西南交大考博-隧道力学重要参考资料

1、隧道力学一、阐明隧道围岩分级的工程意义，结合我国现行作业设计规范（可选择铁路、公路、工程岩体分级等任一种）说明围岩分级的的方法和原理。（2015-1）围岩分级的工程意义：准确而合理的围岩分级，是认识洞室围岩特征，正确进行隧道设计、施工的基础，是现场进行科学管理，发展新的施工工艺以及正确评价经济效益的有力工具，是制定劳动定额、材料消耗标准的基础，对改善地下结构设计、降低工程造价，更快更好更省地修建隧道有十分重要的意义。围岩分级较之以往的“经验设计”、“经验施工”阶段，能够较为充分地揭示出地质条件与地下工程之间的本质的、内在的联系，因而也就能够客观地预估或判断坑道围岩的级别，指导施工。围岩分级针对

2、不同工程目的（爆破开挖、支护、掘进，），把与之相适应的地质条件进行一定的概括，归纳并加以分级，从而为隧道及地下工程的设计、施工提供一定的基础条件。方法和原理铁路隧道设计规范铁路隧道围岩分级采用以围岩稳定性为基础的分级方法，由岩石的坚硬程度和岩石的完整性程度两个因素确定。铁路隧道围岩分级方法是根据地质勘查资料，对岩石坚硬程度和围岩完整性程度两个因素采用定性划分和定量指标两种方法确定，在此基础上确定围岩的基本分级，再结合隧道工程特点，考虑地下水喝初始地应力的状态等因素进行修正。2001年修订后的铁路围岩级别判定补充弹性波速的影响，将隧道围岩分为6级。二、隧道围岩分级主要包括哪两阶段？阐述隧道围岩分

3、级指标体系？结合我国现行规范阐述隧道围岩分级中还存在哪些问题？（2007-1）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。根据岩体完整程度和岩石坚硬程度等主要指标在给予定性划分和定量指标分析的基础上，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。隧道围岩分级主要包括：设计阶段围岩分级的判定和施工阶段围岩分级的修正，前者是决策地下结构设计的基础，后者是修正设计阶段围岩分级的基础，也是使结构设计和施工方法更加符合工程实际的基础。围岩分级指标体系：单一的岩性指标，包括岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量等物理力学参数，以及如抗钻性、抗爆性

4、等工程指标。在单一的岩性指标中，多采用岩石的单轴饱和抗压强度作为基本分级指标，但只能表达岩体特征的一个方面，因此作为分级的唯一指标是不合适的。单一的综合岩性指标，包括：A.岩体的弹性波传播速度，它可以反映岩石的力学性质，也可以表示岩体的破碎程度。B.岩石质量指标RQD,它是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。C.岩体坚固系数，它是反映岩石强度和岩石构造特征的综合指标。多因素定性和定量的指标相结合。该方法是国内外应用最多的，包括太沙基分级法，我国国家标准的工程岩体分级、铁路隧道规范中的围岩分级。多因素组合的复合指标。这是一种用2个或2个以上的岩性指标，或综合岩性指标所表示的复合指标。我国现行规

5、范中，隧道围岩分级中存在的问题：目前的围岩分级,主要考虑地质因素,_仅与岩体质量有关,_而没有考虑工程因素和施工因素，带有一定的主观性,_有一定人为因素和不确定性，对同一围岩作出级别不同的判断；设计施T阶段的围岩的分级存在差异,对围岩分级的变更没有特宇的准则;围岩分级中的关键问题是把哪些地质因素作为分级的指标,这些分级指标与围岩稳，定有何关系,以及采用什么方法来判断这些指标等。长期以来，隧道围岩分级都是按其稳定性分级的,随着TBM方法越来越多的使用,级方法是不适合的,_TBM施工条件下的围岩分级主要针对工程岩体的可掘进性。围岩分级包括设计阶段和施工阶段,由于我国没有建立一套完整的施工阶段围岩分

6、级体系,致使施工的风险和过失判断不明,因此引起很大的争议和索赔,使业主和承包商承受巨大的经济损失。为使围岩分级更具有实用性和准确性，更好的服务于隧道工程的设计和施工，还需要研究围岩分级各项指标以及其相互关系；系统研究判定土体围岩分级的因素和指标；探讨各级围岩稳定性规律，建立各级围岩与支护结构关系的力学模型。隧道围岩分级应该向定性、定量相结合，以定量综合指标为主要判据的方向发展，使各种新理论、新方法在围岩分级中得到更广泛的应用。地下水对围岩分级的影响需进一步研究。发展趋势：分级应主要以岩体为对象，单一的岩石只是分级中的一个要素，岩体则包括岩块和各岩块之间的软弱结构面。因此分级的重点应放在岩体的研

