隧道工程课后习题答案-中南大学-彭立敏

0 绪论
【隧道按使用功能分类时有哪些
交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道
【交通山岭隧道的主要功能及特点功能：既可使线路顺直，避免许多无谓的展线，缩短线路，又可以减小坡度，使运营条件得以改善，从而提高牵引定数，多拉快跑。

特点1.克服高程障碍2.裁弯取直(缩短线路) 3.避开不良地质地段4.避开其他重要建筑或工程等
第一章
【越岭隧道选择位置时要考虑的主要因素是什么？
（1）垭口位置的选定：从地形上考虑，隧道宜选在山体比较狭隘的鞍部即垭口附近的底部通过，因为垭口处的山体相对较薄，隧道的穿越长度较短，有利于降低工程投资，但地质条件对垭口位置影响也较大，应优先选择地质相对较好的垭口。

（2）隧道高程的确定：综合考虑工程造价和运营效率等要素对隧道进行比选，给出最佳方案。

【选择洞口位置时应遵循的原则是什么？其工程意义是什么？原则：早进晚出。

工程意义：在决定洞口位置时，为了施工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞，虽然使隧道长了些，但却较安全可靠。

应把握好合理的边、仰坡的坡率、和刷坡高度的衡量尺度，科学合理的选择洞口位置。

【能否解释隧道纵坡的形式、适用条件及限制坡度？
纵坡的形式：单坡和人字坡。

适用条件：（1）单坡。

多用于线路的紧坡地段或是展线的地区及河谷隧道中，可以争取高程。

（2）人字坡。

多用于越岭隧道、大长隧道，尤其是越岭隧道。

限制坡度：对于车辆的行驶，线路的坡度以平坡最好，既不要冲坡也不要带制动行驶，产生的废气最少，这对于封闭的隧道是最有利的，为满足排水需要，最小坡度不宜小于3‰，一般情况下，最大坡度不宜大于3﹪。

对于铁路而言，不同的线路等级有不同的限坡，隧道内线路的最大允许坡度应在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数。

第二章
【隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。

【隧道建筑限界：为了保证隧道内各种交通工具的正常运行与安全，规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围
【隧道衬砌有哪些类型？各自的适用条件是什么？
1）整体式混凝土衬砌：是指就地灌注混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。

模筑衬砌的特点是：对地层条件的适应性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等。

整体式混凝土衬砌又分为整体式混凝土直墙式和曲墙式衬砌两种形式。

整体式混凝土直墙式：适用于地质条件比较好，属于我国交通隧道围岩分级中的I、II、III级围岩。

曲墙式衬砌：适用于地质比较差，岩体松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的情况。

2）拼装式衬砌：是指由若干在工厂或现场预先制备的构件运入坑道内，然后用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。

由于拼装式衬砌存在着一些缺点，目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中应用，在我国铁路和公路隧道上，未能推广使用。

3）锚喷支护：喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌合料和水混合为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成。

在围岩不够稳定时，可加设锚杆和金属网，构成一种支护形式，简称喷锚支护。

适用范围广，并能适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。

4）复合式衬砌：把衬砌结构分成不止一层，在不同的时间上先后施作的。

可广泛应用于各种隧道工程中，多用于公路隧道中。

5）连拱衬砌：就是将两隧道之间的岩体用混凝土取代，或者说是将隧道相邻的边墙连接成一个整
体，形成双洞拱墙相连的一种结构形式。

一般只适用于长度不超过500米的短隧道。

【隧道洞门的作用、结构类型及其适用条件。

作用：减少洞口土石方开挖量，稳定边坡，引离地表流水，装饰洞口。

结构类型：①洞口环框：当洞口石质为坚硬而稳定的I级围岩，地形陡峻而又无法排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。

②端墙式洞门：适用于地形开阔，岩质基本稳定的I~III级围岩地区，支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。

