09西南交大隧道工程复习资料.doc

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1、1 第一章 一、隧道的定义及分类 隧道以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2平方米的洞室。 分类 1. 交通隧道铁路、公路、水底、航运、人行隧道、地下铁道 2. 水工隧道引水、尾水、导流或泄洪、排沙隧洞 3. 市政隧道给水、污水、管路、线路、人防隧道 4. 矿山隧道运输、给水、通风巷道 二、国际隧道协会英文简称是什么提出了哪四种结构设计计算模型 ITA结构设计计算模型、以工程类比为依据的经验法、以测试为依据的实用法如收敛约束法、作用反作用模型、连续介质模型。 第二章 三、地质超前预报方法的应用原则。 1.地区地质分析与宏观地质预报采用传统的地质分析方法辅以必要的物探技

2、术等手段对隧道围岩的稳定性、水文地质情况进行宏观的地质预报 2.不良地质及灾害地质超前预报在传统地质分析方法的基础上结合施工方法、施工工艺、工期等要求以先进的物探技术为主要探测手段并辅以必要的超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法对开挖面前方不良地质体的情况及有可能产生的地质灾害进行预报提出施工对策。 3.重大施工地质灾害临警预报在传统地质分析方法的基础上结合施工方法、施工工艺、工期等要求以超前平行导坑预报法、超前水平钻孔法为主综合利用各种有效的物探手段对开挖面前方有可能诱发的重大的地质灾害建立临警预报系统并判断其危害程度提出施工预案对策。 五、我国铁路隧道设计规范中围岩分级的基本因素是什么岩石坚

3、硬程度划分的依据是什么 基本因素由岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定。岩石坚硬程度和岩体完整程度应采用定性划分和定量指标两种方法确定。 坚硬程度划分依据1岩性、物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质岩2据单轴饱和极限抗压强度Rc再分为5级 第三章 一、选择隧道洞口位置的原则。 1 洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处 2 洞口应避开不良地质地段 3 当隧道线路通过岩壁陡立、基岩裸露处时最好不刷动或少刷动原生地表以保持山体的天然平衡 4 减少洞口路堑段长度延长隧道提前进洞 5 洞口路线宜与等高线正交 6 当隧道位于受洪水影响范围内时洞口标高应高出洪水位加波浪高度 7 边坡及仰坡均不宜

4、开挖过高 8 当洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时可设置拉槽开沟的桥梁或涵洞以排泄水流 9 有条件有需要时可利用弃渣改造洞口场地使之更方便 总之隧道洞口位置的选择应根据地形、地质条件考虑边坡、仰坡的稳定结合洞外有关工程及施工难易程度本着“早进碗出”的指导思想全面综合地分析确定。 二、隧道纵断面设计中单面坡与人字坡的优缺点是什么 单面坡1.优点利于争取高程利于自然通风 2.缺点洞内排水不便需要随时抽水外排运渣时空车下坡重车上坡运输效率低 人字坡1.优点施工时水自然流向洞外排水措施相应地简化而且重车下坡空车上坡运输效率高 2.缺点列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处尽管用机械通风有时也不能排

5、除干净长时间积累浓度渐渐增大使司机和洞内维修人员的健康受到影响。 六、高速铁路隧道单洞双线和双洞单线方案的的优缺点我国高速铁路隧道设计时考虑的原则是什么 采用单洞双线方案和采用双洞单线隧道方案各有其优缺点。对高速铁路隧道而言采用单洞双线隧道方案阻塞比较小在满足洞内会车最不利前提下可有效地提高乘车舒适度而采用双洞单线隧道方案十分有利于防灾救援当一座隧道出现重大事故时另2 一座可正常运营且可以利用其进行救援和旅客的疏散。 从地质条件看在软弱破碎围岩地段考虑施工难度和风险宜选用跨度较小的双洞单线隧道方案当地质条件好时可选用单洞双线隧道方案。从施工方法看当采用TBM或盾构施工时考虑施工风险采用直径较小

