中日鐵路隧道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析研究

曾滿元,陳赤坤,趙東平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司土建二院,成都 610031)

1 概述

自從 1964年世界上第一條高速鐵路在日本問(wèn)世以來(lái),世界高速鐵路發(fā)展很快,到 2005年底,全世界已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的時(shí)速 250km以上高速鐵路里程達(dá)6400km。我國(guó)從全長(zhǎng) 120km、時(shí)速 350km的京津城際鐵路在 2008年 8月 1日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后,武廣、鄭西、石太等客運(yùn)專線已相繼投入使用。根據(jù)鐵道部的最新規(guī)劃,到 2012年底,我國(guó)客運(yùn)專線和城際鐵路的運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到 1.3萬(wàn) km。屆時(shí),我國(guó)將超越日本和德國(guó)等高鐵起步較早的國(guó)家,成為全球高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)的國(guó)家。

作為基礎(chǔ)工程,隧道是高速鐵路的重要組成部分。我國(guó)幅員遼闊,地形、地質(zhì)、地貌復(fù)雜多樣,高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、線路曲線半徑大、隧道工程多,目前我國(guó)在建和擬建的客運(yùn)專線和城際鐵路項(xiàng)目中隧道總長(zhǎng)度將超過(guò)1000km。為高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高效率地搞好高速鐵路隧道建設(shè),構(gòu)建我國(guó)自己的高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系,借鑒已掌握高鐵建設(shè)技術(shù)的日本、德國(guó)等國(guó)家的高鐵隧道設(shè)計(jì)、施工及管理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),回顧我國(guó)鐵路隧道100多年來(lái)的建設(shè)發(fā)展歷程,尤其是隧道標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范的編制、修改、完善的歷史,開(kāi)展《中日鐵路隧道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析研究》具有十分重要的意義,也是非常及時(shí)和必要的。

2 我國(guó)鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)歷史及現(xiàn)狀

2.1 普速鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值 ＜160km/h)

1960年以前我國(guó)無(wú)鐵路隧道設(shè)計(jì)的專業(yè)規(guī)范,1960年 3月才發(fā)布第一本《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》。1975年 7月鐵路隧道設(shè)計(jì)與施工的規(guī)定合編成《鐵路工程技術(shù)規(guī)范?第三篇 隧道》。20世紀(jì) 80年代批準(zhǔn)發(fā)布的隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBJ3—85)、《鐵路隧道施工規(guī)范》(TBJ204—86)、《鐵路隧道施工技術(shù)安全規(guī)則》(TBJ404—87)、《鐵路隧道工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(TBJ417—87)和《鐵路隧道錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)施工技術(shù)規(guī)則》(1980年)、《鐵路隧道新奧法指南》(1988年)等。

20世紀(jì) 90年代,《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法》規(guī)定我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)施范圍分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 4級(jí),并以其執(zhí)行的屬性劃分為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn) 2類。由此,原來(lái)的部標(biāo)準(zhǔn)要轉(zhuǎn)變?yōu)樾袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)的體制將由單一的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體制改變?yōu)閺?qiáng)制性與推薦性相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)體制。

“八五”期間批準(zhǔn)發(fā)布的鐵路隧道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》(TBJ108—92)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)暫行規(guī)定》(1994年)、《鐵路隧道輔助坑道技術(shù)規(guī)范》(TB10109—95)、《鐵路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50216—94)等。

“九五”時(shí)期,對(duì)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBJ3—85,含 1996年局部修訂)、《鐵路隧道施工規(guī)范》(TBJ204—86)、《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)則》(TBJ108—92)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)暫行規(guī)定》等進(jìn)行了全面修訂,編制成《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBl0003—99)、《鐵路隧道施工規(guī)范 》(TB10204— 2002)、《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑法技術(shù)規(guī)范》(TB10108—2002)、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)范》(TB10120—2002)等。2001年 9月 1日,經(jīng)修訂后的《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBl0003—2001)經(jīng)鐵道部批準(zhǔn)發(fā)布。

