隧道工程期末总复习考试资料(完整版)

1.隧道的构成及分类隧道构成：主体建筑物（洞身衬砌、洞门）附属建筑物（通风系统、照明系统、防排水设备、安全设备）隧道分类：按用途（交通、水工、市政、矿山隧道）按底层（岩石、土质隧道）按所处位置（山岭、城市、水底隧道）按施工方法（钻爆法、明挖法、机械法、沉埋法隧道）按断面形式（圆形、矩形、马蹄形隧道）按开挖断面大小（特大断面、大断面、中等断面、小断面、极小断面隧道）按长度（特长、长、中长、短隧道）2.隧道洞口位置的选用原则总原则：早进洞、晚出洞；目的：确保施工、运营的安全具体原则：1.洞口应尽可能设在山体稳定、地质较好处，不应设在排水困难的沟谷低洼中心2.洞口应尽可能设在线路与地形等高线正交处3.隧道洞口的路肩设计标高，应高于洪水设计标高4.边坡、仰坡不宜开挖过高，以保证洞口安全5.当隧道穿过悬崖陡壁时，可贴壁进洞6.当洞口地形平缓时：由于选定洞口位置有较大的伸缩范围此时，此时应结合洞外填方路堑施工难易、路堑排水支农要求、弃碴场地、施工力量及机械设备等情况全面考虑7.注重环境保护3.选择越岭隧道的位置主要以什么作为依据？平面位置与立面位置的选择(1)平面位置的选择——选择垭口(2)立面位置的选择——选择高程4.隧道位于曲线上的缺点以及隧道坡度折减（原因及要求）隧道位于曲线上的缺点:⑴建筑限界加宽,增大开挖土石方量,增加衬砌圬工量；⑵断面变化,支护和衬砌尺寸不一致,技术复杂；⑶空气阻力加大,抵消部分机车牵引力；⑷通风条件变坏；⑸钢轨磨损增大,养护工作量增加；⑹施工测量困难,精度降低。坡度折减原因：⑴列车车轮与钢轨面间的粘着系数降低；⑵洞内空气阻力增大。注：⑴上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内,也要折减；⑵限制最小坡度:≥3‰。5.隧道净空与界限关系机车车辆限界—基本建筑限界—隧道建筑限界—隧道净空 1.曲线隧道的净空加宽（单线），加宽原因？加宽计算？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d外，中间向曲线内侧偏移d内2.曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动一个距离d内2加宽计算公式：、、、隧道加宽值：偏移值：注：1.上式最终单位为cm，精确至0.001。2.H单位为cm，E最大值不超过15cm。具体内容见课本50页。2.隧道衬砌断面设计所需要确定的主要内容设计基本内容：内轮廓线、轴线、厚度3.洞身支护结构的类型、支护结构的基本作用以及理想支护结构应满足的基本要求初期支护：木支撑、钢支撑、喷射混凝土，锚杆、混凝土支护永久衬砌：就地模筑混凝土整体式衬砌、锚喷支护、装配式衬砌、复合式衬砌支护结构类型外部支护：整体式混凝土衬砌、砌石衬砌、拼装式衬砌、喷射混凝土支护内部支护：锚杆、注浆混合支护：喷锚支护、复合式衬砌支护结构的基本作用 与围岩组成较安全的隧道结构体系，承受各种荷载；保持隧道断面的使用净空；防止围岩质量恶化，提供光滑表面理想支护结构应满足如下基本要求1.必须能与围岩大面积地牢固接触，保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作2.要允许隧道结构体系能产生有限制的变形，充分发挥围岩的承载能力减少支护结构的作用，使两者更加协调工作3.要能分期施工，并使早期支护和后期支护相互配合，“主动”控制围岩的变形1.洞门的基本作用及洞门形式洞门作用1.减少洞口土石方开挖量2.稳定边、仰坡3.引离地表流水4.装饰洞口洞门结构类型1.洞口环框式洞门2.端墙式洞门3.翼墙式洞门4.柱式洞门5.台阶式洞门6.斜交洞门7.削竹式洞门2.铁路隧道附属结构中避车洞的设置要求大避车洞布置1.碎石道床每侧每隔300m布置一个2.整体道床每侧每隔420m布置一个3.隧道长度在300m以下可不布置大避车洞4.隧道长度在300～400m时，在隧道中间布置一个注：隧道长度300m以下时，如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。小避车洞布置1.单线隧道每侧每隔60m布置一个小避车洞2.双线隧道每侧每隔30m布置一个小避车洞3.公路隧道附属结构中紧急停车带的设置要求规定2km以上隧道必须设置宽2.5m，长25～40m的紧急停车带，间隔750m。4.铁路，公路隧道施工运营通风分类铁路隧道1.自然通风2.机械通风：纵向式通风纵向式通风具体方式：★洞口风道式通风、★喷嘴式通风、★射流式通风、 ★竖井、斜井式通风公路隧道★纵向射流式通风★带竖井的纵向式通风★半横向式通风★全横向式通风★混合式通风1.隧道治水原则与措施治水原则与措施◆防：防水混凝土；防水层（内贴、外贴）◆排：暗管；忙沟◆截：截水天沟；裂缝堵塞◆堵：注浆2.