6、的双洞单线隧道较为稳妥施工风险相对较小。从运营通风看双洞单线隧道方案可以充分利用列车活塞风改善隧道内的环境条件而单洞双线隧道方案利用活塞风效果较差。就施工投资而言双洞单线隧道方案通常较单洞双线隧道方案造价高2040特别是在硬岩地段单洞双线隧道方案具有明显的价格优势。 我国高速铁路隧道设计时考虑的原则 1当隧道长度小于10km时一般采用单洞双线方案可利用施工时的辅助坑道作为防灾救援和人员疏散的紧急出口。 2当隧道长度为1020km时应结合隧道两端引线、车站布点等相关工程情况进行系统的经济技术比选也可结合防灾救援及养护维修考虑采用双线隧道加贯通平导的方案进行比较。 3当隧道长度大于20km时从防灾

7、救援方面考虑一般采用双洞单线隧道方案。 第四章 一、我国铁路隧道设计规范中对锚喷衬砌设计的要求是什么 1锚喷衬砌内轮廓线应比整体式衬砌适当加大除考虑施工误差和位移量外应再预留10cm作为必要时补强用。 2遇到下列情况不应采用锚喷衬砌地下水发育或大面积林水地段能造成衬砌腐蚀或特殊膨胀性围岩地段最冷月平均气温低于-5地区的冻害地段有其他要求的隧道。 二、隧道洞门的作用及形式。 作用1减少洞口土石方开挖量。当隧道埋置较深时开挖量较大设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用减少土石方开挖量。 2稳定边、仰坡。修建洞门可减少引线路堑边坡高度缩小正面仰坡的坡面长度使边坡及仰坡得以稳定。 3引离地表水流。地表水流往

8、往汇集在洞口如不排除将会浸害线路妨碍行车安全。 4修饰洞口。 分类 1洞口环框。当洞口石质坚硬稳定切地形陡峻无排水要求时可仅修建洞口环框以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。 2端墙式一字式洞门 端墙式洞门是最常见的洞门它适用于地形开阔、石质较稳定的地区由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡保持其稳定。 3翼墙式八字式洞门 当洞口地质较差山体纵向推力较大时可以再端墙洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到到抵抗山体纵向推力增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。 4柱式洞门 当地形较陡仰坡有下滑的可能性又受地形或地质条件限制不能设置翼墙时可在端墙中部设置两个或

9、四个断面较大的柱墩以增加端墙的稳定性。 5台阶式洞门 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可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口。 6喇叭口洞门 高速铁路隧道为减缓高速列车的空气动力学效应对单线隧道一般设置喇叭口洞口缓冲段同时兼作隧道洞门。 三、什么是明洞明洞的形式有哪些 明洞明洞是采用明挖法施工是隧道的的一种变化形式。其外形几乎与隧道无异有拱圈、边墙和底板净空与隧道相同和地表相连处也设有洞门、排水设施等。 分类1.拱式明洞路堑式对称型、路堑式偏压型、半路堑式偏压型、半路堑式单压型 2.棚式明洞盖板式明洞、刚价式明洞、悬臂式棚洞。 五、高速铁路隧道空气动力学效应是如何产生

10、的微气压波的发生的影响因素有哪些消减微压波的主要措施是什么 当高速列车进入隧道时原来占据空间的空气被排开。空气的黏性以及隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像在隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流。于是列车前方的空气受到压缩列车后方的空气则形成一定的负压。这就产生了一个压力扰动过程。这种压力波动又以声速传播至隧道口形成反射波回传叠加于是就产生了一系列复杂的空气动力学效应。 3 影响因素列车速度、列车横断面积、列车长度、列车头部形状、隧道横断面积、隧道长度、隧道内道床的类型等 消减主要措施1.合理设置辅助坑道斜井、竖井和横洞包括其位置和横断面积 2.在两个单线隧道之间的隔墙

11、上开设孔洞 3.合理设置列车的速度与阻塞比 4.在隧道入口设置缓冲结构物 注压力扰动导致微气压波微气压波导致微气压波的次生波。1、2、3是减弱压力扰动4是为消减次生波 第五章 三、我国铁路隧道设计规范中深埋隧道围岩松动压力的确定方法分单线和双线隧道要求记住公式浅埋隧道围岩松动压力的确定方法不要求记公式。 深埋隧道围岩松动压力的确定方法分单线和双线隧道要求记住公式。 单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力公式为 Sqhq79.141.0 单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时的垂直压力公式为 1245.0Sqhq 式中:S围岩级别围岩的容重 宽度影响系数51BiB坑道宽度当Blt5m时取0