為貫徹鐵路又好又快發(fā)展的要求,落實(shí)“強(qiáng)本簡(jiǎn)末”的原則,2003年 8月在《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10003—2001)基礎(chǔ)上,對(duì)其部分內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充、修訂,編制成現(xiàn)行的《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TBl0003—2005)。規(guī)范的適用范圍調(diào)整為“旅客列車設(shè)計(jì)行車速度小于或等于 160km/h的Ⅰ、Ⅱ級(jí)新建、改建標(biāo)準(zhǔn)軌距客貨共線鐵路隧道的設(shè)計(jì)”。

2.2 高速鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值≥160km/h)

2003年 10月,鐵道部發(fā)布《新建時(shí)速 200km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)函[2003]439號(hào)),這是我國(guó)指導(dǎo)高速鐵路設(shè)計(jì)的第一本暫規(guī)。以后,又陸續(xù)發(fā)布了《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2004]157號(hào)),《新建時(shí)速 200km客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)函[2005]285號(hào)),《新建時(shí)速200～250km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2005]140號(hào))等 3部高速鐵路暫規(guī),2007年發(fā)布《新建時(shí)速300～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2007]47號(hào))替代《京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》,2009年 12月發(fā)布的《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》又替代了《新建時(shí)速 300～350km客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》,其中均有隧道章節(jié)。

在上述高速鐵路設(shè)計(jì)《暫規(guī)》中,隧道專業(yè)著重考慮了因高速列車在隧道內(nèi)行駛帶來(lái)的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,制定了不同速度目標(biāo)值下隧道軌面以上最小有效內(nèi)凈空面積、安全標(biāo)準(zhǔn)、救援方法以及混凝土襯砌的耐久性等相關(guān)條文。

2.3 我國(guó)鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀

鐵路隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)隧道和地下工程領(lǐng)域中是發(fā)展較早的標(biāo)準(zhǔn)系列,目前已有較多的數(shù)量,已基本形成較完整的體系。這些標(biāo)準(zhǔn)包括勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收、養(yǎng)護(hù)維修和搶修搶建 4類,可分為下列 3個(gè)層次。

第1層:基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。它是在一定范圍內(nèi)作為其他標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)、具有普遍指導(dǎo)意義的標(biāo)準(zhǔn)。這一層次的標(biāo)準(zhǔn)主要有建筑限界標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)、圖形符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)等。

第2層:通用標(biāo)準(zhǔn)。它是針對(duì)某一類標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象制定的共性標(biāo)準(zhǔn),其覆蓋面一般較大,常作為制定專用標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。如鐵路隧道工程通用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等。

第3層:專用標(biāo)準(zhǔn)。它是針對(duì)某一具體標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象、根據(jù)有關(guān)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和通用標(biāo)準(zhǔn)制定的個(gè)性標(biāo)準(zhǔn),其覆蓋面一般較小。如隧道輔助坑道技術(shù)規(guī)范、隧道運(yùn)營(yíng)通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范等。

由以上 4類、3個(gè)層次的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成了現(xiàn)行的鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)體系。其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn) 3項(xiàng),通用標(biāo)準(zhǔn) 10項(xiàng),專用標(biāo)準(zhǔn) 20項(xiàng),共有標(biāo)準(zhǔn) 33項(xiàng)。

3 日本鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)體系及現(xiàn)狀

3.1 日本鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系

日本鐵路標(biāo)準(zhǔn)體系由技術(shù)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2個(gè)部分構(gòu)成。技術(shù)法規(guī)由政府制定發(fā)布,其體系包括法律、省令、告示這 3個(gè)層次。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JIS、農(nóng)林標(biāo)準(zhǔn) JAS)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),由國(guó)家行業(yè)部門、行業(yè)協(xié)會(huì)或?qū)I(yè)團(tuán)體制定。

日本鐵路隧道規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都屬于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),基本上是由土木學(xué)會(huì)和鐵道綜合技術(shù)研究所編制的。公路隧道規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則是由日本道路協(xié)會(huì)編制的。編制單位具有相當(dāng)?shù)臋?quán)威性,但編制的規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、指南都不具有強(qiáng)制性和約束力,只有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如JIS等才具有強(qiáng)制性和約束力。

