隧道工程教学-中南大学

　　一、课程在培养方案中的地位、目的和任务　　本课程讲授隧道设计与施工的理论、方法与相关知识，学生经过本课程的学习之后应具备从事与隧道工程有关的技术工作的基本能力。　　二、课程的基本要求　　1.掌握隧道勘测设计的原理和技能；　　2.学习判断围岩稳定性的分析方法，掌握围岩分级，了解围岩压力的特性及计算方法；　　3.掌握衬砌结构计算的基本方法，具备隧道结构设计的基本能力；　　4.学习现代新奥法理论及其设计与施工的特点，了解隧道施工的各种工艺；　　5.熟悉隧道各种施工方法的特点，具备施工管理的基本技能。　　三、课程的基本内容以及重点难点　　基本内容：　　绪论：讲述隧道工程的基本概念；介绍隧道工程的特点与历史发展；对本课程的学习特点与课程主要内容作概括性的简介。　　第1章 隧道工程勘测设计：讲述隧道工程地质调查的方法与内容；对隧道位置与线路的关系及选择方法、洞口位置合理选定以及隧道线路设计的内容作全面的介绍。　　第2章 隧道主体建筑结构：讲述隧道限界与净空的关系；讲述隧道衬砌断面设计、隧道洞身支护结构、洞门结构及明洞结构等结构方面的内容。　　第3章 隧道附属建筑：介绍铁路隧道与公路隧道的各种附属建筑物；介绍隧道防排水设施的类型与设置。　　第4章 隧道围岩分级与围岩压力：讲述隧道围岩的概念、围岩的工程性质及围岩的稳定性；讲述围岩分级的工程目的及分级方法；讲述围岩压力与隧道结构的关系及围岩压力的确定方法。　　第5章 隧道衬砌结构计算：讲述隧道结构体系的计算模型，讨论结构力学方法与岩体力学方法的适用性及处理特点；讲述隧道洞门结构计算、隧道抗震计算。　　第6章 隧道施工方法：讲述属于矿山法范畴的施工方法，如新奥法施工方法、传统矿山法、洞口段施工方法、明洞施工方法、辅助施工措施及特殊地质地段隧道施工。　　第7章 隧道钻爆施工作业：讲述与矿山法施工相配套的隧道施工工艺，如钻爆开挖、出碴与运输、支护技术、模筑混凝土衬砌施工、衬砌结构的防水。　　第8章 隧道辅助坑道与辅助作业：讲述辅助坑道的工程特点、类型与应用；介绍施工通风与防尘、压缩空气供应、施工供水与排水、施工照明与供电。　　第9章 新奥法：讲述新奥法的概念、新奥法隧道施工过程的力学分析；讲述新奥法的施工技术与工艺；讲述新奥法监控量测的重要性、量测的手段与数据处理。　　第10章 隧道掘进机开挖技术：讲述隧道掘进机的特点、类型、构造与适应条件；讲述掘进机的施工工艺流程、工程注意事项；讲述与掘进机配套的支护结构，它们的类型、适应条件及施作。　　第11章 高速铁路隧道工程简介：介绍国内外高速铁路隧道发展概况；讲述高速铁路隧道横断面设计的工程特点；讨论高速铁路隧道的空气动力学问题及减少空气动力效应的工程对策。　　第12章 隧道工程的施工组织与管理：讲述隧道施工的准备工作、施工场地布置、工班组织、施工进度计划安排，对施工过程进行科学管理的方式。　　第13章 隧道的营运与养护维修：讲述隧道营运管理与养护维修的工程知识；讲述隧道灾害的类型、防灾的重点及工程措施。　　重点难点：　　1．隧道工程的基本概念与功能、隧道工程勘测的重要性、隧道洞口位置的选定。　　2．隧道限界与净空、隧道洞身支护结构、隧道洞门结构、隧道防排水设施。　　3．隧道围岩的稳定性、围岩分级、围岩压力。　　4．隧道结构体系的计算模型、结构力学方法。　　5．新奥法施工方法、洞口段施工方法、辅助施工措施、钻爆开挖、支护技术、隧道施工的辅助坑道、新奥法的监控量测。 　　6．高速铁路隧道的空气动力学问题、减少隧道空气动力效应的工程对策。　　7．施工组织设计、隧道的防灾。　　2．难点　　（1）工程勘测对隧道工程的重要作用及其进行的方式、隧道洞口位置的合理选定。　　（2）隧道不同类型洞门结构的工程作用、不同类型洞身支护结构的工程作用。　　