多少少都