除國(guó)家的法規(guī)、法令外,日本鐵路規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)大致可分為 4個(gè)層次。

第1層:規(guī)程、規(guī)范類,如:新干線線路構(gòu)造實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、混凝土技術(shù)規(guī)范、隧道技術(shù)規(guī)范等;

第2層:準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)類,如:新干線建造物構(gòu)造整備準(zhǔn)則、鐵道構(gòu)造物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、公路隧道技術(shù)基準(zhǔn)(構(gòu)造編)等;

第3層:指南指針類,如:新奧法設(shè)計(jì)施工指南、噴混凝土指南(隧道編)、隧道混凝土施工指南、高性能噴混凝土設(shè)計(jì)施工指南、隧道施工通風(fēng)技術(shù)指南等。這一層次的指南是對(duì)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充,包括新技術(shù)、新工法的應(yīng)用等,其應(yīng)用價(jià)值絲毫不遜于規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

第4層:手冊(cè)類,如:隧道實(shí)用手冊(cè)、隧道近接施工對(duì)策手冊(cè)、城市鐵道結(jié)構(gòu)物近接施工對(duì)策手冊(cè)、鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)施工手冊(cè)。這是集某種技術(shù)之大成而編寫的工具書。

由于管理體制的歷史原因,該系列標(biāo)準(zhǔn)以隧道、橋梁等站前專業(yè)為主,現(xiàn)有設(shè)計(jì)(含施工)標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)兩大類別,分別按專業(yè)劃分。日本鐵路基本上是以新干線為主體的,但沒(méi)有專門針對(duì)高速鐵路的規(guī)范,上述規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南都可用于高速鐵路隧道。

3.2 日本鐵路隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在山嶺隧道中,日本目前具有權(quán)威性的規(guī)范就是由土木學(xué)會(huì)編制的《隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書》(2006年版),分別按三大主流施工方法即礦山法、盾構(gòu)法及明挖法分 3冊(cè)出版。本次中日鐵路隧道工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有:

(1)隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書?礦山法(2006)土木學(xué)會(huì)編制

(2)隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書?明挖法(2006)土木學(xué)會(huì)編制

(3)鐵道結(jié)構(gòu)物等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?同解說(shuō)城市暗挖法隧道(2002)鐵道綜合技術(shù)研究所編制

(4)鐵道結(jié)構(gòu)物等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?同解說(shuō)混凝土結(jié)構(gòu)(2004)鐵道綜合技術(shù)研究所編制

(5)山嶺隧道設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)?同解說(shuō)(2008,即原來(lái)的《新奧法指南》)鐵道建設(shè)?運(yùn)輸設(shè)施整備機(jī)構(gòu)編制

(6)礦山法山嶺隧道防水設(shè)計(jì)施工指南(1996)日本隧道協(xié)會(huì)編制

4 中日鐵路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析研究

中國(guó)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范與日本鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范相比較,不論從指導(dǎo)思想、編制方法、內(nèi)容組成、工作成果以及對(duì)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理的指導(dǎo)作用方面,均有較明顯的差別。主要表現(xiàn)在以下方面。

4.1 指導(dǎo)思想

日本國(guó)土交通省于 2002年提出了“土木、建筑設(shè)計(jì)的基本方針”,并以此方針為指導(dǎo)對(duì)鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面的革新。該方針的指導(dǎo)思想有 2個(gè)。

一個(gè)是結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)要從“構(gòu)筑一個(gè)結(jié)構(gòu)物”的思想,轉(zhuǎn)變?yōu)椤案玫厥褂靡粋€(gè)結(jié)構(gòu)物”的思想;也就是說(shuō),結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)要從單純的力學(xué)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅茉O(shè)計(jì),或者說(shuō)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤W(xué)性能為對(duì)象的性能設(shè)計(jì)。

另一個(gè)是結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)必須是包括從勘查、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及營(yíng)運(yùn)全過(guò)程的設(shè)計(jì),即必須把結(jié)構(gòu)物的維修管理納入設(shè)計(jì)中。