（3）隧道围岩稳定性的工程概念与力学概念、围岩压力概念、隧道结构体系的计算模型。　　（4）新奥法的概念、新奥法施工的特点、新奥法监控量测的重要性及信息反馈。　　（5）隧道各种施工方法的施工工艺。　　（6）高速铁路隧道的空气动力学问题。五、参考资料　　1.参考文献　　[1]陈豪雄、殷杰主编.隧道工程.北京：中国铁道出版社，1995年　　[2]朱永全、宋香玉主编.隧道工程.北京：中国铁道出版社，2005年　　[3]王毅才主编.隧道工程(上、下册).北京：人民交通出版社，1987年　　[4]于书翰、杜谟远主编.隧道施工. 北京：人民交通出版社，2002年　　[5]黄成光主编.公路隧道施工.北京：人民交通出版社，2001年　　[6]冯卫星、吴康保主编.铁路隧道设计.成都：西南交通大学出版社，1998年　　[7]铁道第二勘察设计院主编.铁路隧道设计规范(TB10003－2001).北京：中国铁道出版社，2001年　　[8]重庆交通科研设计院主编.公路隧道设计规范(JTGD70－2004).北京：人民交通出版社，2004年　　[9]交通部第二勘察设计院主编.公路隧道勘测规程(JTJ063－85).北京：人民交通出版社，1986年　　[10]交通部公路管理司等主编.公路工程技术标准(JTJ001－97).北京：人民交通出版社，1997年　　[11]交通部重庆公路科学研究所主编.公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1－1999).北京：人民交通出版社，2000年　　[12]交通部公路规划设计院主编.公路工程抗震设计规范(JTJ004－89).北京：人民交通出版社，1999年　　[13]铁道第二勘察设计院主编.铁路工程设计技术手册——隧道.北京：中国铁道出版社，1995年　　[14]铁道部第二工程局主编.铁路工程施工技术手册——隧道.北京：中国铁道出版社，1995年　　[15]交通部重庆公路科学研究所主编.公路隧道施工技术规范(JTJ042－94).北京：人民交通出版社，1995年　　[16]铁道部基建总局编.铁路隧道新奥法指南.北京：中国铁道出版社，1988年　　[17]黑龙江省公路桥梁建设总公司主编.公路工程施工安全技术规程(JTJ076－95).北京：人民交通出版社，1995年　　[18]中铁五局(集团)有限公司主编.铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120－2002).北京：中国铁道出版社，2002年　　[19]潘昌实主编.隧道力学数值方法.北京：中国铁道出版社，1995年　　[20]夏永旭等主编.隧道结构计算力学.北京：人民交通出版社，2004年　　[21]李志业等编著.地下结构设计原理与方法.成都：西南交通大学出版社，2003年　　[22]齐景岳等编著.隧道爆破新技术.北京：中国铁道出版社，1995年　　[23]赖涤泉编著.隧道施工通风与防尘.北京：中国铁道出版社，1994年 　　[24]李晓红著.隧道新奥法及其量测技术.北京：科学出版社，2002年　　[25]郑颖人主编.地下工程锚喷支护设计指南.北京：中国铁道出版社，1988年　　[26]徐干成等编著.地下工程支护结构.北京：中国水利水电出版社，2002年　　[27]吕康成主编.隧道工程试验检测技术.北京：人民交通出版社，2000年　　[28]王其昌主编.高速铁路土木工程.成都：西南交通大学出版社，1999年　　[29]方利成、杜彬等编.隧道工程病害防治图集.北京：中国电力出版社，2001年　　[30]娆振凯、黄运平、彭立敏编著.公路连拱隧道工程技术.北京：人民交通出版社，2006年　　　第六届全国周培源大学生力学竞赛考试范围（参考）理论力学一、基本部分(一)静力学(1)掌握力、力矩和力系的基本概念及其性质。