隧道工程理论知识

e2
(141 .6 24 8) tan2 (45
36 0 20
)
=86.6
Kpa
第 5 章 作业 3 1. 隧道结构的受力特点？隧道结构体系的概念？ 2. 试绘出半衬砌拱圈的弯矩图和轴力图的大致形状。
3. 什么是围岩弹性抗力？计算模型中有哪几种处理方式？温氏假定与它有什么关系？
4. 已知作用在衬砌基底面上的轴力 N=870KN，弯矩 M=43.5KN.m,墙底厚度 h=0.6m，围岩抗 力系数为 150MPa/m。试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。
3. 某隧道埋深为 30m，围岩为Ⅴ级，净宽为 12m，净高为 10m，围岩天然容重 20KN/m3，试计 算该隧道围岩压力。 4. 沙性土质隧道，埋深 h=40m，围岩容重γ＝20KN/m3，内摩擦角φ＝280，隧道宽 6m，高 8m，试确定围岩压力。
5. 某隧道内空净宽 6.4m，净高 8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦 角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为 3m、7m、15m 处的围岩压力。
e 0.15q =6.5 Kpa
3. 某隧道埋深为 30m，围岩为Ⅴ级，净宽为 12m，净高为 10m，围岩天然容重 20KN/m3，试计 算该隧道围岩压力。
解： 1 0.1(12 5) 1.7
q 0.45 251 0.45 16 20 1.7 244 .8 Kpa
hq
q
解：岩石坚固性系数 fkb =12/10=1.2，
a1
B 2
Ht
tan(450
) 2
3
8 tan(450
0 2
)
7.08m
h a1 压力拱高 h 为 1.2 =5.9m
隧道顶部垂直压力 q h =24×5.9=141.6 Kpa
e1
141 .6 tan2 (450
360 ) 2 =36.76
Kpa
E 9.5cm 15cm ， d (W1 W2 ) / 2 12.5cm ，曲线加宽W3 W1 W2 40cm
则：内侧加宽W1 =32.5cm，外侧加宽W2 =7.5cm。
由“隧限—2A”的图 3-4-2（教材）所示：隧道起拱线处曲线半径为 2.44m。 则对该隧道，不侵限的条件为： 外侧：2.44+7.5/100=2.515m；内侧：2.44+32.5/100=2.765m 因此：DK23+15、DK23+20、DK23+25 外侧都不侵限； DK23+15 内侧不侵限，DK23+20、DK23+25 内侧侵限。
5. 一对称等厚平拱，衬砌厚度为 50 cm，已知内力如下图示，墙底抗力系数 Kd=350 MPa/m, 请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中 1、2、3 为截面编号)。
4.解：运用温氏假定解之。
①
N h
780 0.6
2.解：
E 0.76 V 2 0.76 120 2 10.94cm 15cm
外轨超高值为：
R
1000
W1
内侧加宽值为：
4050 R
2.7E
4050 1000
2.7 10.94
33.6cm
W
外侧加宽值为：
2
4400 R
4400 1000
4.4cm
总加宽值为：W3 W1 W2 33.6 4.4 38.0cm
6.一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深 40m，围岩岩石容重γ＝23KN/m3，内摩檫角φ＝ 360，岩石抗压强度 Rb =8Mpa，隧道宽 6m，高 8m，使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压力。
7. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深 50m，围岩容重γ＝24KN/m3，φ＝360，岩体抗
压强度 Rb=12Mpa，隧道宽 6m，高 8m，试确定围岩压力。 答案： 1. 某公路隧道进口 30 米处围岩是 IV 级，容重 25kN/m3，开挖断面宽度 12 米，净高为 8m， 隧道上覆岩体厚度 8 米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？
桩号 DK23+15 DK23+20 DK23+25
表1 外侧宽/m 2.53 2.54 2.545
内侧宽/m 2.77 2.76 2.75