日本目前使用的《混凝土標(biāo)準(zhǔn)示范書》、《隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書》、《鐵道結(jié)構(gòu)物等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、《山嶺隧道設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)》、《鐵道結(jié)構(gòu)物等維護(hù)管理標(biāo)準(zhǔn)》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)就是根據(jù)上述指導(dǎo)思想重新編制的。

目前我國(guó)的鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范是以結(jié)構(gòu)物力學(xué)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)編制的。

4.2 編制方法

日本的規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),基本上都是由政府部門(國(guó)土交通省)委托有關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)(如道路協(xié)會(huì)等)或研究單位(如鐵道綜合技術(shù)研究所等)編寫的。受托單位組建由知名學(xué)者、教授、研究人員、公司人員等構(gòu)成的修訂委員會(huì)(下設(shè)各個(gè)專業(yè)委員會(huì))主持修訂、審查工作,經(jīng)過(guò)初稿、征求意見(jiàn)稿、最終稿幾個(gè)階段,最后由國(guó)土交通省將標(biāo)準(zhǔn)以通知的形式發(fā)布。通常約每10年修訂一次;由于伴隨有試驗(yàn)等研究項(xiàng)目,每次修訂費(fèi)時(shí)約 3年。這與我國(guó)規(guī)范的編制方法截然不同。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)體系及內(nèi)容組成

日本隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系比較完善,門類齊全,內(nèi)容詳細(xì)具體,指導(dǎo)性較強(qiáng)。其內(nèi)容大體上由前言、編寫人員名單、目錄、條文及解說(shuō)和參考資料幾部分構(gòu)成。以土木學(xué)會(huì)2006年編寫發(fā)布的《隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書?礦山法》為例,其編寫具有以下特點(diǎn)。

(1)該規(guī)范適用于所有采用礦山法修筑的隧道,如鐵路隧道、公路隧道、水工隧洞及地下鐵道等,而不只是單獨(dú)針對(duì)鐵路隧道。

(2)該規(guī)范是把設(shè)計(jì)、施工合并在一起編寫的。日本的隧道工程界始終認(rèn)為:隧道設(shè)計(jì)的成果是由施工來(lái)實(shí)現(xiàn)的,不管設(shè)計(jì)如何好,但施工不到位或不良也得不到滿意的結(jié)構(gòu)物。因此,把規(guī)范施工行為的準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合在一起,是非常必要的。此外,日本的設(shè)計(jì)施工體制與我國(guó)不同:沒(méi)有獨(dú)立的設(shè)計(jì)單位,設(shè)計(jì)與施工都由一家承包單位承擔(dān),這可能也是在規(guī)范中把設(shè)計(jì)施工合并在一起的一個(gè)原因。

(3)每個(gè)條文緊接著都有一個(gè)比較詳細(xì)的解說(shuō)。規(guī)范的條文比較簡(jiǎn)潔、明確,而解說(shuō)則詳細(xì)地說(shuō)明了條文的“來(lái)龍去脈”,提供了許多確保條文實(shí)施的建議和要求。

(4)參考資料給出了許多研究成果、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及實(shí)用的設(shè)計(jì)方法等,是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分,具有相當(dāng)?shù)氖褂脙r(jià)值。

我國(guó)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系也較完善且層次分明,但我國(guó)的規(guī)范多是原則性的規(guī)定,對(duì)工作的指導(dǎo)性不強(qiáng),這一點(diǎn)與日本規(guī)范有很大的差別。內(nèi)容構(gòu)成上基本相同。但我國(guó)的鐵路隧道、公路隧道、地鐵等不同類別的隧道都有相應(yīng)的規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范也是單獨(dú)分開(kāi)的。

4.4 具體設(shè)計(jì)參數(shù)

4.4.1 圍巖分級(jí)

日本鐵路隧道和公路隧道圍巖分級(jí),充分利用了物探、鉆探等地質(zhì)勘察方法獲得的地質(zhì)數(shù)據(jù),主要依據(jù)定量指標(biāo)(表1)來(lái)分級(jí)。而我國(guó)的圍巖分級(jí)基本上是定性的,缺少定量的指標(biāo),對(duì)圍巖級(jí)別的判定主觀成分較重。

