城市地下工程考试题

城市地下工程

一、围岩及围岩压力

①围岩：修建岩石地下工程必然要进行岩石开挖和施筑维护结构工程，岩石开挖将导致周围岩体失去原有的平衡状态，其内部原有应力场将发生改变。这种在地下工程中由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体，称为围岩。隧道工程结构计算考虑的围岩范围：≥3倍隧道直径。

②围岩压力：隧洞开挖之前，岩层中的岩体处于复杂的原始应力平衡状态，开挖以后，原岩中的应力平衡状态遭到破坏，应力重分布，从而使周围岩体产生变形。如果再围岩发生变形时及时进行衬砌或维护，阻止围岩进一步变形，防止围岩塌落，则围岩对衬砌结构就要产生压力。因此，围岩压力指的就是位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。广义的围岩压力包括了：

松弛压力：隧道开挖后，松弛的岩块作用于支护结构上的压力；

形变压力：隧道开挖后，围岩应力重分布和围岩位移与支护结构相互作用产生的压力；

膨胀压力：围岩膨胀崩解而引起的压力；

冲击压力（岩爆）

围岩压力又可以分为水平压力、垂直压力和底部压力。

二、隧道围岩压力的确定：

1、按松散体理论计算围岩压力：

考虑到岩体裂隙和节理的存在，岩体被分割为互不联系的独立块体，因此可以把岩体假定为一种特殊松散体。

①深浅埋地下结构临界高度的计算：

（2）按弹塑性体理论计算围岩压力：

（3）按围岩分级和经验公式确定围岩压力：

三、城市地下工程中施工方法：

将从城市地下工程基本理念、基本理论、基本方法以及不良及特殊地质地段隧道施工五个方面进行阐述：

1、城市地下工程施工基本理念：

（1）爱护围岩：尽量不损伤或者少损伤围岩，采取措施增强围岩的自稳能力；

（2）内实外美；

（3）重视环境：包括施工作业时的环境以及对周边生态环境的影响；

（4）动态施工。

2、城市地下工程施工的基本理论：

工程实践表明，在地下工程施工过程中，开挖和支护是两个关键的工序，二者既相互促进又相互制约。经过长时间的时间和研究，人们提出了两种理论体系，包含和解决

理论要点：隧道开挖后，围岩产生松弛是必然的，但是产生坍塌是偶然的。现代支护理论中围岩是主要承载部分，初期支护和二次衬砌对围岩起约束作用，既允许围岩产生有限变形，以发挥其承载能力，有阻止围岩产生过度变形而发生失稳。先柔后刚，并通过监控测量及时判断适时提供相应支护。

