隧道施工要点(九)

第十部分    重视环境

                 ——控制对周边环境和结构物的影响

在前面我们提到重视环境有两层含义，一层含义是指内部环境，即施工作业环境，一层是指对外部环境即对周边环境的影响。重视环境是时代的要求，许多环境技术都是因时代的变迁而得到发展，许多标准都是因环境的要求而制定。

本部分说明隧道施工对外部环境的影响。对周边环境的影响主要指：

·因各种原因引起的地表下沉；

·水理条件的变化；枯水、水位降低、水质污染等；

·对周边结构物的影响；

·对社会、生活环境的影响。

在地下施工中，如对外部环境可能造成影响，就要预测对外部环境影响的场所、规模、时间及现象等，有问题时，就要采取防止外部环境恶化并对已经恶化的外部环境进行修复等，这个问题在城市修建地下工程时尤为突出。

    在城市或其周边修筑隧道工程时，对保持自然状态平衡的地层环境会造成影响，即使在运营中，因地下结构物的存在，也会有与建设时期不同的影响，这种影响必然会使外部环境发生变化。

（1）这里首先要明确隧道施工和运营时可能产生的对外部环境的影响的主要因素，这些因素汇集在表1中。

表1产生外部影响的主要因素

划分		主要因子
自然环境	地下环境（地层环境）	地层变异、地下水变动、地下水水质、土壤污染、地下微生物、地下生态系、地层空气质量等
	地上环境	大气污染、恶臭、噪声、振动、地表水水质、热、地上微生物、地上生态系等
社会环境		景观、交通问题、开挖土处理等

注：自然环境和社会环境相互间是有关联的，如大气污染就是一例。

隧道施工对外部环境有着怎样的影响，其影响是否在容许范围之内，必要时应采取何种对策，即环境保护的基本观点是什么。如前所述，因隧道的修建对外部环境的影响从建设一开始到运用结束后都是存在的，因此，环境保护理应在整个时期内考虑。

表1所示的外部环境因素不是存在的。在地层环境中，如接近软弱地层的地下水位的降低会造成压密下沉，而受压密下沉直接影响的就是地面下沉（地层变异），根据当地条件，又可能造成管线的下沉或损伤，这些都是相互关联的。

（2）其次就是要规定出这些影响的容许值。一般说，环境影响因素出现后，容许值基本上是根据法规的规定确定的。

一般说，容许值是随时代的社会背景和当地条件而变化的，但还是能够确定出一个对生活环境不产生影响的范围值，例如，表2和表3就是日本建筑学会规定的建筑结构出现压密下沉场合的容许下沉值。

表2容许相对下沉值（压密下沉的场合）      单位：cm 

结构类型	混凝土块结构	钢筋混凝土结构
基础形式	连续基础	基础	连续基础	筏基
标准值 最大值	1.0 2.0	1.5 3.0	20 4.0	2.0~（3.0） 4.0~（6.0）

表3容许最大下沉值（压密下沉的场合）                                单位：cm

结构类型	混凝土块结构	钢筋混凝土结构
基础形式	连续基础	基础	连续基础	筏基
标准值 最大值	2 4	5 10	10 20	10~（15） 20~（30）

施工要点一     地层变异和地下水变动

在外部环境保护中，地层中的地层变异及地下水变动是隧道施工同的环境因素。在地层中，视深度和地质条件，土压、水压一般是处于平衡状态的，但建设地下结构物后，这种平衡被破坏，使地层、地下水环境发生变化。

1．地下水变动、地层变异的机理

图1是关于随涌水发生的地下水变动和地层变异的机理概念图，表1是地下开挖、地下结构物和地下水动态的关系。

根据图1，会产生地下水位降低和地层的压密下沉，根据表1，因地下设施的存在或施工，会造成地下水的流况变化和地下水的变动。表5是地下水变动和地层变异现象和原因汇总。

图1涌水引起的水位、水压降低和地层压密、收缩模式

表1地下开挖与地下水的关系

地下开挖的情况	影响预测
	· 施工中对地下水的影响是短期的，完成后将是长期的 ·据点施工对地下水的影响可达到几百米到几公里地的范围。 ·线状结构物的场合，可达线路两侧几百米的范围。 ·根据地形、地质和开挖的规模，对地下水的影响是不同的。