日本鐵路隧道的圍巖分級(jí),比較重視低級(jí)別圍巖和特殊圍巖的劃分,例如Ⅰ級(jí)圍巖細(xì)分為ⅠN、ⅠS、ⅠL三級(jí),特殊圍巖細(xì)分為特 S和特 L兩級(jí)。

建議我國(guó)加強(qiáng)地質(zhì)勘察,充分統(tǒng)計(jì)整理、分析利用獲得的地質(zhì)數(shù)據(jù),建立圍巖分級(jí)的定量指標(biāo)體系,使圍巖分級(jí)更加的科學(xué)、客觀。

4.4.2 設(shè)計(jì)方法

日本規(guī)范中明確規(guī)定了隧道的 3種設(shè)計(jì)方法(即標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式設(shè)計(jì)法、類比設(shè)計(jì)法和解析設(shè)計(jì)法)及其適用條件(表2)、適用范圍(表3)、注意事項(xiàng)等。我國(guó)隧道設(shè)計(jì)雖然也是采用的上述 3種方法,但在什么條件下應(yīng)該采用什么方法,在隧道規(guī)范中沒(méi)有明確規(guī)定。

表2 隧道設(shè)計(jì)方法的適用條件

表3 標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式的適用范圍

4.4.3 單雙線隧道設(shè)置原則

日本新干線隧道一律采用雙線斷面,即使長(zhǎng)度超過(guò) 20km的隧道也是如此。2008年版的《山嶺隧道設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)》甚至都沒(méi)有與單線隧道有關(guān)的內(nèi)容。我國(guó)規(guī)范則要求長(zhǎng)度超過(guò) 10km的隧道分修,采用雙洞單線斷面。

日本新干線是按照列車時(shí)速 250km設(shè)計(jì)的,雙線隧道軌面以上有效凈空面積為 64m2。在相同條件下我國(guó)隧道的凈空斷面積是 92m2,兩者相差甚大。

鑒于我國(guó)的機(jī)車車輛參數(shù)與日本的相差較大,且空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)尚待深入研究,建議維持我國(guó)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不變。

4.4.4 隧道襯砌

(1)材料

日本混凝土的性能指標(biāo)要求符合《混凝土技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。與我國(guó)不同的是:混凝土不是按強(qiáng)度等級(jí)而是用按混凝土的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度值(單軸抗壓強(qiáng)度)來(lái)分級(jí)的,其 18、24、30、40N/mm2大致相當(dāng)于我國(guó)的 C20、C25、C30、C40標(biāo)準(zhǔn)。日本在隧道工程中,混凝土等級(jí)最低采用 18N/mm2,但在大斷面隧道如三車道公路隧道,已經(jīng)改為采用 36N/mm2的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度。噴混凝土等級(jí)與混凝土相同,即最低采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度 18N/mm2。

(2)設(shè)計(jì)原則

在一般情況下,日本的二次襯砌是按照不承載(安全儲(chǔ)備)的原則設(shè)計(jì)的,采用素混凝土。只在特殊圍巖、特殊地形條件下,才考慮二次襯砌承載。我國(guó)隧道的二次襯砌則都是按承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。以凈空跨度10m左右的隧道為例,我國(guó)與日本的規(guī)定比較列于表4。從我國(guó)國(guó)情和目前的施工、管理技術(shù)水平出發(fā),建議暫時(shí)維持現(xiàn)狀不變。

表4 二次襯砌厚度比較 cm

日本隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書對(duì)仰拱異常重視,從 1994年版開(kāi)始就與二次襯砌并列單獨(dú)成章,對(duì)仰拱的形狀、厚度(表5)以及混凝土配比等做出了相應(yīng)的規(guī)定。而我國(guó)規(guī)范僅在隧道襯砌中列出了 1條。通過(guò)客運(yùn)專線隧道的建設(shè),我國(guó)也已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到仰拱在設(shè)計(jì)和施工中的作用,建議進(jìn)一步加強(qiáng)。