岩体和岩石的主要特征（性质）岩石与岩体的区别：岩石：均质、连续、各向同性岩体：非均质、不连续、各向异性岩体力学性质：岩体特性、结构体岩石的特性、结构面的特性、低温、地下水3.岩体基本的工程性质围岩的工程性质：物理性质、水理性质、力学性质4.岩体的结构分类及其破坏特征分类及其破坏特征1.整体结构整体结构：脆性破裂块状结构：脆性破裂、块状运动2.层状结构层状结构：块状运动、弯曲折断破坏板状结构：块状运动、弯曲折断破坏3.碎裂结构镶嵌结构：松动解脱、塑性变形和剪切破坏层状碎裂结构：弯曲折断破坏、松动解脱、塑性变形和剪切破坏碎裂结构：松动解脱、塑性变形和剪切破坏4.散体结构：塑性变形和剪切破坏隧道围岩失稳破坏性态：⒈脆性破裂—整体和块状结构岩体。⒉块状运动—块状和层状结构岩体。⒊弯曲折断破坏—层状结构岩体。⒋松动解脱—碎裂结构岩体。⒌塑性变形和剪切破坏—散体和碎裂结构岩体。5.我国铁路隧道围岩分级方法中要考虑的因素主要因素1.岩性2.地质构造 1.地下水附加因素：初始应力场1.什么叫围岩的初始应力场，初始应力场的组成及其变化规律定义：在开挖隧道前岩体中就已经存在着的一定的地应力场。初始应力场的组成：自重应力场、构造应力场（按时间：构造残余应力、新构造应力）初始应力场的变化规律：㈠重应力场:⒈地应力是随深度成线性增加；⒉水平应力总是小于垂直应力,最多也只能与其相等。㈡造应力场:⒈垂直应力的量值随深度增加而增大,而且水平应力普通大于垂直应力；⒉水平应力具有明显的各向异性,且具有很强的方向性。2.围岩压力的分类，围岩松动压力的形成及天然拱形成的影响因素围岩压力分类1．松动压力2．形变压力3．膨胀压力4．冲击压力围岩松动压力的形成自然拱的概念：围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。(a)变形阶段；(b)松动阶段；(c)塌落阶段；(d)成拱阶段。影响自然拱的因素：1.隧道埋深2.隧道断面形状和大小3.施工因素3.深、浅埋隧道围岩松动压力的计算：见课本90页4.隧道支护结构的计算方法及对应的计算模型计算方法：结构力学法：1.假定抗力图形法2.弹性地基梁法3.弹性支承法岩体力学法：1.数值法2.剪切滑移破坏法3.特征曲线法计算模型结构力学法：“荷载—结构”模型岩体力学法：“底层—结构”模型5.结构力学法中围岩与支护结构处理模式处理模式1.主动荷载模式2.主动荷载加被动荷载模式3.实际荷载模式6.结构力学法、岩体力学法具体计算方法的基本原理（着重讲的）数值法：原理：把围岩和支护结构都划分为单元，然后根据能量原理建立起整个系统的虚功方程，也称刚度方程，从而求出系统上各节点的位移以及单元的应力。 具体步骤：（1）单元类型的选择和网格划分（2）计算范围的选取（3）边界条件和初始应力（4）卸荷释放荷载及卸荷过程模拟（5）开挖施工步骤的模拟（6）求单元应力（7）围岩与支护结构稳定性判断（8）有限元法计算的可信度1.隧道的施工方法分类1.根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法按以下方式分类：2.根据隧道开挖方式不同分类2.选择隧道施工方法时应考虑的基本因素基本因素⑴工程的重要性；⑵隧道所处的工程地质和水文地质条件；⑶施工技术条件和机械装备状况；⑷施工中动力和原材料供应情况；⑸工程投资与运营后的社会效益和经济效益； ⑹施工安全状况；⑺有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。1.新奥法的含义、施工的基本原则（12字），施工基本要点新奥法（NATM)定义：以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射砼为主要支护方法，把理论、量测和经验相结合的一种施工方法。新奥法施工的基本原则：“少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭”新奥法施工基本要点：⒈岩是隧道的主要承载单元，要在施工中充分保护和爱护围岩，少扰动围岩；⒉为了尽量发挥围岩的自承能力，应容许围岩有可控制的变形；⒊在施工的各个阶段，应进行施工的现场监控量测；⒋为了改善支护结构的性能，应使支护结构尽早闭合；⒌采用复合式衬砌。2.爆炸稳定性的影响因素、炸药的种类、炸药的威力通常用什么来表示？爆炸稳定性的影响因素（个人观点）：1.炮眼的布置方式2.炸药的性能及装药方式3.炮眼爆破的先后顺序4.爆破方式5.爆破的周边围岩稳定情况炸药种类：硝铵类炸药（铵梯炸药）；乳化炸药（乳胶炸药）；消化甘油炸药（胶质炸药）炸药的威力：通常用爆力和猛度表示。3.雷管的种类及结构图示（看图识种类）雷管种类：图示见课本166页。4.