7、究上。分级宜与地质勘探手段有机地联系起来，这样才有一个方便而又较可靠的判断手段，随着地质勘探技术发发展，这将使分级指标更趋定量化。分级要有明确的工程对象和工程目的，目前多数的分级方法都是与坑道支护相联系。坑道围岩的稳定性、坑道开挖后暂时稳定时间等与支护方法和类型密切相关，因而进行分级时以此来体现工程目的是不可缺少的。分级宜逐渐定量化。目前大多数的分级指标都是经验或定性的，只有少数分级时半定量化的，这是由于客观条件的地质体非常复杂。隧道仰拱仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部发反向拱形结构，仰拱是隧道结构的主要组成部分之一，是隧道结构的基础。一方面在隧道施工中设置仰拱，可使支护结构形

8、成封闭的结构体系，提高整体受力性能，控制隧道周边收敛位移及围岩体塑性变形的发展。另一方面在隧道使用过程中，仰拱可将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的载荷有效的传递到地下，而且还可有效地抵抗隧道下部地层传来的反力。仰拱与二次衬砌构成隧道整体，增加结构稳定性。仰拱的作用；与二次衬砌构成隧道整体，防水，增加结构稳定性。解决基础承载力不够，减少下沉；防止底鼓的隆起变形，调整衬砌应力的作用。封闭围岩，阻止围岩过大的变形，提高机构的整体承载力。增加底部和墙部的支撑抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。隧道开挖完成初期支护后，实行仰拱超前施工一方面可以实现隧道底部的快速封闭，有利于稳定掌子面。同时便于

9、和边、顶拱的初期支护迅速封闭成环，加强初期支护的抗弯和抗扭能力；另一方面仰拱超前施工后，可以及时封闭围岩，阻止围岩过大的变形，提高机构的整体承载力。高速隧道多以大断面为主，基地部分受力较为复杂，墙脚与仰拱连接处应力集中现象严重，并要求有更好围岩强度和地基承载力，隧底结构由于长期在列车重载作用及地下水侵蚀作用下极易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，尤其是高速铁路对隧道底部强度要求高、且断面跨度大，因此要求高速铁路对底板厚度和底板混凝土强度有更高要求，以提高其安全性、耐久性和防水性。三、在现代隧道施工中为什么要提倡“仰拱早上”（从结构受力、围岩变形等方面说明），与大断面公路隧道相比，

10、高速铁道大断面软岩隧道仰拱施设的特点如何？为什么？仰拱早上有利于整体约束围岩的变形，减小松动围岩压力，可使隧道结构的承载力提高，可使隧道周边位移减小，可使二次衬砌的安全系数提高，可使初期支护的轴力大幅度减小，同时锚杆轴力也减小，仰拱的施设对改善隧道结构的受力状况，提高隧道的稳定性具有重要作用。高速铁路大断面隧道，以隧道底部较为复杂，边脚底与仰拱连接处应力较集中，因此隧道衬砌的安全性、耐久性和防水性要求更高。高速铁路隧道设计使用年限要求100年，主体工程结构要求“零缺陷”，同时由于铁道部“铁建设【2009】40号文”规定，出级围岩仰拱距掌子面的安全距离为90m,IV级围岩为50m,V级围岩为40

11、m,因此，仰拱及时有效的施设已成为隧道进度控制、安全质量保证的关键点之一。高速铁路仰拱及填充的施工方式主要存在如下特点：仰拱施工必须超前二次衬砌施做，且应保证足够的厚度；仰拱碎连续浇筑，一次成型，避免横向分段灌注，不留纵向施工缝；仰拱碎不得与仰拱填充碎同时浇筑；仰拱填充碎的施工应满足无柞轨道的铺设要求。原因：从仰拱开挖到碎灌注，这期间隧道是处于最不稳定的状态，及早施工仰拱，闭合开挖断面，使隧道开挖断面尽早形成圆环，是确保隧道安全的重要举措，大断面隧道以隧道底部较为复杂，边墙底与仰拱连接处应力较集中，因此隧道衬砌的安全性，耐久性和防水性要求更高。四、根据隧道所处的地质条件（岩质围岩和土质围岩）和