③翼墙式洞门：当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门意外，增加单侧或双侧的翼墙，
即翼墙式洞门。

④柱式洞门：当地形较陡，地质条件较差，仰坡有下滑的可能性，而又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加断墙的稳定性。

⑤台阶式洞门：当洞门处于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外漏坡长，可以将端墙
一侧顶部改为逐步升级的台阶形式。

⑥斜交洞门：当线路方向与地形等高线斜交时，也可将洞门做成与地形等高线一致，使洞门左右可以仍保持
近似对称。

⑦削竹式洞门：当隧道洞门段有一节较长的明洞衬砌时，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大时地形相对比较对称和不太陡峻，可采用削竹式洞门。

【明洞的结构类型及其适用条件。

采用最多的是拱式明洞和棚式明洞。

拱式明洞：当洞口的地形或地质条件难于用暗挖的方法修建隧道时，唱唱需要修筑拱式明洞来防护。

按照它所在的地位可以分为：①路堑式拱形明洞：又可以分为对称式和偏压式。

对称式使用于路堑式边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建的隧道。

偏压式明洞适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。

②半路堑式拱形明洞：在傍山隧道的洞口或傍山线路上，一侧边坡陡立且有塌方、落石的可能，对
行车安全有威胁时，或隧道必须通过不良地质地段而急需提前进洞时，都宜修建半路堑式拱形明洞。

又分为偏压斜墙式和单压耳墙式。

偏压斜墙式适用于地形倾斜，低侧处路堑有较宽的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。

单压耳墙式适用于外侧地形低下，不能保持回填土的天然稳定坡度，或是按天然稳定坡度则边坡将延伸很远时的情况。

棚式明洞：当山坡的塌方、落石数量较少，山体侧向压力不大，或因地质、地形限制，难以修建拱式明洞时可以采用。

又分为盖板式、钢架式和悬臂式三种。

盖板式：当基岩层完整，坡面较陡，地下水不大，采用重力式内墙开挖量较大时，可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。

钢架式：当地形狭窄，山坡较陡，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，为了使基础置于基岩上且减少基础工程，可采用钢架式外墙。

悬臂式：对稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况，可修建悬臂式棚洞。

第三章
【公路隧道的附属建筑有哪些？
紧急停车带，行人、行车横洞和预留洞室，运营通风建筑物，运营照明设施。

【隧道通风方式：纵向式通风（射流式通风风道式集中排气式）半横向式通风全横向式混合式第四章
【围岩及围岩分级的定义是什么？P73, P79
围岩：是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体。

围岩分级：根据一个或几个主要指标将无限的岩体划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩归为一类，将全部围岩划分为若干类，这就是隧道围岩稳定性分类，或简称为围岩分类。

【岩体应力应变曲线：压密阶段弹性塑性破裂破坏
【简述围岩压力的定义及其影响因素。

P87
围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。

影响因素：通常可以分为两类，一类是地质因素，它包括原始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等；另一类是工程因素，它包括施工方法、支护设置时间、支护本身刚度、隧道断面形状等。

【围岩分级方法今后的发展趋势分级应主要以岩体为对象分级宜与地质勘探手段有机地联系起来分级要有明确的工程对象和工程目的分组宜逐渐定量化
【围岩分级因素：岩石坚强程度岩石完整性地下水初始地应力
【深浅隧道如何划分？P92
【简述深、浅隧道围岩松动压力的确定方法。

P88,P93
深埋隧道围岩松动压力的确定方法：1，我国隧道审计规范所推荐的方法。

根据隧道结构按破损阶段法或概率极限状态法设计的不同而采用不同的公式。

2，普氏理论。

按普氏理论算得的围岩松动压力，对软质围岩来说比实际情况偏小，对坚硬围岩则偏大，一般在松散、破碎围岩中较为适用。

3，泰沙基理论。

浅埋隧道围岩松动压力的确定方法：计算浅埋隧道围岩松动压力分两种情况，一种是隧道埋深h等于或小于等效荷载高度，因上覆岩体很薄，滑动面上的阻力很小，为安全起见，计算时可省略滑面上的摩擦阻力，则围岩垂直匀布压力为：,围岩水平匀布压力按郎金公计算。