炮眼的种类及炮眼布置原则，起爆顺序 炮眼的种类：掏槽眼、辅助眼、周边眼布置原则：⑴先布置掏槽眼，其次是周边眼，最后是辅助眼；⑵掏槽眼：位于断面中部，深度比掘进眼深15~20cm⑶周边眼：严格按设计布置，外插斜率0.5~0.05，并使前后两排炮眼的限界台高度最小为佳，高度一般为10cm左右，最大不应大于15cm;⑷辅助眼：均匀布置；⑸布置方式一般采用直线形布孔、多边形布孔、弧形布孔、圆形布孔。起爆顺序：光面爆破：掏槽眼--辅助眼--周边眼预裂爆破：周边眼--掏槽眼--辅助眼1.什么叫光面爆破？光面爆破与预裂爆破的异同点以及提高光面爆破效果的措施光面爆破定义：是通过正确确定爆破参数和施工方法，在设计断面内的岩体爆破崩落后才爆周边孔，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性的爆破技术。光面爆破与预裂爆破的同、异点：⑴相同点：①确定爆破参数和施工方法，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩震动和破坏；②能够保持围岩自承能力，增加安全度和减低支护成本。⑵不同点：①起爆顺序：光面：掏槽眼--辅助眼--周边眼预裂：周边眼--掏槽眼--辅助眼②光面爆破的周边眼爆破时，有两个临空面，一是孔口，二是最小抵抗线方向；预裂爆破则只有一个临空面，即孔口；③预裂爆破最先形成的裂缝能有效地缓冲和反射其他炮眼爆破的爆炸波，其他炮眼的爆炸波对围岩的干扰比光面爆破小。提高光面爆破效果的具体措施：⑴使用低爆速、低猛度、低密度、传爆性能好、爆炸威力大的炸药；⑵采用不偶合装药结构；⑶严格掌握与周边眼相邻的内圈炮眼的爆破效果，为周边眼爆破创造临空面；⑷严格控制装药集中度，必要时可采取间隔装药结构。2.盾构机的组成及盾构法施工的一般步骤盾构机基本组成：切口环、支承环、盾尾盾构法施工的一般步骤：⑴在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；⑵盾构机在起始端工作井内安装就位；⑶依靠盾构千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构机从起始工作井的墙壁开孔处推出）；⑷盾构机在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；⑸及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置； ⑹施工过程中，适时施作衬砌防水;⑺盾构机进入终端工作井后拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。1.锚杆的支护效应以及我国铁路隧道使用最多的锚杆形式锚杆的支护效应：悬吊效应、组合梁效应、加固效应、支承效应我国铁路隧道使用最多的锚杆形式：1.端头锚固式2.全长黏结式3.摩擦式4.混合式2.膨胀性围岩的基本特征及高地应力挤压性软岩变形及破坏特征受哪些因素影响？膨胀土围岩的特性1.膨胀土围岩大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力；2.膨胀土中发育有各种形态的裂隙，形成土体的多裂隙性；3.胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体在干湿循环中产生胀缩效应。高地应力挤压性软岩变形及破坏特征的影响因素1.围岩本身力学性质的影响2.原始地应力状况3.工程因素3.岩爆产生的决定性因素（2个）决定性因素：地层的岩性条件和地应力的大小4.黄土隧道施工方法及相应的技术要求黄土隧道施工方法⒈黄土地层隧道施工，应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查；⒉黄土围岩开挖后不能暴露较长时间，否则围岩周壁风化会波及内部，使围岩体松驰加快，进而造成坍塌方；⒊做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌。黄土围岩隧道施工技术要求⒈施工有关规定⑴认真调查黄土地层中节理的产状与分布状况；⑵施工中遵循“短开挖、少扰动、强支护、及时密贴、实回填、严治水、勤量测”的施工原则；⑶开挖方法宜采用短台阶开挖方法或分部开挖法(留核心土法)。⒉施工注意事项⑴做好洞口、洞门及洞顶的排水系统产，并妥善处理好陷穴、裂缝，以免地面积水浸蚀洞体周围，造成土体坍塌；⑵施工中如发现坑道有失稳现象时，应及时用喷射混凝土封闭、加设锚杆、架立钢支撑等加强支护；⑶施工时要特别注意拱脚与墙脚处断面，如超挖过大，应用浆砌片石回填；如发现该处土体承载力不够时，应立即加设锚杆或采取其他措施进行加固；⑷在开挖与灌注仰拱前，为防止边墙向内位移，宜加设横向撑梁顶紧；⑸锚杆宜采用药包式或早强砂浆式锚杆； ⑹施工中如发现不安全因素时，应暂停开挖，加强临时支护，以便适应调整工序安排。