表2地下水变动和地层变异的现象和原因

	现象	主要影响	主要原因
地下水变动	地下水位（水压）降低	井枯竭、井的水量减少、盐水化、缺氧空气发生、植被生态系变化	施工时的抽水、漏水、使用中的漏水
	地下水位（水压）上升	湿地化、水田湿田化、结构物上浮、植被生态系变化	结构物的存在、施工时的复水
	地下水流动方向变化	流况变化	同上
	漏水	与地下水位降低相同	结构物和遮水不足
地层变异	地层压密下沉	道路、结构物下沉、配管类的功能障碍	地下水位（水压）降低
	地面下沉	同上	漏水与施工中、施工后的结构物位移
	开挖时的侧向位移	同上	同上

2．地下水变动和地层变异影响的预测

地下水变动和地层变异的预测有以下4种方法，可根据目的、状况不同采用。

（1）量测预测

根据实测的地下水位或地层下沉值等，定量地进行预测，在施工中可采用反分析和经验数据，对后续作业进行指导。这是施工中和施工后最具有代表性的方法。

（2）经验预测

   采用由过去的经验推定的经验公式或经验值进行预测。

（3）理论预测

根据各种理论，如井点理论、压密理论或由理论获得的图式解析等进行预测，该方法计算简便，在地层条件不复杂的条件下，得到很好的应用。

（4）数值模拟预测

应用计算机技术对不均质的地层和复杂边界条件以及复杂形状的结构物，可以采用此法进行预测。

各种预测技术的概况列于表3。

表3地下水变动和地层变异的预测技术

	预测内容	预测方法
地变 下动 水	地下水位（水压）降低、地下水流动量	·理论方法：井点理论、流线网解析等； ·数值模拟：渗透流解析、三维有限元等
地 层 变 异	地层压密下沉	·理论方法：压密理论； ·数值模拟：基于压密理论的有限元解析
	地层的地面下沉、开挖时的侧向位移	·理论方法：隧道净空、地中位移、地面下沉等预测； ·数值模拟：弹性、弹塑性、粘弹性等解析

3．地下水变动和地层变异的对策

根据以上预测方法，预计出现超过容许值的不良影响时，应采取对策，保护环境。地下水变动和地层变异的主要技术对策列于表4。

表4地下水变动和地层变异的主要技术对策

现象		主要对策
地下水变动	地下水位（水压）降低	止水工法（止水壁、支护结构的止水性、压注等）、再灌水工法
	地下水位（水压）上升	抽水减压降低地下水位工法、透水壁、导管工法
	地下水流动方向变化	根据具体情况采用地下水位降低或上升的工法
	漏水	止水补强
地层变异	地层压密下沉	地层改良、结构物补强
	地面下沉、开挖时侧方位移	支护结构补强、地层补强、填土碾压等

4．地上环境的预测技术和对策技术

地上环境的预测与对策技术列于表5。这主要是采用类似于地上设施同样的技术。

表5地上环境预测与对策技术

因素	预测技术	对策技术
大气污染	扩散理论、模拟等方法、风洞试验	燃烧改革、有害物质处理（控制技术）、除尘（集尘技术）、排烟脱硫（脱硝技术）
恶臭	基于大气扩散的预测方法	洗净法、燃烧法、吸着法、化学脱臭法、土壤酸化法、生物脱臭法等
噪声	比例模式、现场声源、数值模拟、图解法等	声源对策、结构物自身的对策、遮蔽物对策等
振动	简易法、统计法、数值模拟、模型试验	振动源对策、结构物自身的对策、距离衰减对策

5．水质污染、土壤污染的预测技术和对策技术

目前采用的主要预测与对策技术列于表6。

表6水质污染等预测·对策技术

因素	预测技术	对策技术
水质污染	数值模拟、水理模型试验、现场试验	各种水处理技术、净水技术、污染物质封存技术、抽水等
土壤污染	同上	各种排水处理、污染物质封存、污染土壤防止飞散等
热	热传递理论、数值模拟、模型试验	用结构体遮蔽
微生物	培养试验	与水质和土壤污染类似
生态系	水和大气的移行计算、采用动植物的移行系数计算	环境，特别是媒介的
氡气、放射能	以原子能设施的评价方法为准	稀释、通风等