另一种是隧道埋置深度h大于等效荷载高度，在计算围岩压力时，必须考虑滑面上阻力的影响。

第五章
【隧道结构体系的计算模型有哪些？特点？1.结构力学模型特点：以支护结构作为承载主体围岩对支护结构的作用间接地体现为1.围岩压力2.围岩弹性抗力采用结构力学方法计算适用于：模筑砼衬砌2.岩体力学模型特点：支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且围岩作为承载主体支护结构约束围岩变形采用岩体力学计算方法围岩体现为形变压力适用于：锚喷支护
【简述直刚法基本原理和计算步骤矩阵位移法又叫直接刚度法，它是以结构节点位移为基本未知量，连接在同一节点各单元的节点位移应该相等，并等于该点结构节点位移，同时作用于某一结构节点的荷载必须与该节点上作用的各单元节点力相平衡
【简述隧道洞门检算时检算部位的选取及具体检算内容计算选取不利位置进行1.柱式、端墙式洞门
2.有挡、翼墙的洞门（翼墙式洞门偏压式洞门）内容:墙身偏心及强度、绕墙趾的抗倾覆性、沿基地
滑动的稳定性以及基地压应力
第六章隧道施工方法
【导坑定义和作用：定义：先行开挖，为后续开挖提供施工便利的坑道。

作用：1.为后续工作面创造临空面，提高爆破效果2.查明前方地质情况3.排除地下水4.铺设三管两线：水管压缩风管通风管电线运输线5.改善施工通风条件
【隧道工程施工特点：1.施工全过程受制于地质条件2.大型隐避工程3.施工环境差4.多处偏远山区
5.工作面很少
6.施工不受气候影响
【隧道施工方法：1.矿山法（传统新奥）2.明挖法3.掘进机法4.盾构法5.沉管法6.顶进法
【影响施工方法因素：1.工程重要性2.工程地质与水文地质条件3.施工技术水平4.施工动力和原材料供应情况5.工程投资和运营后社会效益和经济效益6.对环境保护要求7.施工单位习惯做法
【新奥法的施工方法有？它们各自的特点及适用条件？
1）全断面法其优点是：工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于开展大型机械化施工；开挖一次成型，对围岩的扰动次数少，有利于围岩的稳定；施工进度快，这是矿山法中进度最快的方法。

全断面法原则上适用于Ⅳ~Ⅰ级围岩中的铁路单线隧道、Ⅲ~Ⅰ级围岩中的铁路双线和公路双车道隧道；必须具备大型施工机械；隧道长度或施工区段长度不宜太短，否则采用机械化施工的经济性差，根据经验，这个长度不宜小于1km。

2）台阶法，分为：①长台阶法，②短台阶法，③超短台阶法。

其共同特点是初期支护能尽快闭合。

长台阶法适用范围较全断面法广泛，当全断面缺乏大型机械，或者短隧道施工调用大型机械不划算时，都可以考虑改用长台阶法，长台阶法一般用于Ⅲ~Ⅰ级围岩中的双线铁路隧道，或Ⅳ级围岩中的单线铁路隧道，以及公路隧道中开挖宽度相当的隧道。

短台阶法缺点是长度有限，出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业，可以用于稳定性较差的围岩，主要用于Ⅴ、Ⅳ级围岩。

超短台阶法适用于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在爆破施工难度较大的地层（如膨胀性围岩、土质地层等）中采用。