1.什么叫岩溶？隧道遇到溶洞的处理措施有哪些？岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐笋等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用。处理措施：“引、堵、越、绕”2.发生瓦斯放出的主要因素以及防止瓦斯事故的具体措施有哪些?防止瓦斯事故的措施1.确定瓦斯探测方法，制订瓦斯稀释措施、防爆措施和紧急救援措施；2.采用全断面开挖方式；3.加强通风；⒋洞内空气中允许的瓦斯浓度应控制在下述规定范围内⑴洞内总风流中小于0.75%；⑵从其他工作面进来的风流中小于0.5%；⑶掘进工作面2%以下；⑷工作面装药爆破前1%以下。⒌开挖面风流中或电动机附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5%时，停工、停机，撤出人员，切断电源，进行处理；开挖面20m以内，局部积聚的瓦斯浓度达到2%时，停止工作，切断电源，进行处理；瓦斯浓度降到1%以下，方可开动机器；⒍超前周边全封闭预注浆；⒎采用防爆设施。3.隧道发生坍塌的主要原因以及防止塌方的施工措施主要原因（一）地质因素⒈隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，围岩失稳而坍塌；⒉当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌；⒊在挤压破碎带、岩脉穿插带、节理密集带等破碎结构地层中，岩块间互相挤压牵制，一经开挖则立即失稳；⒋在构造运动的作用下，薄层岩体形成的小褶曲、错动发育地段等，在施工中也常发生坍塌；⒌岩层软硬相间，或有软弱夹层的岩体，在地下水作用下，软弱面的强度大大降低，发生坍塌；⒍地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。（二）工方法和措施不当1.施工方法选择不当，或工序间距安排不合理，各工序间距拉得较长，地层暴露时间过久，引起围岩松动、风化，导致坍方的发生；2.锚不及时，或喷混凝土质量、厚度不符合要求；3.采用钢支撑时，支撑架设质量欠佳，支撑与围岩不密贴，两者间的空隙填塞不密实，或连接不够牢固，不能满足围岩压力所需要的强度要求；4.抽换支撑操作不当，或者当支撑已出现受力过大的现象而未及时加固； 5.爆破作业不当，用药量过多；6.处理危石措施不当，引起危石坠落，牵动岩层坍塌。防止塌方的施工措施⒈对预防坍方来说，选择安全合理的施工方法和措施至关重要“先排水，短开挖，弱爆破，强支护，早衬砌，勤量测”⒈强对坍方的预测⒉强初期支护，控制坍方1.常见的辅助稳定措施的设计、施工要点（表格）稳定措施：超前锚杆、管棚、超前注浆小导管、超前深孔帷幕注浆：设计施工要点：超前锚杆：①超前长度为循环进尺的3~5倍，宜用3~5m长，环向间距0.3~1.0m，外插角10°~13°，搭接长度为超前长度的40%~60%；②超前锚杆采用早强砂浆全黏结式锚杆，材料用不小22mm的螺纹钢筋；③安装误差要求孔位偏差不超过10cm，外插角不超过1°~2°，锚入长度不小于设计长度的96%.管棚：①短管棚长度小于10m，长管棚10~45m，管径70~180mm，孔径比管径大20~30mm，环向间距0.2~0.8m，外插角1°~2°；②两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5m；③安装误差要求垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm，平面误差不大于15cm，角度误差不大于0.5°；④钢管毎节长4~6m，以丝扣连接，丝扣长度不小于15cm.超前注浆小导管：①钻孔安装前，对开挖面及5m范围内的坑道喷射5~10cm厚的混凝土封闭；②小导管用32mm的焊接管或40mm的无缝钢管制作，长度3~6m，前端为尖锥形，前段管壁上毎隔10~20cm交错钻眼，眼孔直径6~8mm；③钻孔直径较管径大20mm以上，环向间距20~50cm，外插角10°~30°之间，一般用15°.超前深孔帷幕注浆：①有渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、高压喷灌注浆四种注浆机理；②一次式注浆时，孔内可用注浆管或不用，分段式注浆时需用注浆管；③注浆顺序应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游后下游；④结束条件根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来确定。2.常用隧道施工辅助导坑的形式辅助导坑的形式：横洞、平行导坑、斜井、竖井