地下工程设计原理与方法作业

绪论部分作业
1．名词解释
地下工程:指地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。
地下建筑:建造在岩层或土层中的建筑。
地下空间:指属于地表以下，主要针对建筑方面来说的一个名词，它的范围很广，比如地下商城，地下停车场，地铁，矿井，军事，穿海隧道等建筑空间。
隧道:在地下工程中，用以保持地下空间作为运输孔道的，称之为隧道。
2．简答题
（1）结构面的类型及其分类
1）原生结构面：指岩体形成过程中形成的结构面和构造面。
原生节理面、流动节理面、接触面、片理、片麻理构造面。非开裂式、结构面间有联结力、强度较高。
2）构造结构面：是岩体形成后，由于地壳构造运动在岩体中产生的各种断裂面。断层面、节理面、层间错动面、劈理面。结构面强度低，可能有填充物
（11）隧道洞口位置的选择原则和指导思想
1）洞口应尽可能的设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方;
2）洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路;
3）洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不致受到偏侧压力；
4）当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去；
3）水文地质特征：包括地下水类型及地下水位、含水层的分布范围及相应的透水系数、水量、补给关系、及其对混凝土的侵蚀性，有无异常涌水、突水等。
4）不良地质地段：影响隧道洞口安全或洞身稳定的不良地质和特殊岩土地段查明其类型和规模以及发生发展的原因，根据其发展的趋势，判明对隧道影响的程度。
（3）隧道爆破后掌子面地质素描的内容
低围压下——张破裂
中等围压下——剪破裂
高围压下——延性变形破坏
（3）单轴压缩时应力-应变曲线的三种形态
三种状态：①线形弹性②应变软化特性③应变硬化特性
（4）抗拉强度、抗剪强度的测定方法
测定岩石抗拉强度的方法：直接拉伸法；棱柱体试件的弯曲；圆柱体的弯曲；圆盘弯曲；液压扩张实验；巴西试验：又称劈裂试验或荷载试验；圆环试验；方形板的径向压缩实验。
缺点：工程大工期长
（5）分析解决平面障碍两种方案的优缺点
沿河傍山绕行的方案：路线增长、桥隧毗邻、工程量大、运营条件差并且常伴有一些不良地质病害工程的出现，施工时极易塌方。
隧道直穿方案：线路顺直平缓、工程单一、可不设急转、没有陡坡、路线行程缩短，运营条件改善而且不受山坡塌方落石的威胁但是工程量大工期长
深堑方案
优点：展线长度比绕行方案略短
缺点：急弯陡坡仍然很多，前述的缺点仍然存在。而且在山顶开挖深路堑时，往往工程量很大，施工困难。若对边坡切削太多时，容易引起塌方落石，需要加强防护。若地下水发育，还会引起滑坡，给以后的列车运行和养护留下防不胜防的隐患。
隧道方案
优点：使线路平缓顺直，不需用较大的坡度，不需设置太多、太急的曲线。今后在长期的运营中，由于技术条件好，可以牵引更大的重量，可以使行驶速度提高，缩短运程，洞内施工不受外界干扰，战争时期也是良好的掩护所。
2）进入和往来的限制
3）能源上的限制
地下空间的优点：
被限定的视觉的影响；地表面的开放空间；有效的土地利用；有效的往来和运输方式；环境与利益；能源利用的节省和气候的控制；地中的季节湿度的差异；自然灾害的保护；市民防卫；安全；噪声和震动的隔离；维修管理。
（5）地下工程优先度的评价指标
（6）.隧道工程的特点:是交通运输线路穿越天然障碍的有效方法；穿越的地质条件复杂多变，工程定位、设计、施工方法要随时作相应调整;施工作业面窄，劳力设备受到限制，工业化、机械化施工要求高；造价昂贵。;
1）自然概况：自然概况调查依地形地貌特征为主，其中包括自然地理，如山脉、水系、地形的陡缓、高程、地表植被、建筑物分布、与地质结构有关的地形地貌特征（如河流形态、阶地、溶蚀洼地、漏斗、峰丛、断层崖、沙丘）等的概括情况
2）工程地质特征：地层、岩性及地质构造特征，着重查清地质构造变动的性质、类型、规模、断层、节理、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系和围岩的基本物理力学性质等。
按空间位置：有水平式、倾斜式和垂直式
按形状：有洞道式和厅房式；洞道式不同的行业有不同的称谓
按埋置深度：有深埋式和浅埋式
按所处位置的介质：有岩石、土和水
按地下工程的建筑方式：分明挖和暗挖
（2）隧道的种类
交通隧道：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下隧道、航运隧道、人行隧道。
水工隧道：引水隧道、排水隧道、导流隧道或泄洪隧道、排沙隧道。
（8）复合式衬砌的支护机理
（9）锚杆的作用
组合、悬吊、挤压加固的作用
（10）锚杆的类型
（11）明洞的类型及适用条件
（12）洞门的作用
1）减少洞口土石方开挖量；2）稳定边仰坡；3）引离地面流水；4）装饰洞口。
（13）洞门的类型及适用条件
（14）隧道附属建筑物的类型
通风建筑物、安全避让设备、防排水设备和电力及通讯信号的安放设备。
测定岩石抗剪强度的方法：直接剪切法；倾斜板间加压的单向剪切法；
（5）三种简单的流变元件的特性
弹性固体；粘性液体；塑性固体
（6）典型的岩石的全应力-应变曲线分为哪四个阶段？
（15）铁路隧道避车洞的类型