3）分部开挖法，分为：①环形开挖留核心土法，②单侧壁导坑法，③双侧壁导坑法。

环形开挖留核心土法（台阶分部开挖法、留核心土法）主要优点：①开挖工作面稳定性较好。

②施工安全性好。

③施工速度可加快。

适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。

单侧壁导坑法主要优点是明显地提高了
围岩的稳定性，缺点是提高工程的造价。

适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。

双侧壁导坑法特点是施工安全，但进度慢，成本高。

适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大，或因环境要求，对地表沉陷需严格控制时。

4）其它施工方法。

中隔墙法（简称“CD”法）和交叉中隔墙法（简称“CRD”法），适用于软弱地层的施工方法，特别是对于控制地表沉陷有很好的效果，一般主要用于城市地铁隧道施工中。

【与传统矿山法比，新奥法有什么优势?新奥法与传统矿山法相比，除了能节省大量木材外，还能及时施作，因而能有效的控制围岩变形，并充分发挥围岩的承载能力。

强调闭合支护使得新奥法更符合岩体力学的原则，有利于稳定围岩；控制爆破比常规爆破要优越得多，它能按设计要求有效的形成开挖轮廓线，并能将爆破对围岩的扰动降低到最低的程度，新奥法的分块在同样的条件下都要少于传统的矿山法，这是因为采用了喷锚支护的缘故。

同时，因为没有了矿山法中纵横交错的密布的木支撑，使得新奥法施工的工作空间大为阔展，给施工创造了有利条件。

【什么是辅助施工措施？具体有哪些？哪些属于预加固？哪些属于预支护？在钻爆法施工过程中，隧道随时可能会遇到开挖工作面不能自稳，，或地表沉陷过大的情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取一定的工程措施对地层进行支护或预加固。

称之为辅助施工措施。

具体分为预加固和预支护。

其中，预支护措施有：预留核心土，喷射混凝土封闭开挖工作面、超前锚杆(亦可用小钢管)、管棚、临时仰拱封底。

预加固措施有：预注浆加固地层、地表锚喷预加固。

而兼有预支护和预加固双重作用的有超前小导管注浆。

【洞口段施工最关键的工序是什么？可以采用的主要施工方法有哪些？洞口段施工中最关键的工序就是进洞开挖。

可以采用的主要施工方法有：1、全断面法进洞2、台阶法进洞3、其它进洞方法【隧道遇到溶洞时的处理方法？159
隧道遇到溶洞常用的处理方法有四种：“引、堵、越、绕”
引，遇到暗河或者溶洞有水流时，宜排不宜堵。

应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵管或小桥等设施宣泄水流，或开凿泄水洞将水排出洞外。

2)堵，对已停止发育、路径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部。

3)越，当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础通过。

隧道底部遇有较大溶洞并有水流时，可在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，支承结构，跨越而过，在承重墙内应套设涵管引排溶洞水。

隧道过墙部位遇到较大、较深溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。

隧道穿过大型溶洞，情况复杂时，可根据情况，采用边墙梁、行车梁等，由设计单位负责进行特殊设计后再施工。

4)绕，个别溶洞处理耗时且困难时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续进行隧道前方的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。

绕行开挖迂回导坑时，应于溶洞保持一定的间距，以防止洞壁失稳。

第九章新奥法
【简述新奥法的基本概念。

P218
新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。

【新奥法原理的要点1.承载体系：支护结构+围岩2.少扰动围岩3.既允许又限制围岩变形4.复合衬砌式5.初期支护应尽量做成柔性的6要尽可能使结构圆顺7.进行有效的监控量测8.通过“排堵措施”解决衬砌渗水
【新奥法三大要素：控制爆破喷锚支护监控测量三项作业：开挖初次支护二次支护
【判定围岩稳定性的必要条件和充分条件是什么？
满足岩体的强度条件是围岩失稳和破坏的必要条件，满足围岩的变形条件是造成围岩失稳破坏的充分条件。

【以图10为基础，简述围岩与支护结构的相互作用关系
1）隧道开挖后，如支护特别快且支护刚度又很大，没有或很少变形，则在图中A点取得平衡，支护需提供行很大支护力Pamax，围岩仅负担产生弹性变形U0的压力Pa－Pamax，故刚度大的支护是不合理的（不经济）。