表5 新干線鐵路隧道仰拱設(shè)置基準(zhǔn)

4.4.5 隧道防排水

日本沒(méi)有專門的鐵路隧道防排水技術(shù)規(guī)范,對(duì)隧道也沒(méi)有防水等級(jí)的規(guī)定,僅僅在規(guī)范條文中要求隧道襯砌不漏水。在規(guī)范中對(duì)防水、排水的基本方法、材料、適用范圍做了一些規(guī)定,但缺乏具體的性能指標(biāo)。日本隧道主要采用防水板防水,要求防水板具有一定的強(qiáng)度、耐久性和施工性,材料多為 EVA、ECB、PVC這 3種,選定標(biāo)準(zhǔn)如表6所示?；炷恋姆浪阅?日本稱為“水密性”,需要滿足《混凝土技術(shù)規(guī)范》的要求(表7),在隧道規(guī)范中沒(méi)有專門的規(guī)定。我國(guó)要求隧道結(jié)構(gòu)防水達(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),防水板厚度不小于 1.5 mm,都比日本標(biāo)準(zhǔn)高且防排水標(biāo)準(zhǔn)比較齊全,建議維持我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不變。

表6 日本防水板選定的大致標(biāo)準(zhǔn)

表7 日本要求水密性的混凝土容許開(kāi)裂寬度 mm

4.4.6 施工方法

日本規(guī)范是把設(shè)計(jì)、施工合并在一起編制的,針對(duì)不同的圍巖類別給出了建議的施工方法(表8)。他們認(rèn)為:配合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),施工方法也應(yīng)逐步標(biāo)準(zhǔn)化,這也是當(dāng)前設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。日本隧道施工主要采用全斷面法和臺(tái)階法,只有凈空在 12.5m以上的大跨斷面,才考慮采用其他方法。日本隧道標(biāo)準(zhǔn)示范書還給出了不同圍巖類別、不同凈空跨度的隧道洞身、洞口的標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)參數(shù)表(表9),將支護(hù)參數(shù)與凈空跨度、施工方法聯(lián)系在一起,非常方便實(shí)用。目前我國(guó)規(guī)范還沒(méi)有這方面的規(guī)定,建議通過(guò)科研和施工現(xiàn)場(chǎng)的總結(jié)補(bǔ)充完善。

表8 日本圍巖級(jí)別與開(kāi)挖方法的標(biāo)準(zhǔn)

表9 日本新干線隧道標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)參數(shù)

表9僅列出初期支護(hù)參數(shù),因?yàn)槎我r砌是按安全儲(chǔ)備設(shè)計(jì)的,其厚度與圍巖級(jí)別無(wú)關(guān),全部采用30cm。

5 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)比分析研究可見(jiàn),我國(guó)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范與日本規(guī)范在指導(dǎo)思想、編制方法、標(biāo)準(zhǔn)體系、內(nèi)容組成、工作成果等諸多方面存在較明顯的差別?？偟恼f(shuō)來(lái),日本規(guī)范體系完整、內(nèi)容具體、指導(dǎo)性較強(qiáng),我國(guó)規(guī)范雖然體系完全,但原則性的規(guī)定較多,對(duì)工作的指導(dǎo)作用較小。

建議更新設(shè)計(jì)理念,結(jié)合我國(guó)國(guó)情和技術(shù)發(fā)展水平,進(jìn)一步開(kāi)展基礎(chǔ)科學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,逐步完善細(xì)化設(shè)計(jì)指標(biāo),提高規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)、施工的指導(dǎo)作用,促進(jìn)我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)更好更快的發(fā)展。

本次研究工作,承蒙西南交通大學(xué)關(guān)寶樹(shù)教授的熱情指導(dǎo)和大力支持,謹(jǐn)此表示衷心的感謝!

[1]TB10003— 2005,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]TB10621— 2009,高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]TZ204—2008,鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].

[4]TB10119—2000,鐵路隧道防排水技術(shù)規(guī)范[S].