2、某单线铁路隧道位于圆曲线半径 R=1000m，缓和曲线长 Lc=100m 的曲线上，曲线全长 L=309.44m，隧道进口桩号 DK27+844，出口 DK28+344，ZH 点桩号 DK27+958，设计最高行车 速度为 120km/h。 试计算隧道加宽值 W，中线偏移值 d，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线和隧道中 线的关系。 1.解：
什么？ 9、 公路隧Hale Waihona Puke Baidu建筑限界包含哪些内容？ 10、 隧道衬砌断面设计的原则是什么？
计算题 1、某隧道位于半径 R=800m 的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线加宽 40cm，中线偏移值 d=12.5cm，外轨超高值 E=9.5cm，隧道竣工后，测得 DK23+15、DK23+20、 DK23+25 各起拱线处内外侧宽值如表 1 所示，试按隧限—2A 计算各点侵限情况。
1 0.1(6.4 5) 1.14
q 0.45 241 0.45 8 20 1.14 82.08 KPa
hq
q
82.08 20
4.104 m
H q (2 ~ 2.5)hq (2 ~ 2.5） 4.104 （8.208 ~ 10.26）m
埋深 3m 时，属于浅埋。
q h(1 h tan ) B =143.67 KPa
e1 h =19.8KPa
e2 H =42.42 KPa
埋深 15m 时，属于深埋。 q hq =82.1KPa，e=(12.3～24.6)KPa
6.一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深 40m，围岩岩石容重γ＝23KN/m3，内摩擦角φ＝
中线偏移值为： d (W1 W2 ) / 2 (33.6 4.4)2 14.6cm
则分段里程：
d总 与 d偏 断面：ZH 点 DK27+948～＋993
d总 / 2 与 d偏 / 2 断面： DK27+993～出口 DK28+344
示意图如下：
第四章 习题：
1、隧道衬砌的类型及适用条件？ 2、洞门有何作用，有哪些洞门形式，适用于什么地质条件？ 3、什么是明洞？试述明洞的结构类型、受力特点和适用条件？ 4、如何做好隧道的防水与排水？ 5、避车洞布置的原则是什么？其底面标高是如何确定的？ 6、高速铁路隧道出口设置缓冲结构的原因是什么？有哪些相应的工程措施？ 7、某单线曲线隧道，设计行车速度 160km/h，位于 II 级围岩内，采用直墙式衬砌， 衬砌厚度为 40cm，加宽值 W=30cm，中线偏距 d=10cm，线路上部建筑为次重型，试查表确定 其主要尺寸，并绘制衬砌施工断面图。 7.见教材图 4-1-4，设计参数见表 4-1-1
解： 1 0.1(12 5) 1.7
q 0.45 241 0.45 8 25 1.7 153 Kpa
hq
q
153 25
6.12m
H q (2 ~ 2.5)hq (2 ~ 2.5） 6.12 （12.24 ~ 15.3）m >8m
属于浅埋隧道。
2. Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道，埋深 26m，围岩容重γ＝22KN/m3，计算内摩擦角φ＝320， 隧道宽 6m，高 8m，试确定隧道围岩压力。
解： 1 0.1(6 5) 1.1
q 0.45 231 0.45 4 22 1.1 43.56 Kpa
hq
q
43.56 22
2.0m
H q (2 ~ 2.5)hq (2 ~ 2.5） 2 （4 ~ 5）m <26m
属于深埋隧道。
q 0.45 231 0.45 4 22 1.1 43.56 Kpa
360，岩石抗压强度 Rb =8Mpa，隧道宽 6m，高 8m，使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压力。
解：
（1）泰沙基理论计算：
确定自然平衡拱的半跨：
a1
B 2
Ht
tan(450
) 2
3
8 tan(450
0 2
)
7.08m
b1
确定自然平衡拱的宽度：
a1 tan
9.74m
隧道的垂直压力为： p 2ab1 2 23 3 9.74 1344 .12 KPa
244 .8 20
12.24m
H q (2 ~ 2.5)hq (2 ~ 2.5）12.24 （24.5 ~ 30.6）m
属于深埋隧道。
q 0.45 251 0.45 16 20 1.7 244 .8 Kpa