12、.250.1iBi时取 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法不要求记公式。 当隧道埋深不大时开挖的影响将波及到地表而不能形成“自然拱”。开挖后会有坍塌区域出现。对于这样的情况可以采用松散介质极限平衡理论进行分析。最后得出围岩松动压力滑动岩体的重量-滑动面上的阻力。 当hltHq时可忽略滑面上的摩擦阻力。 四、二次衬砌截面强度检算方法不要求记公式注意分项系数的适用范围。 五、熟悉塑性区半径的计算公式求最大塑性区半径及不形成塑性区所需的最小支护阻力。 塑性区半径pR的计算式为 0sin2sin10cotsin1cotRcPcPRip 最大时piRP0 0pRR时不形成塑性区所需的支护阻力最小 六、地层收

13、敛线或地层特征线的定义支护特征线或支护限制线的定义收敛约束法的定义讨论设置支护时间和结构刚度的合理选择。 将地层在洞周的变形u表示为衬砌对洞周地层的作用力Pi的函数即可在以u为横坐标、Pi为纵坐标的平面上绘出表示二者关系的曲线。因这类曲线表示洞室开挖后地层的受力变形特征故可称为地层特征线或地层收敛线。 洞室地层对衬砌结构的作用力即为衬砌结构受到的地层压力其量值也为Pi衬砌结构的变形u也可表示为Pi的函数并在以u、Pi为坐标轴的平面上绘出二者的关系曲线。这类曲线表示衬砌结构的受力变形特征称为支护特征线。因衬砌结构发生变形的效果对洞周地层的变形起限制作用故支护特征线又可称为支护限制线。 收敛约束法

14、又称特征法或变形法它是一种以理论为基础、实测为依据、经验为参考的较为完善的隧道设计方法。 在同一uPi坐标平面上同时绘出地层收敛线与支护限制线则两条曲线交点u、Pi值即可作为设计计算的依据。对于衬砌结构这时的Pi值为它承受的地层压力u值即为它所产生的变形如在Pi作用下结构产生位移u后能保持持续稳定即可判定结构安全可靠。 第六章 四、分步开挖法及要求。 五、新奥法概念及施工基本原则。 新奥法即奥地利隧道施工新方法是以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段通过检测控制围岩的变形充分发挥围岩的自承能力的施工方法。 4 新奥法施工的基本原则可以归纳为少扰动、早支护、勤量测、紧封闭。 六、隧道岩土控制变形分析工

15、法与新奥法的比较。 七、隧道洞口段施工注意事项及施工方法。 注意事项 1.在场地清理作施工准备时应先清理洞口上方及侧方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。 2.洞口施工以避开雨季和融雪期。 3.洞口部分圬工基础必须置于稳固的地基上。 4.洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连成整体以确保拱墙连接良好。 5.洞口段洞身施工时应根据地质条件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。 6.洞门完成后洞门以上仰坡脚受破坏处应及时处理。 施工方法 1.洞口段围岩为级以下地层条件良好时一般采用全断面直接开挖进洞初始1020m区段的开挖爆破进尺应控制在23m。 2. 洞口段围岩为级地层条

16、件较好时宜采用正台阶法进洞不短于20m区段爆破进尺控制在1.52.5m。 3. 洞口段围岩为级地层条件较差时宜采用上半断面长台阶法进洞施工。 4. 洞口段围岩为级以上地层条件差时可采用部分开挖法和其他特殊方法进洞施工。 第七章 一、隧道施工中常用的辅助稳定措施及各自的设计、施工要点。 辅助稳定措施 稳定工作面预留核心土挡护开挖、喷射混凝土封闭工作面 1. 超前锚杆设计施工要点1.超前锚杆的长度、环向间距、外插脚等参数应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。2.超前锚杆宜用早强砂浆全黏结式锚杆锚杆材料可用不小于直径22mm的螺纹钢筋。3.超前锚杆的安装误差一般要求孔位偏差不超