3、基本施工方法：

①矿山法（又称钻爆发）：可分为传统矿山法以及新奥法。

传统矿山法：采用钻爆开挖加钢木构件支撑；——松弛荷载理论。

新奥法：采用钻爆开挖，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为支护手段，通过监测

控制围岩变形，以便充分发挥围岩的自承载能力的施工方法；——现代支护理论。

新奥法施工又分为以下几类：

1）全断面法：

2）台阶法：一般适用于Ⅳ级围岩，要求台阶长度不大于1倍洞径，仰拱据掌子面距离不大于两倍洞泾。

3）分布开挖法：

<1>环形导坑（预留核心土）法：该方法利用核心土稳定掌子面，然后开挖两侧边墙、

中部核心土，最后开挖仰拱。该法步骤多，工艺要求高。

<2>CD法（中隔壁法）：适用于浅埋地段或穿越建筑物时采用，以减少沉降，防止塌方。

该工法将隧道分为最有两部分进行开挖，先在一侧采用台阶法分层开挖及支护，再开挖隧道另一侧，每台阶纵向长度3-5米，初期支护仰拱紧跟下台阶封闭成环。

<3>双侧壁导坑法：在特大断面等特殊条件下采用，先开挖隧道两侧导坑，再进行中部

开挖支护，特点：控制沉降变形好，但连接点多，受力复杂，对工艺要求较高。

<4>单侧壁导坑法：

4）盖挖逆作法施工：使用于超浅埋大跨度隧道。

②明挖法：当隧道埋深较浅，上覆岩土体较薄时，采用明挖法施工。

③TBM法：采用隧道掘进机（TBM），集掘进、出渣、支护以及通风防尘一体，适用于

在岩质隧道施工。主要分为开敞式和护盾式两种。与钻爆法相比，工序简单，施工

速度快，安全性好，适用于工期紧且以硬质岩石为主的圆形隧道施工，有高效、优

质、安全、环保等优点。

④盾构法：是一种适用于软岩和土体隧道的开挖方法；通常使用盾构机在地下开挖，

并同时安装衬砌。在城市地下工程中使用较多，具有施工快速安全等优点。

4、不良和特殊地质地段隧道施工：

①不良地质地段包括：滑坡、崩塌、偏压、岩溶、高地应力、软土地段等；

②特殊地质地段：膨胀地层、软弱黄土地层、断层、岩爆、瓦斯等。

在这些地段施工，应注意“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步推进”为指导原则，根据地质情况合理选择施工方法（如黄土地段采用短台阶法或分步法等），加强监控量测工作。

四、隧道结构设计模型：

目前国内外采用的隧道结构设计模型可归纳为四种模型：

1、以工程类比为依据的经验设计法；

2、以测试为依据的实用法，包括收敛—约束法、现场原位测试和实验室的岩土力学试验、

应力(应变)量测以及实验室模型试验。

3、结构力学方法：主要为圆环—弹性地基梁法。也可称为荷载-结构法。

该方法认为围岩对支护结构的作用只是产生作用在结构上的荷载（包括主动的围岩压力和被动的围岩抗力），是基于松弛荷载理论的一种方法。

4、岩体力学方法：连续介质模型法，包括理论分析法和数值法。该方法将支护结构和围岩

视为一体，共同承受荷载的隧道结构体系。

后两种方法的比较见第四题城市地下工程施工的基本理论。

五、监控量测的主要内容及意义

1、隧道监控量测的主要目的：

①提供监控设计的依据和信息：掌握围岩力学形态的变化和规律；掌握支护的工作状态信息并及时反馈，指导施工作业；

②预报及检测险情：作出工程预报，确定施工对策和措施；监视险情，以确保安全施工。

③校核地下工程理论计算结果，完善工程类比法：为理论解析、数值分析提供计算数据和对比指标，为工程类比提供参考指标，为地下工程设计和施工积累经验资料。

④隧道工程运营期间监控量测：掌握隧道工程运营中的安全状况，隧道营运阶段及时发现支护衬砌结构的险情，以便及时采取相应的补救措施等。

2、隧道监测的主要任务：

①通过对围岩支护的观察和动态量测，以达到合理安排隧道施工程序、日常施工管理、确保施工安全、修改设计参数和积累资料；

②通过对围岩和支护的变位、应力量测，掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈，修改支护系统设计，指导施工作业和管理等；

③经量测数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道围岩及支护衬砌结构的稳定；

④对已有隧道工程的量测结果，可以分析和应用到其他类似工程中，作为指导复合式衬砌设计和施工的重要依据。复合式衬砌的设计，通常以工程类比法为主，并以现场监控量测进行工程实际检验和修正；

⑤利用实测信息进行反分析，用以推求地层的力学属性、参数以及地应力场等。

3、隧道监测项目、方法及工具：

①必监测项目：

洞内观察：包括地质及支护状况观察，对岩性、结构面产状及支护裂缝观察与描述等。工具包括地质罗盘等。

洞周收敛：运用收敛计观测隧洞周边位移情况。

拱顶下降：运用水平仪、水准尺、钢尺等工具测量隧洞拱顶的位移情况。

①选测项目：包括地表沉降、地中位移、锚杆应力、衬砌应力、锚杆抗拔试验、洞

内弹性波等项目。