大避车洞：目的是为停放线路工作小车或堆放一些必要的材料和器具。净空尺寸为：宽4m，凹入边墙深2.5m，中心高2.8m
小避车洞：主要作用是为人员待避。净空尺寸为宽2m。凹入边墙深1m，中心高2.2m。
（16）铁路隧道防排水的原则
防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理
（17）喷射混凝土的喷射方式
（5）隧道内坡段长度的限制
（6）隧道内相邻坡段的连接方式及要求
第三章作业
1．名词解释
隧道净空：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间
隧道建筑限界：它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线
锚杆：
喷射混凝土：
明洞：用明挖法修建的隧道
2．简答题
（1）曲线隧道净空加宽的原因和方法
原因：车辆通过时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。
3）列车运行在曲线隧洞内，空气阻力比直线隧道大，机车牵引力损失大，降低了运营效率，甚至可能造成溜车事故；
4）列车在曲线上行驶，产生了离心力，再加上洞内空气潮湿，使得钢轨磨损加速，从而使洞内的养护工作量增大；
5）曲线隧道洞身弯曲，洞壁对气流的阻力加大，使通风条件变坏，有害气体不易排出；
6）运营中为了保证隧道建筑限界的要求和正常的行车条件，需要经常检查线路平面和水平，曲线隧道也较直线隧道增加了维护作业量和难度；
围岩：是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指对隧道稳定性有影响的那一部分岩体
蠕变：在常应力作用下随时间而缓慢增长的应变。
松弛：在常应变作用下，应力随时间而逐渐衰减
风化作用：地表岩石在大气、温度、水和地表岩石在大气、温度、水和生物的联合影响下，使岩石的物理性质或化学成分发生改变的地质作用
溶蚀：
地层岩石分布、岩层走向、倾角；固结程度、风化及变质程度、软硬程度；裂隙方向及频率、充填物及性质；断层位置及走向、倾角及破碎程度；涌水位置及涌水量；坍塌位置及形态。
（4）分析克服高程障碍三种方案带宽敞）
优点：工程容易，工期较短，工程费用也较少。
缺点：延长线路，增加日后长期的运程；线路弯道增多，曲线半径也可能减小，使日后长期的运行条件变坏，行车速度和牵引定数都会有所降低。技术改造困难。当绕行方案靠近山坡，地质条件复杂时，工程困难程度也交大。
3）次生结构面：指在外营力作用下产生的风化裂隙面及卸荷裂隙面等。张裂隙、结构面不平坦
（2）岩石在单轴和三轴压缩下的破坏形式
岩石在单轴压缩下的破坏形式
劈裂破坏：在垂直压应力方向产生的拉断破裂。如坚硬脆性岩石的破坏。
对顶锥破坏：形成X型剪切破坏。如软质塑性岩石的破坏
剪切型破坏：斜剪
三轴压缩下试件的破坏形式
7）由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变得复杂，精度也有所降低。
（2）曲线隧道设计应注意的问题
1）应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，且将曲线设置在隧道洞口附近为宜，使曲线的影响小一些；
2）在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。因为缓和曲线在平面上半径总在改变，竖向的外轨超高也在变化，这样在双重变化下，列车行驶不平稳，所以应尽可能将缓和曲线设在洞外；
（2）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法
（3）隧道衬砌断面的初步拟定应考虑的因素
（4）隧道支护方式
（5）隧道衬砌的型式
直墙式衬砌和曲墙式衬砌两种形式
（6）隧道衬砌的类型
整体式模筑混凝土衬砌、装配式衬砌、喷锚支护、复合式衬砌。
（7）喷锚支护的特点
它与围岩密贴、支护及时、柔性好、同时封闭了围岩壁面，防止风化，并能封闭围岩的张性裂隙和节理，提高围岩的固有强度，控制围岩的变形，充分调动了围岩本身的自稳能力，从而更好地起到支护作用。另外，喷锚支护有效利用了洞内净空，提高了作业的安全性和作业效率，并能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖，还能用于整治塌方和隧道晨起的裂损。
5）为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不宜使山体扰动太甚，也不宜使新开出的暴露面过大。
第二章作业
1．名词解释
2．简答题
（1）曲线隧道的缺点
1）曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需要加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增加了开挖土石数量，而且增加了衬砌的圬工量；
2）在不同曲率曲线上的隧道建筑限界加宽不同，隧道的断面是变化的，因而施工时，支护和衬砌的尺寸不一致，技术上较为复杂；
市政隧道：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。
矿山隧道：运输巷道、给水隧道、通风隧道。
（3）地下空间的特性
构造特性：空间性、密闭性、隔离性、耐压性、耐寒性、抗震性；