隧道工程期末考试

1、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（这里所指的岩体是土体与岩体的总称）。岩体分级的目的是：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载（松散荷载）；给出衬砌结构的类型及其尺寸；制定劳动定额、材料消耗标准的基础等。围岩分级考虑要素：第一类：与岩性有关的要素，例如分为硬岩、软岩、膨胀性岩类等。其分级指标是岩石强度和变形性质等。例如岩石的单轴抗压强度、岩石的变形模量或弹性波速等。第二类：与地质构造有关的要素，如软弱结构面的分布与性态、风化程度等。其分级指标采用诸如岩石的质量指标、地质因素评分法等。这些指标是指上市对掩体完整性或结构状态的评价。这些指标在划分围岩的级别中一般占有重要地位。第三类：与地下水有关的要素。2、隧道加宽原因：（1）车辆通过曲线时，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，故其两端向曲线外侧偏移（），中间向曲线内侧偏移（）（2）由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，是车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离。3、隧道衬砌结构尺寸拟定考虑因素：（1）选定内轮廓。必须符合隧道建筑净空限界。结构的任何部位都不应侵入限界以内，同时又应尽量减小坑道的断面积，使土石开挖量和圬工砌筑量最少。（2）结构轴线。以混泥土为材料的隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下的压力线。（3）选定截面厚度。要求设计的截面厚度具有足够的强度。4、衬砌的主要方式：（1）整体式混凝土衬砌。直墙式衬砌适用于地质条件比较好，以垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况主要适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩；曲墙式衬砌适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况。主要适用于Ⅳ级及以上的围岩，或Ⅲ级围岩双线，多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。（2）拼装式衬砌。多在使用盾构法施工的城市地下铁道和水底隧道中采用。（3）喷射混凝土衬砌，在围岩整体性较好的军事工程、各类用途的使用期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。（4）复合式衬砌。适用于高速铁路山岭隧道衬砌结构，和围岩稳定性差、地下水发育地段。5、洞门的形式及使用条件：洞口环框：当洞口石质坚硬稳定（Ⅰ～Ⅲ级围岩），且地形陡峻无排水要求时；端墙式（一字式）洞门：适用于地形开阔、石质较稳定（Ⅰ～Ⅱ级围岩）的地区；翼墙式（八字式）洞门：当洞口地质较差（Ⅳ级及以上围岩），山体纵向推力较大时；柱式洞门：当地形较陡（Ⅳ级围岩），仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件的限制，不能设置翼墙时；台阶式洞门：当洞门位于榜山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时,为了提高靠山侧仰坡起点，减少仰坡高度...；斜交式洞门：当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量...；喇叭口式洞门：高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应...。6、明洞适用条件：（1） 拱式明洞：路堑式对称型，适用于路堑边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防质边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口岩层破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建隧道时；路堑式偏压型，适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑；半路堑式偏压型，适用于地形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力；半路堑式单压型，适用于傍山隧洞口或傍山线路上的半路堑地段。（2）棚室明洞：当地形的自然横坡比较陡，外侧没有足够的场地设置外墙及基础或确保其稳定时采用。盖板式明洞；钢架式明洞，当地形狭窄，山坡陡峻，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...；悬臂式棚洞，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，且落石不太严重时...2、防排水原则：防、堵、截、排，因地制宜，综合治理。排。它是将地下水排入隧道内，再经由洞内排水沟排走。隧道内设置的排水建筑物有排水沟和盲沟。排水沟有侧式水沟和中心式水沟两种形式。严寒地区应采取防寒措施，有浅埋保温水沟（一般情况）、中心深埋渗水沟（当浅埋保温水沟不足以防止冻害时）、采用暗挖法修筑泄水洞（隧道内冻结深度较深，用明挖法会影响边坡稳定时）。3、深浅埋隧道判定原则：一般情况下应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。实际中用经验估算法分界深度=（2～2.5）（为等效荷载高度值）隧道覆盖层厚度h≥深埋，h＜浅埋。4、结构力学方法：（1）主动荷载模式：此模式不考虑围岩与支护结构的相互作用，因此，支护结构在主动荷载作用下可以自由变形。主要适用于围岩与支护结构的刚度比较小，或软弱围岩对结构变形的约束能力较差，没有能力去约束衬砌变形的情况。（2）主动加被动荷载（弹性抗力）模式，此模式认为，围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构的相互作用，还对支护结构施加被动的约束反力。支护在主动荷载和约束反力同时作用下进行工作，适用各种类型，基本反映实际状况。（3）实际荷载模式：采用测量仪器实地量测到作用在支护结构上的荷载值，这是围岩与支护结构相互作用的综合反映，既包括主动荷载，也含有弹性反力。支护与围岩接触牢固时，可测到径向和切向荷载；松散时，仅有径向。量测值除与围岩特性有关外，还取决于结构的刚度以及支护结构背后回填的质量。因此，某一种实地量测的荷载，只适用于其相类似的情况。脱离区、弹性抗力、抗力区：隧道支护结构在主动荷载作用下要产生变形。在主动荷载（设围岩垂直压力大于侧向压力）作用下，在拱顶，其变形背向地层，不受围岩的约束而自由变形，这个区域为脱离区，而在两侧及底部，结构产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束阻止其变形，因而围岩对衬砌产生了弹性抗力，这个区称为抗力区。