2）如隧道开挖后不加支护，或支护很不及时，也就是容许围岩自由变形。

在图中是曲线DB，这里洞室周边位移达到最大值Umax，支护压力Pa很小或接近于零。

这在实际中也是不容许的，因为实际上周边位移达某一位移(如Ud)时，围岩就会出现松弛、散落、坍塌的情况。

这时，围岩对支护的压力就不是形变压力，而是围岩坍塌下来的岩石重量，即松动压力，此时，已不适于作喷锚支护，只能按传统施工方法施作模注混凝土衬砌。

3）较佳的支护工作应当在D点以左，邻近D点处，在图中的E点。

在该点附近即能让围岩产生较大的变形（U0+UE），较多的分担岩体压力（P0－PE）,支护分担的变形压力较小（PE），又保证围岩不产生松弛、失稳，局部岩石脱落、坍塌的现象。

合理的支护与施工，就应该在该店附近。

实际施工中，一般是分二次进行支护，第一次在洞室开挖后，尽可能及时进行初期支护和封闭，保证周边不产生松弛和坍塌，并让围岩在有控制的条件下变形，通过对围岩变形的监测，掌握洞室周边位移和岩体支护变形情况，待位移和变形基本趋于稳定时，再进行第二次支护（达到图中C点的附近），随着围岩和支护的徐变、支护和变形压力将发展到pE，支护和围岩在最佳工作点E处共同承受围岩形变压力，围岩承受的压力值为（p0－pE），支护承受的压力值为pE，支护承载力尚有值为（pk－pE）的安全余量。

【简述喷射混凝土施工方法及工艺流程。

喷射混凝土的施工方法有干喷，潮喷，与湿喷。

其中，干喷是将砂，石，水泥按一定比例干拌均匀投入喷射机，同时加入速凝剂，用高压空气将混合料送到喷头，再在该处与高压水混合后以高速喷射到岩面上。

潮喷是将砂、石料预加水，使其浸润成潮湿状，再加水泥拌和均匀，从而降低上料和喷射时的粉尘，其工艺流程同干喷。

最后湿喷是用湿喷机压送拌和好的混凝土，在喷头处添加液态速凝剂，再喷到岩面上。

工艺流程：喷射混凝土的施工准备；施喷作业；喷射混凝土的养护；钢纤维喷射混凝土工艺。

【简述锚杆的支护效应与锚杆类型的特点。

锚杆的支护效应一般有以下几种（1）悬吊效应（2）组合梁效应（3）加固效应。

锚杆种类有以下几种：1、机械式锚杆，这种锚杆结构构造简单、容易加工、施工安装方便。

2、粘结式锚杆，特点是：在整个钻孔壁上岩体与杆体紧密连结，具有较高的锚固力，抗冲击和抗震动性能好，对围岩的适应性强，而且结构简单，加工、安装方便，价格便宜。

3、自进式中空注浆锚杆,该锚杆具有抗剪强度高，防塌孔，注浆饱满，操作简便施工快速和锚固质量好的优点。

目前在隧道施工中被广泛应用。

【简述隧道监控量测的目的、内容与方法。

隧道监控量测的目的是：1）为设计和修正支护结构形式和参数提供依据。

2）正确选择开挖方法和施作时间。

3）为隧道施工和长期使用提供安全信息。

4）是研究新奥法机理和设计理论的重要任务途径。

内容和方法：1，工程地质与支护状况的观察。

2，隧道地表沉降量测，所用的方法是在地表测试范围内埋设沉降量测点，用精密水准尺进行水准测量，没出沉降值。

3，隧道净空变化（收敛）量测，位移量测采用隧道净空变化测定计（称收敛计）来进行。

4，围岩内部位移量测，本量测采用
位移计测量。