应该说，这个领域的问题较多，水质污染经常采用数值模拟的预测技术，但在移动过程中的化学与生物反应就比较困难，微生物的预测也是很困难的。

施工要点二     控制对周边结构物的影响

接近既有结构物进行山岭隧道施工（以下简称接近施工）的实例越来越多。因此，接近施工技术已成为隧道施工技术的一个重要构成部分。接近施工与一般施工不同，必须在设计、施工各阶段中考虑对既有结构物的影响。

在接近施工中，究竟采用什么样的措施，与既有结构物和新设结构物的位置关系、影响程度、既有结构物的种类和重要度等有密切关系，在设计施工中必须慎重地加以研究。

日本在接近施工中，以既有结构物的铁路隧道与新建工程的位置关系分为表1和图1所示的各种类型，并规定了相应的影响范围，作为设计施工的基准，对指导接近施工有一定的参考价值。

下面简要说明在接近施工中的一些施工要点。

１．接近施工的类型

表１和图１是出现接近施工的几种情况。

表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，多产生沿隧道方向的挤压变形。反之，明挖或侧面开挖，使荷载解除时，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）。

表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 影响范围的划分（或称接近度的划分）

影响范围的划分，要根据许多条件作出判断，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、施工方法；

       与既有隧道的位置关系；

      （原）地形、地质条件；

       既有隧道衬砌的力学健全度；

       对策的可能性；

       其他。

在接近施工中，要对可能影响的范围进行划分是很困难的。日本主要是根据既有结构物与新设结构物的位置关系划分为：无影响范围、注意范围和需采取措施的范围。除无影响范围外，都要根据对既有结构物的检查、量测等进行设计。

     根据日本的一些接近度划分标准，把接近度划分为：无影响范围、注意范围和需采取措施范围（对策范围）。根据接近度的划分，应采取措施的内容见表3。

   表3       接近度的划分与措施的内容

接近度划分	划分内容	措施内容
无影响范围	不考虑新设结构物施工对既有结构物影响的范围	一般不需要采取措施
注意范围	通常不会产生有害影响，但有一定影响的范围	一般以采用合适的施工方法为对策，并根据既有结构物的位移、变形量等推定容许值，再决定是否采取其他措施。为施工安全，要对既有结构物和新设结构物进行量测管理
对策范围	产生有害影响的范围	必需从施工方法上采取措施并根据既有结构物的位移、变形量来研究影响程度，而后采取相应措施。同时对既有结构物和新设结构物进行量测管理

   　

这样就可以根据接近工程位于哪一个“范围”来决定施工前调查、影响预测、对策、安全监视、施工方法、应采取的对策等。表4列出了在各种影响范围内的对策。

       表4  接近程度的范围和对策

范围	对策
无影响范围	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	设计、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
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	按影响最小考虑
		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
对策范围	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
		解析方法	必要
	对策	既有隧道对策	为确保安全采取必要对策，也可以考虑改变新建计划
		新建工程侧对策
		地层对策
	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

３  不同接近施工的影响范围划分基准

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来进行其接近度的划分。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、隧道交叉的情况，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与既有隧道并列时，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，决定于两隧道的间隔、两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（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5       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	对策范围 注意范围 无影响范围
新建隧道比既有隧道低的位置	1.5D 1.5～2.5D 2.5D	对策范围    注意范围 无影响范围

注：D：新建隧道的外径

表5适用于新建隧道并列在既有隧道左右的情况。即从既有隧道横断面水平线向上下方向引45线新建隧道在此范围内并列的情况。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5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5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％

    如上述修正都存在，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的无影响范围是：

      2.5D×1＋（0.4＋0·2）＝4.0D，即应修正为4.0D以上。

     

               图2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：两隧道的间隔、两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6       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	对策范围 注意范围 无影响范围
新建隧道在既有隧道的下方	2·0D 2·0～3·5D 3·5D	对策范围 注意范围 无影响范围