为此围岩对衬砌变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形，这种效应的前提条件是，围岩与衬砌必须全面地、紧密地接触。隧道支护结构的计算方法：（1）假定抗力区范围及抗力分布规律法只要知道某一特定点的弹性抗力，就可求出其他各点的弹性抗力值；（2）弹性地基梁法；（3）弹性支承法。5、隧道施工方法的种类和选择依据:种类：山岭隧道施工方法（矿山法即钻爆法、掘进机法）、浅埋及软土隧道施工方法（明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法、盾构法）、水底隧道施工方法（沉埋法、盾构法）。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。6、隧道开挖方法：在选择开挖方法和掘进方式时，一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，选择能很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩稳定的方法和方式；另一方面应考虑坑道范围内岩体的坚硬程度，选择能快速掘进，并能减少对围岩扰动的方法和方式。应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配置能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法，尤其应与支护条件相适应。（一）全断面开挖法。适用：（1）Ⅰ～Ⅳ级围岩，在用于Ⅳ级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。（2）有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。（3）隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验，一般不应小于1km。（二）台阶法。长台阶法适用于Ⅰ～Ⅲ围岩，短台阶法适用于Ⅲ～Ⅳ级围岩台阶长度10～15m，微台阶法适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩台阶长度3～5m。（三）分部开挖法。（1）环形开挖预留核心土法适用于Ⅵ级围岩单线和Ⅴ～Ⅵ级围岩双线隧道掘进。施工顺序： 人工或单臂掘进机开挖环形拱部，架立钢支撑，挂钢丝网，喷射混凝土，进行封底（2）双侧壁导坑法适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩双线或多线隧道掘进。施工顺序：开挖两侧导坑，施作导坑四周初期支护，开挖剩余断面。（3）中洞法适用于双连拱隧道。施工顺序：开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，开挖两侧。（4）中隔壁发适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩双线隧道。施工顺序：沿一侧自上而下分为二或三部分进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护，安设钢架，施作中隔壁。之后再开挖中隔墙的另一侧...（5）交叉中隔壁法（CRD）适用于Ⅴ～Ⅵ级围岩浅埋的双线或多线隧道。施工顺序：采用自上而下分为二至三部分开挖中隔墙的一侧，及时支护并封闭临时仰拱，待完成一至二部后，即开始另一侧三至四部开挖及支护，形成左右两侧开挖及支护相互交叉的情形。2、隧道岩土变形控制分析工法与新奥法：新奥法的成就是将围岩也视为支护承载体系的一部分；采用锚喷等简单积极的支护技术以控制隧道的收敛变形；强调系统监控量测以了解围岩的变形反应。但在最初的新奥法原理阐述中，人们将注意力集中到隧道开挖后的收敛变形上，忽视了前方核心土变形的重要性，也没有对预支护技术的作用给以足够的认识。新奥法在处理低度至中度困难应力—强度条件下隧道开挖是成功的，但对恶劣的地层，浅埋地面环境控制要求高的地段，新奥法就体现了其局限性。新奥法原理之一是初期支护稳定之后再施作二次衬砌，在不良地质中机械地利用这一原理常导致不良后果。岩土变形控制分析工法是归纳了大量施工实践经验，通过近代岩土力学三维分析和实验研究加以升华提炼出来的，它对隧道施工中围岩变形的控制较新奥法更为全面。3、预支护（预加固、辅助稳定措施）及使用条件：（1）超前锚杆。主要适用于地下水较少的破碎、软弱围岩的隧道工程中，如裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋无显著偏压的隧道。（2）管棚。适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱、破碎围岩，如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、断层破碎带、浅埋有显著偏压的隧道。（3）超前注浆小导管。适用于一般软弱破碎围岩及含水的软弱破碎围岩。（4）超前深孔帷幕注浆。适用于有压地下水及地下水丰富的地层、采用大中型机械化施工。（5）水平旋喷预支护。适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。（6）机械预切槽法。适用于市区隧道工程、松散地层和大断面隧道。4、不良地质有：断层破碎带、富水软岩、大量涌水地段、流沙、溶洞、膨胀岩及挤压性岩瓦斯（煤系地层）、高地应力硬岩、黄土、岩溶地质。岩爆产生的条件：决定性因素是岩性条件和地应力大小。从能量的观点，岩爆的形成过程是岩体中的能量从储存到释放直至最终使岩体破坏而脱离母岩的过程。因此，岩爆是否发生及其表现形式就主要取决于岩体中是否储存了足够的能量，是否具有释放能量的条件及能量释放的方式。5、溶洞处理措施：（1）引排水。遇到暗河或溶洞有水时，宜排不宜堵；（2）堵填。对已停止发育、跨径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，予以回填封闭；（3）跨越。当隧道两侧遇到狭长而较深的溶洞时，可加深该侧的边墙基础通过；（4）个别溶洞处理耗时且困难时，可采取迂回导坑线绕过溶洞，继续施工。6、喷射混凝土外加剂，主要是速凝剂，目的是使喷射混凝土速凝，以减少回弹和早强，选用时应做与水泥的相容性试验。7、联合支护： 为适应地质条件和结构条件的变化，常将各种单一支护方法加以组合，共同构成较为合理的、有效地、经济的支护结构体系，各组合形式通称为联合支护。使用最多、最基本的组合形式是锚杆（主要指系统锚杆）加喷射混凝土（素喷或网喷），称为锚喷支护。联合支护的施工不仅应满足各部件安设施工的技术要求，还应注意以下事项：（1）联合支护宜联不宜散，彼此要直接地牢固相连，以充分发挥联合支护效应；（2）钢筋网及钢拱架要尽可能多地与锚杆头焊连，锚杆要有适量的露头；（3）钢筋网及钢拱架要被喷射混凝土所包裹、覆盖；（4）分次施作的联合支护，应尽快将其相连，如超前锚杆及钢拱架的联结；（5）分次施作的联合支护，应在量测指导下进行设计和施作，以做到及时有效，并做适当调整。