能熟练地计算力的投影、力对点的矩和力对轴的矩。(2)掌握力偶、力偶矩和力偶系的基本概念及其性质。能熟练地计算力偶矩及其投影。(3)掌握力系的主矢和主矩的基本概念及其性质。掌握汇交力系、平行力系与一般力系的简化方法、熟悉简化结果。能熟练地计算各类力系的主矢和主矩。掌握重心的概念及其位置计算的方法。(4)掌握约束的概念及各种常见理想约束力的性质。能熟练地画出单个刚体及刚体系受力图。(5)掌握各种力系的平衡条件和平衡方程。能熟练地求解单个刚体和简单刚体系的平衡问题。(6)掌握滑动摩擦力和摩擦角的概念。会求解考虑滑动摩擦时单个刚体和简单平面刚体系的平衡问题。(二)运动学(1)掌握描述点运动的矢量法、直角坐标法和自然坐标法，会求点的运动轨迹，并能熟练地求解点的速度和加速度。(2)掌握刚体平移和定轴转动的概念及其运动特征、定轴转动刚体上各点速度和加速度的矢量表示法。能熟练求解定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体上各点的速度和加速度。(3)掌握点的复合运动的基本概念，掌握并能应用点的速度合成定理和加速度合成定理。(4)掌握刚体平面运动的概念及其描述，掌握平面运动刚体速度瞬心的概念。能熟练求解平面运动刚体的角速度与角加速度以及刚体上各点的速度和加速度。(三)动力学(1)掌握建立质点的运动微分方程的方法。了解两类动力学基本问题的求解方法。(2)掌握刚体转动惯量的计算。了解刚体惯性积和惯性主轴的概念。 (3)能熟练计算质点系与刚体的动量、动量矩和动能；并能熟练计算力的冲量（矩），力的功和势能。(4)掌握动力学普遍定理(包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、动能定理)及相应的守恒定理，并会综合应用。(5)掌握建立刚体平面运动动力学方程的方法。了解其两类动力学基本问题的求解方法。(6)掌握达朗贝尔惯性力的概念，掌握平面运动刚体达朗贝尔惯性力系的简化。掌握质点系达朗贝尔原理(动静法)，并会综合应用。了解定轴转动刚体静平衡与动平衡的概念。二、专题部分(一)虚位移原理掌握虚位移、虚功的概念；掌握质点系的自由度、广义坐标的概念；会应用质点系虚位移原理。(二)碰撞问题(1)掌握碰撞问题的特征及其简化条件。掌握恢复因数概念(2)会求解两物体对心碰撞以及定轴转动刚体和平面运动刚体的碰撞问题。材料力学一、基础部分：材料力学的任务、同相关学科的关系，变形固体的基本假设、截面法和内力、应力、变形、应变。轴力与轴力图，直杆横截面及斜截面的应力，圣维南原理，应力集中的概念。材料拉伸及压缩时的力学性能，胡克定律，弹性模量，泊松比，应力-应变曲线。拉压杆强度条件，安全因数及许用应力的确定。拉压杆变形，简单拉压静不定问题。剪切及挤压的概念和实用计算。扭矩及扭矩图，切应力互等定理，剪切胡克定律，圆轴扭转的应力与变形，扭转强度及刚度条件。静矩与形心，截面二次矩，平行移轴公式。平面弯曲的内力，剪力、弯矩方程，剪力、弯矩图，利用微分关系画梁的剪力、弯矩图。弯曲正应力及其强度条件，提高弯曲强度的措施。挠曲轴及其近似微分方程，积分法求梁的位移，梁的刚度校核，提高梁弯曲刚度的措施。应力状态的概念，平面应力状态下应力分析的解析法及图解法。强度理论的概念，破坏形式的分析，四个经典强度理论。组合变形下杆件的强度计算。压杆稳定的概念，临界荷载的欧拉公式，临界应力，提高压杆稳定性的措施。疲劳破坏的概念，影响构件疲劳极限的主要因素，提高构件疲劳强度的措施。拉伸与压缩实验，弹性模量或泊松比的测定，弯曲正应力测定。二、专题部分：杆件应变能计算，莫尔定理及其应用。简单动载荷问题。材料力学若干专题实验。