17、过10cm外插角不超过12锚入长度小于设计长度的96。4.开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区以使超前锚杆的前段有一个稳定的支点。5.开挖后应及时喷射混凝土并尽快封闭成环形初期支护。6.开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况 2. 管棚超前支护前方围岩小导管、长管棚设计施工要点1.管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。2.两组管棚间的纵向搭接长度管棚不小于1.5m长管棚不小于3m钢拱架长采用工字型钢拱架或格栅钢架。3.钢拱架应按其垂直度允许误差为2中线及高程允许误差为5cm。4.钻孔平面误差不大于15cm角度误差不大于0.5钢管不得侵入开挖轮廓线。5.第

18、一节钢管前端要加工成锥状以利导向插入。要打一眼装一管由上而下顺序安装。6.长钢管应用46m的管节逐段接长打入一节在连接后一节连接接头采用厚壁管箍上满丝扣丝扣长度不应小于15cm保证受力的均匀性钢管接头应纵向错开。7.当需要增加管棚刚度时可在安装好的钢管桩内注入水泥浆。8.钻孔时如出现卡钻或坍孔应注浆后再钻有些土质地层则可直接将钢管顶入。 3. 水平旋喷超前预支护 4. 预切槽超前预支护 5. 注浆加固围岩和堵水超前小导管注浆、超前深孔帷幕注浆。由于本题内容太多设计施工要点请看152页160页。 四、炮眼的种类及作用。 5 1掏槽眼先在开挖面上炸出一个槽腔为后续炮眼的爆破创造新的临空面 2. 辅

19、助眼扩大掏槽眼炸出的槽腔为周边眼爆破创造临空面 3周边眼炸出较平整的隧道断面轮廓 六、隧道内炮眼布置的原则及布置方式。 布置原则 1先布置掏槽眼其次是周边眼最后是辅助眼。掏槽眼一般应布置在开挖面中央偏下部位其深度应比其他眼深1520CM 2. 周边眼应该严格按照设计位置布置 3. 辅助眼的布置主要是解决炮眼间距和最小抵抗线的问题这个由施工经验决定 4. 当炮眼的深度超过2.5m是靠近周边眼的内圈辅助眼应与周边眼有相同的倾角 5. 当岩层层理明显时炮眼方向应尽量垂直于层理面 布置方式 1. 直线形布眼2. 多边形布眼3. 弧形布眼4. 圆形布孔 七、光面爆破的特点与标准。 光面爆破时通过正确确定

20、爆破参数和施工方法先引爆掏槽眼再引爆辅助眼最后引爆周边眼使爆破后的围岩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。 主要标准开挖轮廓成形规则岩面平整围岩壁上保存有50以上的半面炮眼痕迹无明显的爆破裂缝超欠挖符合规定要求围岩壁上危石等。 十、什么叫预裂爆破起爆顺序是什么 预裂爆破 先起爆周边眼在其他炮眼未爆破之前先沿着开挖轮廓线预裂爆破出一条用以反射爆破地震应力波的裂缝。 起爆顺序 首先引爆周边眼再引爆掏槽眼最后引爆辅助眼 十三、隧道超欠挖的原因及防止措施。 超欠挖的原因 1. 地质条件岩性、岩石结构 2. 钻孔设备大型钻机钻臂外插角构造及设备自动化程

21、度。 3. 炸药品种及装药结构炸药与岩石声抗阻不相匹配装药结构不合理 4. 爆破设计不当周边眼布置及周边眼间距设计不当 5. 施工操作不放轮廓线、不准确放轮廓线、错误布置轮廓线和钻孔位置施钻人员技术不精钻孔定位或钻进角度偏差控制不好少打眼以及试图争取缩短眼时间擅自减少钻孔深度采用过多装药量手持风钻施钻时工作平台高度不够从而使钻孔向上偏斜过大等 防止措施 1. 优化每循环进尺尽可能将钻孔深度设计在4m以内 2. 选择与岩石声阻抗相匹配的炸药品种 3. 利用空孔导向或在有条件时采用异型钻头钻凿有翼型缺口的炮孔 4. 利用装药不偶合系数货相应的间隔装药方式 5. 提高施工人员素质加强岗位责任制 十四