e （0.3 ~ 0.5）q （0.3 ~ 0.5） 244.8 =73.44~122.4 Kpa
e
水平侧压力为：
1 2
(2b1
h) tan2 (450
)
2 =82.2
KPa
（2）普氏理论计算： 确定自然平衡拱的跨度：
B1
Bt
2Ht
tan(45 0
) 2
6
2 8 tan(45 0
36 0 2
)
14.16m
b 14.16 / 2
h
8.85m
平衡拱高度为： f kb 8 /10
隧道的垂直压力为： q h 23 8.85 203.55 Kpa
第五章 作业 1
1. 某公路隧道进口 30 米处围岩是 IV 级，容重 25kN/m3，开挖断面宽度 12 米，净高为 8m， 隧道上覆岩体厚度 8 米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？
2. Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道，埋深 26m，围岩容重γ＝22KN/m3，计算内摩擦角φ＝320， 隧道宽 6m，高 8m。试按浅埋隧道确定围岩压力。
q= h =60KPa，
(q
e=
1 2
H
t
)
tan
2
(450
0 ) 2 =15.67KPa；
tan tan0
埋深 7m 时，属于浅埋。
(tan2 0 1) tan0 tan0 tan =3.5378
tan
1
tan tan0 tan (tan 0 tan
tan 0
tan =0.1414
28 0 2
)
=294KPa
e2
(812
20 8) tan2 (45
28 0 )
2 =351
KPa
5. 某隧道内空净宽 6.4m，净高 8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重 γ＝20KN/m3，围岩似摩擦 角 φ＝530，摩擦角 θ＝300，试求埋深为 3m、7m、15m 处的围岩压力。
解：①求自然拱高度；②判断深浅埋分界；③分别按浅或深埋隧道求围岩压力。 结果(小数点后四舍五入)：
隧道工程理论知识
绪论 思考题
1. 什么是隧道？ 2. 隧道的种类有哪些？ 3. 隧道设计包括的内容有哪些? 4. 和地面结构相比，隧道工程有哪些特点？ 5. 试从隧道的广泛用途上论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。 6. 你认为隧道工程需要解决的难题有哪些？
第二章 思考题 1、 隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？ 2、 施工地质超前预报的内容有哪些？ 3、 简述岩石与岩体的区别。 4、 岩体的工程性质有哪些？ 5、 围岩的定义，围岩分级的目的？ 6、 围岩分级的基本因素有哪些？ 7、 影响围岩稳定性的主要因素有哪些？ 8、 简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。
第三章 思考题：
1、 影响隧道位置选择的因素有哪些？ 2、 越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们在位置的选择上采取什么原则？ 3、 地质条件对隧道位置选择有哪些影响？ 4、 隧道洞口位置的选择遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？ 5、 什么是隧道净空？ 6、 铁路隧道的横断面是根据什么设计的？ 7、 简述曲线铁路隧道加宽的原因和方法。 8、 曲线铁路隧道和直线隧道衔接的方法是什么？向直线方向延长 13m 和 22m 的理由是
4. 沙性土质隧道，埋深 h=40m，围岩容重γ＝20KN/m3，内摩擦角φ＝280，隧道宽 6m，高 8m，试确定围岩压力。
解：此时令侧压力系数 1，上覆土体产生围岩压力，则隧道顶部垂直压力：
Pv
40 tan 280
6
8 tan(450
280 2
)
=812KPa
水平压力：
e1
812
tan2 (45
水平压力
e1
203 .55 tan 2 (45 0
36 0 )
2 =52.94
Kpa
e2
(203 .55
23 8) tan2 (45 0
36 0 )
2 =100.8
Kpa
7. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深 50m，围岩容重γ＝24KN/m3，φ＝360，岩体抗 压强度 Rb=12Mpa，隧道宽 6m，高 8m，试确定围岩压力。