    

图3接近度的划分（隧道交叉）

利用表6时，应注意表5的修正说明。

                    

    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与位移，引起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影响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（如比距隧道中心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7。接近度划分的示意见图4。

                      图4接近度的划分（隧道上部明挖）

表7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	对策范围 注意范围 无影响范围

     

表7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8）进行评价。表7预计开挖前后的地形是平坦的，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6所示，隧道斜上方的开挖量较大时，也应考虑隧道侧面的残留埋深比。

                                      图6

     表7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时的无影响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

    浅埋隧道上部填土时，隧道衬砌的上覆荷载增大，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。接近度的划分见表8和图7。

      表8      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	对策范围 注意范围（填土荷载小于1时，为无影响范围）
1D～3D	1.0 0.5～1.0 0.5	对策范围 注意范围 无影响范围
3D	1.0 1.0	注意范围 无影响范围

同样地，在既有隧道健全度不同，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7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5m范围内，而以在此5m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8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	无影响范围 注意范围 对策范围

   

    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9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。接近度的划分见表9和图10。

表9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	对策范围 注意范围 无影响范围

                   

 图10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，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。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10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	对策范围 注意范围 无影响范围

   

8）隧道上部积水

    其接近度的划分见表11。

表11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）	对策范围 注意范围 无影响范围

    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、地形和地质条件二有很大的不同，因此，表12的划分是根据振动源与隧道的距离来划分接近度的。

表12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	对策范围 注意范围 无影响范围

    爆破振动速度的值规定如下。

         既有隧道的健全度AA                        2cm/s

         既有隧道的健全度A2、A1                     3cm/s

         既有隧道的健全度B、S、C                   4cm/s

         衬砌有可能掉落的开裂和涂有薄的防水砂浆时   2cm/s

         采取防止掉落的措施时                       4cm/s

   １０）　城市条件下接近施工的影响范围划分　

近年，由于土地价格上扬、城市土地用地不足等原因，城市急剧向郊区扩大，土地高度利用，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。其接近度的划分例示于图11。

    

　　　　　　　　　　

图11城市条件下的近度划分例

在    

               

图12开挖对地层承载力的影响研究

  在结构物基础附近修筑地下结构物时，对基础的影响究竟如何，我们通过一个计算例加以说明。为简单起见，取地层的强度是均一的，（C）＝５００kN／m2。结构物宽设定为20m.。此时的承载力是单轴抗压强度的5.14倍。即2570 kN／m2，如果在其周边进行开挖或修筑地下结构物，原地层的承载力会发生变化。这种变化就反映了开挖或地下结构物的影响。在不同情况下，地层承载力的变化示于图12和表12。

表12开挖引起的地层承载力的变化

况	qu（ kN／m2）	qu/C	qu/qu0
A	2710.8	5.42	1.000
B	1350.8	2.70	0.498
C	2518.9	5.04	0.929
D	505.6	1.01	0.187
E	1728.0	3.46	0.637
F	1101.4	2.20	0.406

首先在情况A中，因没有进行任何开挖，是原始情况，其承载力是2710.8 kN／m2，比理论值大一些，而在其他情况中，都因开挖而有不同程度的减少。例如D的情况，直接在基础正下方10m深处开挖一宽20m,高5m的地下结构物，地层的承载力只有505.6 kN／m2，大大降低。而当离基础20m进行开挖时，其承载力为1101.4 kN／m2，承载力有所提高。

这些事例充分说明，接近施工已成为地下施工的一个重要分枝，我们应在实践中不断地积累经验，逐渐地形成我们的技术和基准。

4．接近施工的施工前调查

   1）既有隧道结构调查

   正确地掌握既有隧道的结构是十分必要的。应根据接近度的划分、既有隧道的健全度来进行调查。

   无影响范围应根据档案资料确认结构状态、并目视检查该处的状况。既有隧道的健全度为AA、A2、A1时，要以注意范围的基准进行调查。

   注意范围应根据结构物的档案、施工记录等确认结构的状态，并进行相应的目视检查。根据这些资料尚不能明确判断时，应采用钻孔等方法进行实地衬砌结构调查。如既有隧道的健全度为AA、A2、A1时，应以需采取措施范围的基准进行调查。