22、、隧道施工运输方式有哪两种其适用特点是什么 运输方式1有轨运输 2无轨运输 适用特点 1有轨运输其铺设轻轨线路用轨道式运输车出渣小型机车牵引且基本上不排放有害气体对空气污染较轻占用空间小而且固定等。适用于各种隧道开挖方法尤其适用于较长的隧道运输2km以上是一种适应性较强和较为经济的运输方式。 2无轨运输无轨运输不需要铺设复杂的运输轨道具有运输速度快、管理工作简单、配套设备少等特点。但由于内燃机排放大量废气对洞内空气污染较为严重尤其长期在长大隧道中使用需要有强大的通风设施。 十八、论述喷射混凝土厚度与其柔性的关系。 当相对厚度h/r0gt1/5时喷层为刚性厚度状态其破坏形式为弯曲破坏 当h/r0

23、lt1/5时喷层为柔性状态其破坏形式为剪切破坏 当h/r01/12时支护能力最大喷层处于从剪切破坏到弯曲破坏的过渡阶段。 所以喷层厚度要具有柔性必须控制其厚度柔性较好且具有足够抗力的喷层厚度应控制在 h0.0250.033r0 6 十九、隧道现场监控量测项目与内容。 1地质和支护状态现场观察开挖面附近的围岩稳定性围岩构造情况支护变形与稳定情况准确掌握围岩情况。 2岩体岩石力学参数测试抗压强度Rb、变形模量E、黏聚力c、内摩擦角、泊松比v。 3应力应变测试岩体原应力、围岩压力、应变支护结构的应力、应变。 4压力测试支护上的围岩压力、渗水压力。 5位移测量围岩位移含地表沉降、支护结构位移。 6温度

24、测量岩体围岩温度、洞内温度、洞外温度。 7物理探测弹性波声波测试即纵波速度Vp、横波速度Vs、动弹性模量Ed、泊松比vdp。 第八章 二、膨胀性和挤压性围岩有何区别 四、高地应力的定义高地应力挤压性围岩的变形特点。 高地应力高地应力是一个相对的概念它是相对围岩强度而言的。也就是说当围岩内部的最大地应力与围岩强度比值Rb/达到某一水平时才能称为高地应力或极高地应力。 变形特点1变形量大 2变速速度高 3变形持续时间长 五、膨胀性和挤压性围岩的隧道设计理念及施工原则。 设计理念 1、 柔性结构设计1、先行导坑法2、多重支护方法3、可缩式支护方法4、分阶段综合控制法 2、刚性结构设计1、大刚度支护和

25、衬砌结构2、大范围围岩注浆 施工原则 1、加强调查量测围岩的压力和变形特性 2、合理的选择施工方法 3、防止围岩湿度变化 4、合理进行围岩支护1喷锚支护稳定围岩2衬砌结构及早闭合 5、适时衬砌控制变形 八、隧道内岩爆的特点、产生的条件及防治措施。 特点 1、 岩爆在未发生前并没用明显的征兆 2、 岩爆时岩块自洞壁围岩母体弹射出来一般呈中厚边薄的不规则片状 3、 岩爆发生的地点多在新开挖工作面及其附近个别的也有在距离新开挖工作面较远处 条件 地层的岩性条件和地应力的大小是产生岩爆与否的两个决定性因素。岩爆是否发生及其表现形式的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

26、方式。 防护措施 防止岩爆发生的措施主要有两个一是强化围岩二是软化围岩 强化围岩的措施很多如喷射混凝土或喷钢纤维混凝土、锚杆加固、喷锚支护、喷锚网联合、钢支撑网喷联合或紧跟混凝土衬砌等。 软化围岩的主要措施是注水、超前预裂爆破、徘空法、切缝法等。 九、瓦斯的性质及隧道内防止瓦斯事故的措施。 性质 1、 瓦斯是无色、无臭、无味的气体与碳化氢或硫化氢混合在一起发生类似苹果的气味由于空气中瓦斯的浓度增加氧气就会相应减少很容易使人窒息或发生死亡事故。 2、 瓦斯的相对密度为0.554仅为空气的一半所以在隧道内 瓦斯容易存在坑道顶部其扩散速度比空气大1.6倍很容易透过裂隙发达、结构松散的岩层。 3、 瓦斯不能自燃但极易燃烧其燃烧的火焰颜色随瓦斯浓度的增大而变淡空气中含有少量瓦斯时火焰呈蓝色、浓度达5左右时火焰呈淡青色。 防止措施 1 隧道穿过瓦斯溢.