高等隧道工程真题.doc

一、试阐明隧道围岩分级的工程意义，并结合我国现行行业设计规范（可选择公路、铁路、水利水电等任意行业的一种）说明其围岩分级的方法和原理。参考答案：经过长期的工程实践，人们逐步认识到不同地质条件下开挖地下洞室时，其围岩有不同的稳定性，即不同的地质条件与围岩稳定性之间存在着一定的联系，根据岩体完整程度和岩石强度等主要指标给予定性和定量评价的基础上，按其稳定性将围岩分为工程性质不同的若干级别，这就是围岩分级（也称围岩分类）。并依照各级围岩的稳定程度制定相应的工程措施，给出最佳的施工方法和支护结构设计，从而为地下工程的设计和施工提供了一定的基础条件。我国现行公路隧道设计规范围岩分级的综合评定方法采用两步分级：①根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ,综合进行初步分级；②对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素（如地下水、软弱结构面、初始应力状态）的影响，按修正后的岩体基本质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判，确定围岩的详细分级。根据调查、勘探、试验等资料，将围岩分为6级，给出了围岩或土体的主要定性特征和围岩的基本质量指标BQ。在工程可行性研究和初步勘测阶段，可采用定性划分的方法和工程类比的方法进行围岩级别划分。二、试分别说明深埋岩质隧道和浅埋软土隧道开挖前围岩的初始应力场特征。参考答案：围岩的初始应力场包括自重应力场和构造应力场两部分。自重应力场是指上覆岩体自重产生的应力，构造应力是由于地壳构造运动所产生的应力。对于水平成层，地面平坦的情况，岩体自重应力场的变化规律；①地应力是随深度呈线性增加的；②水平应力总是小于垂直应力，最多也只能与其相等。不同的地貌和地质构造对自重应力有不同的影响，深度对初始应力状态有重大的影响。随着深度的增加，水平应力和垂直应力都增大，但围岩本身的强度是有限的，因此当水平应力和垂直应力增加到一定值后，各向受力的围岩将处于隐塑性状态，在这种状态下，围岩的物性值（E和μ）是变化的，λ值也是变化的，并随着深度的增加，λ值趋于1，即与静水压力相似，此时围岩接近流动状态。其应力状态分别处于弹性、隐塑性及流动的3种状态。由于形成构造应力场的原因非常复杂，因而，他在空间的分布极不均匀，且随时间推移还不断发生变化，属于非稳定的应力场。构造应力场中，埋深较小时，水平应力和垂直应力的比值 λ很大，随埋深的增加，λ值随之减小。三、在公路隧道运营通风按风流流动方式分类有哪几种通风方式？照明系统主要有哪些部分组成？防灾设施主要有哪些？参考答案：在公路隧道规划中，机械通风按风流流动的方式分为纵向式、半横向式和全横向式以及在这三种基本方式基础上的组合方式。隧道照明系统包括：中间段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明、接近段减光设施、应急照明和洞外引道照明。防灾设施主要有：中央控制管理设施、监控设施、安全设施、消防设施、供配电设施等。四、阐述隧道锚杆及喷射混凝土支护的工程特性。参考答案：①灵活性。锚喷支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护部件进行适当组合的支护形式、他们既可以单独使用，也可以组合使用。其组合形式和支护参数可以根据围岩的稳定状态，施工方法和进度，隧道形状和尺寸等加以选择和调整。他们既可以用于局部加固，也易于实施整体加固；既可以一次完成，也可以分次完成。充分体现了“先柔后刚，按需提供”的原则。②及时性。锚喷支护能在施作后迅速发挥其对围岩的支护作用。这不仅表现在时间上，即喷射混凝土和锚杆都具有早强性能，需要它时，它就能起作用，而且表现在空间上，及喷射混凝土和锚杆可以最大限度地紧跟开挖面施工，甚至可以利用锚杆进行超前支护。③密贴性。喷射混凝土能与坑道周边的围岩全面紧密地粘结，因而可以抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂。从整体结构上看，喷射混凝土填补了洞壁的凹穴，使洞壁变得圆顺，从而减少了应力集中。④深入性。锚杆能深入围岩体内部一定深度，对围岩起约束作用。这种作用尤其是以适当密度的径向锚杆群（称为系统锚杆）的效果最为明显。系统锚杆的围岩中形成一定厚度的锚固区，锚固区内的岩体强度和整体性得以提高和加强。应力分布状态也得以改善，其承载能力和稳定能力显著增强。⑤柔性。锚喷支护属于柔性支护，它可以较便利的调节围岩变形，允许围岩作有限的变形，即允许在围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩的自承能力，喷射混泥土的施工工艺的特点，使得它能与岩体密贴粘结，且能喷得很薄，故呈现柔性，而且这柔性可以通过分层分次喷射和加钢纤维或钢筋网来进一步发挥。另一方面，锚杆也有一定的延性，它可以允许岩体有较大的变形，甚至同被加固岩体一起整体位移，而仍能继续工作不失效。 ⑥封闭性。喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，这种封闭不仅阻止了洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少了膨胀性岩体的潮解软化和膨胀，而且能够及时有效地阻止围岩变形，使围岩较早的进入变形收敛状态。五、以下2题任选1题（1）阐述岩承理论的基本原理参考答案：以新奥法为例，岩承理论的基本原理是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法。理论、量测和经验相结合的一种施工方法，同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括；1）因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。2）为了充分发挥围岩的承载能力，应允许并控制岩体的变形，一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不至过度松弛而丧失或大大降低承载能力。3）为了改善支护机构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构，4）在施工的各个阶段，应进行现场监控量测，即时提出可靠的、数量足够的量测信息，及时反馈用来指导施工和修改设计。5）为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。（2）阐述隧道信息化反馈设计方法的原理和需要解决的主要问题。参考答案：隧道信息化反馈设计方法是通过施工前和施工过程中的大量信息（情报）来指导设计和施工，以期获得最优地下结构设计的一种方法。基本步骤为：施工前调查实验→初步设计→监控量测→修改设计、指导施工。在信息化反馈设计方法中，如何根据量测信息来指导设计和施工是最重要的。主要解决的问题为：①采用什么信息进行反馈；②反馈的目的；③采用什么方法进行反馈。信息反馈的目的：①预报围岩破坏变形的未来动态，指导安全施工；②提供设计施工的重要参数。