   需采取措施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、发展状况等。

    衬砌结构调查的项目有：

      ·衬砌材料：混凝土、喷混凝土、砌块、石料；

      ·衬砌厚度：设计厚度及实际厚度；

      ·衬砌结构：先拱后墙、先墙后拱、有无钢筋、支护情况、仰拱；

      ·衬砌状况：开裂、漏水、接缝情况；

      ·衬砌背面：有无空洞、有无回填、地质状况；

      ·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，从注意范围和无影响范围的边界，应到2D左右的外侧位置。

   2）地层调查

    对于接近工程的预测，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确定。

    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指标值。

3）影响预测

    （1）经验方法

    在注意范围或需采取措施范围内设计接近工程时，应根据过去的接近工程实例，调查类似的工程以便进行影响预测。解析方法因边界条件和输入常数不同，结果会有很大不同，因此，收集和分析类似实例，进行经验判断是必要的。即使采用解析方法，经验判断也是必要的。

    评价和分析类似实例时，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；

      管理和管理基准；

      接近工程的工程概况；

      安全监视的量测结果等。

     （2）解析方法

    解析方法有：

      ·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的，视既有隧道和地层为一体的解析方法

      ·预计的地层变形规模大、既有隧道的存在对地层动态没有影响，或采用三维近似表现时，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

      ·预计既有隧道的刚度相当大，隧道几乎不产生变形时，既有隧道作为荷载输入的方法。

     采用解析方法进行预测时应注意以下几点。

     ·解析方法的选择； 

     ·解析范围和边界条件；

     ·输入常数；

     ·衬砌状态；

     ·解析结果的评价；

     ·对策、安全监视的反馈；

     ·解析作业的主体－对无影响范围、注意范围可以以接近施工侧的解析结果进行影响预测，但对需采取措施范围的接近施工影响分析，应以既有隧道侧为主。

    （3）容许值

  表13列出容许值的大致基准。

表13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14。

表14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

5．接近施工的对策

1）既有结构物的对策    

在隧道的接近工程施工中，在下列情况下，既有隧道应采取相应的对策。

       ·在需采取措施范围内进行接近施工时；

       ·在注意范围内进行施工，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、以增加衬砌承载力为目的的加强对策及以修复劣化衬砌开裂为目的的维修对策几类。

    基本对策有：

      回填压浆；

      防止衬砌掉块措施，如设金属网、档板)、压注砂浆和树脂等。

    加强对策有：

      拱架加强；

      内衬加强；

      内表面加强；

      锚固加强；

      横撑加强；

      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。

    2）接近工程侧的对策

     不得不在需采取措施范围和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15。

      表15        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

    3）中间地层的对策

   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。

6．安全监视

    1）观察、量测计划

   （1）观察量测项目

     观察量测的项目通常上有以下四项。

       ·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、净空位移量、路基及拱顶下沉量、开裂的发生和变化、衬砌应变、地中位移、倾斜、锚杆轴力、拱架应力、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。

     （3）注意水平和管理基准的设定

     在进行接近工程施工之前，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标准。

     注意水平的大致标准原则上，按表4分为3个等级。

      表16        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

         2）爆破振动的管理

   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震害限界，原样地采用地震级是不行的。图17是爆破振动和结构物震害的关系，因此，在爆破振动管理时，应以振动速度为基准。

                  图17  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震害

图18是位移速度振幅和结构物震害的关系，大致是超过5～10cm/sec后就会受到各种震害。

                       图18位移速度和结构物震害

    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，一般可以用下式表示。

                 ＝V/C                              

     结构物所处的地层越软，影响越大。

     爆破振动造成的结构物震害的大致标准可以通过以下两个公式进行判断。

     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用下式表示：

                 V＝·C                          

         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用下式表示

                V＝C  / E                         

         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

爆破预测的公式，如表17所列，有许多提案。

       

                         表17      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，一般推断约在25～35cm/s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30cm/s时，如安全系数取7.5～15，则容许值为2～4cm/sec。因此如根据预测公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；

        ·一次爆破长度；

        ·实施多段爆破、分部爆破。