(4)不同压力理论地层分层和加权计算对比与分析
根据北京地铁的断面情况，采用不同压力理论， 按照覆土深度内各地层物理力学指标加权平均以及 各地层分段计算，由计算结果可知，在北京地铁矿 山法区间隧道埋深和地层实际条件下，不同的土层 压力理论结果相差明显，并随埋深的增大，其差异 更加显著。以全土柱压力最大，泰沙基压力最小， 比尔鲍曼和谢家烋理论结果居中。分层地层的计算， 对物性指标加权平均的单一地层计算时，比尔鲍曼 和泰沙基理论与实际分层计算差异显著，而对全土 柱和谢家烋理论差异较小。
从图及设计实践中存在以下一些问题 ：
a.深浅埋分界取为(1~2)D(D为隧道跨度)是否合适？ 这个范围值该如何选取？
b.取2D或2h为深浅埋分界，浅埋时用全土柱荷载， 深埋时用泰沙基理论或普氏理论，必然出现分界处 呈锯齿形，压力陡降，让设计者很难处理，深度稍 微变大，竖向地层压力反而降低，地层的挟制作用 本来应是逐渐加大的，将渐变采用突变来处理并不 合理，如何解决？
地铁矿山法区间隧道结构设计方法研究
汇报内容
1.合同规定的主要研究内容 2.区间隧道地层物理力学参数统计分析 3.区间隧道覆土压力荷载的确定 4.矿山法区间隧道支护强度设计方法 5.矿山法区间隧道支护刚度计算方法 6.矿山法区间隧道衬砌结构设计计算方法 7.区间隧道结构温度应力伸缩缝计算分析 8.矿山法区间隧道施工阶段设计方法 9.主要研究成果及结论
(3)地层物性指标统计分析
在VFP北京地铁地质资料数据库的基础上，按 地层编号提取各主要物性、地下水位、埋深等数据 表，按统计学的原理进行统计分析，并给出具体统 计特征，为后续研究工作奠定基础。完成了：
①地层分层厚度统计特征 ②地层天然密度统计特征 ③内聚力统计特征
④内摩擦角统计特征 ⑤压缩模量统计特征
1.合同规定的主要研究内容
(1)北京地铁矿山法区间隧道不同条件下合 理设计模式研究；
(2)北京地铁矿山法区间隧道结构可靠度设 计研究；
(3)北京地铁矿山法区间隧道施工阶段设计 方法研究 。
2.区间隧道地层物理力学参数统计分析
(1)区间隧道地层资料工程名称
北京地铁四号线、五号线和十号线共有车站 71座、区间68座，收集到的地质资料车站37座，区 间工程36座，共73座，占总工程数的52.5％。结构 资料仅收集了部分矿山法区间隧道初步设计的纵横 断面图，共25座占区间总数的36.8％。
(2)地质资料的数据库
采用VFP建立地铁四、五和十号线地质资料数 据库，建库中统一地层编号，统一后的地层编号如 表1-4所示 。
各录入界面录入的数据，由数据库读入统一、 库容量达3万余条 。
层号
③3 ③4 ③5 ④
④1 ④3 ④4 ④5 ⑤
⑤1 ⑤2 ⑤3 ⑤4 ⑥
c.不论埋深情况均采用γH全土柱公式，则地层压
力明显偏大，必将带来不经济的设计；采用泰沙基 公式时，深埋结果是否会得出不安全的设计？此问 题值得重视。
通过对北京地铁四号线、五号线和十号线的结构 设计资料分析与整理，设计中大多遵循2倍洞室跨 度为深浅埋分界，低于2倍洞室跨度时采用全土柱 荷载，高于2倍洞室跨度时采用泰沙基公式，这样 上述问题就不可避免。
c.比尔鲍曼和泰沙基理论的有关规定
(a)用比尔鲍曼公式，但H增加到σv趋于常数时即 为深埋，不必分界。粘性土，c、φ都计；砂土只 计φ ，不计c。
(b)用泰沙基公式，H≥5B，σv ＝常数 。
③目前的习惯 a.埋深较浅时地层荷载按全土柱。 b.埋深较大时按泰沙基公式进行修正折减； c.埋深多大开始修正折减由各人经验，并不统一。
⑥1 ⑥2 ⑥3 ⑦
⑦1 ⑦2
表 1-4 统一的地层编号与地层名称
岩层名称
层号
填土
⑦3
粉土、粘土、粉质粘土
⑦4
粉细砂
⑦5
中粗砂
⑧
卵石圆砾
⑧1
粉土、粉质粘土
⑧2
粘土
⑧3
粉细砂
⑨
中粗砂
⑨1
圆砾
⑨2
粘土、粉质粘土
⑨3
粉土
⑨4
粉细砂
⑩
中粗砂
⑩1
圆砾
⑩2
卵石、圆砾
⑩3
中粗砂
⑩4
粉细砂
⑾
粉土
⑾1
粉质粘土
⑾2
粘土、粉质粘土
⑥泊松比统计特征
⑦基床系数统计特征
⑧隧道覆土埋深统计特征(平均覆土深度为 12.75m，最大19.31m，最小4.6m)
３.区间隧道覆土压力荷载的确定
(1)地铁设计规范关于地层荷载的规定及存 在的问题
① 地铁设计规范关于地层荷载的规定
地铁设计规范中解释：一般情况，石质隧道， 可根据围岩分级，依工程类比确定围岩压力；填土 隧道及浅埋暗挖隧道一般按计算截面以上全部土柱 重量考虑；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普氏公式 或其它经验公式计算 。
⑾3
粉土
⑾4
粉细砂
⑿
细中砂
⑿1
卵石、圆砾
⑿2
粉细砂
⑿3
细中砂
岩层名称 中粗砂 粉土 粘土、粉质粘土 粉土、粉质粘土 粉质粘土 细中砂 中粗砂 卵石、圆砾 粉细砂 中粗砂 粉质粘土 粉土 粘土、粉质粘土 粉土 中等风化砾岩 强风化砾岩 粉细砂 粉质粘土 粉细砂 中粗砂 粉土 卵石圆砾 粉质粘土 粘土 粉土 细中砂
④压力理论地层压力的比较及存在问题
以北京地铁十号线矿山法区间标准段隧道断面
(6.0m×6.33m，宽×高)为例，采用各种不同公式
计算竖向地层压力，得出地层压力值随埋深的关系，
如图所示 。
竖向荷载
全土柱理论 泰沙基理论 比尔鲍曼理论 谢家修理论 铁路隧规 普氏
2D(12m)
2hs
埋深h
图 不同压力理论地层压力与埋深的关系
土 压
度 土 压 力 计 算 结 果 如 图 2-
1。
谢家烋公式 全土柱
规范深埋公式
h0
2.5h0
图2-1 铁路隧道围岩压力
埋深
b.日本的有关规定
(a)如果覆土厚比隧道外径小(H＜D)，用全土柱 压力。
(b)在粘性土中全土柱作垂直压力 。 (c)在砂土和硬粘土中，若覆土厚度比外径大许多
倍(H>>D)，取“松弛土压”，按泰沙基公式计算 。
② 深浅埋分界及土压力的有关规定
a.我国隧道有关规定
地下铁道设计规范没有深浅埋分界的具体规定。 铁路隧道设计规范以统计隧道坍落拱高度为基础，
埋 深 H≤h0 时 用 全 土 柱 ，
埋 深 h0＜H≤(2~2.5)h0时 用 谢家烋公式，埋深H＞
竖 直
(2~2.5)h0 时 用 γh0 ， 不 同 深