12、埋深条件（深埋和浅埋），分别阐述施工阶段锚杆的作用，并解释之？锚杆是唯一从内部补强围岩的手段，它可以提高裂隙围岩的抗剪强度，也可以改善围岩的物性指标，更可以将一些不连续的岩块联系在一起，它基本上不占用作业空间，施工性好，因此得到广泛发应用。锚杆的作用效果：悬吊效果：把因爆破而松动的岩块固定在没有松动的围岩上，防止掉落，在裂隙发育的围岩中与喷混凝土并用，效果增大；梁效果：对隧道周边的层状围岩，使分离的层理面叠合而成叠合梁，因锚杆的叠合效果可使层理面传递剪力，作为组合梁而发挥作用；内压效果：锚杆轴力通过喷碎作用在隧道壁面上，发挥了内压效果，使隧道附近保持三轴应力状态，这抑制了隧道周边围岩的塑性化和

13、扩大，同时也发挥了抑制隧道净空位移的效果；拱效果：由于系统锚杆的内压效果，对一体化的围岩，形成了承载拱，提高了隧道周边围岩的承载能力，也发挥了抑制隧道净空位移的效果；围岩屈服后的残余强度也围岩改良效果：围岩内插入锚杆后增大了围岩自身的抗剪强度,增大了，因此，锚杆能改善围岩的特性。岩质围岩：围岩强度比较大，隧道周边围岩没有塑性化的情况，不需要内压效果，岩石本身因此，锚杆的作需要以内压效果但在内摩擦角小的强度是充分的，隧道的稳定通常是由裂隙等力学上的的不连续面所控制，用主要是保持岩块和控制岩块的移动，使围岩成为一体，并促进平衡拱的形成。土质围岩：在围岩强度比较小的土质围岩中，隧道周边围岩发生塑性变

14、化,的形成平衡拱效果为主，锚杆一边随围岩变形，一边约束围岩防止其崩落,的地层中，如土砂地层，拱顶附近的锚杆几乎不受拉力，而受压力，因此，围岩中单独采用锚杆的效果较小，其只能起到加固拱脚附近和防止掌子面崩塌的作用。深埋条件：结合深埋隧道的特点，隧道开挖后拱顶形成坍落拱，坍落拱以下岩体松弛，因此，锚杆主要发挥支承作用和悬吊作用，确保岩块的咬合，抑制不稳定岩块的崩落，从而确保松弛岩体一体化。浅埋条件：浅埋隧道开挖后，坍落拱不易形成，地层松弛较为严重，因此，锚杆主要起到加固围岩，约束围岩变形、稳定掌子面，提高围岩稳定性，同时锚杆可以用于超前支护，控制地表下沉等作用。砂浆锚杆的轴力图（2007）锚杆沿其

15、长度的轴力变化如图，锚杆轴力的峰值约在锚杆长度的1/2左右。（缺图）五、喷混凝土的支护力学作用有哪些？作为初期支护的喷混凝土与作为永久支护的喷混凝土在设计上有何不同？与围岩的附着力、抗剪的支护效果：喷混凝土和围岩的附着力，可分散作用在喷混凝土上的外力，同时加强隧道周边的裂隙的抗剪能力，并可在壁面形成承载拱，在裂隙发育的硬岩等作用效果大。内压、闭合效果：因喷混凝土作为一个连续的构件支持围岩，可约束围岩的变形，给围岩以支护压力（内压），使围岩保持三轴的应力状态。此外，早期采用仰拱使断面临时闭合，也发挥了支护效果，此效果在软岩和土砂围岩中大。外力分配效果：作为传递土压到钢支撑、锚杆架上的构件而发挥作

16、用。软弱层补强效果：填平凹凸不平处，跨越软弱层，而防止应力集中，补强软弱层等。被覆效果：开挖后，因及早被覆壁面，可防止围岩风化、止水、微粒子流失等。喷碎与锚杆、喷碎与钢架、喷碎+钢架+锚杆等多种组合形成，对约束围岩的变形、提高初期支护的能力，控制掌子面后方的围岩的效果是非常有效的。喷砂是唯一能与围岩大面积的、密实接触的一种方式，是其它方式所不能代替的，从力学上来说，它既能传递径向压力也能传递切向应力。作为初期支护的喷混凝土：要求（1）对作用荷载有足够的强度；（2）具有早期需要的强度；（3）与围岩充分粘附，填充和密实；（4）确保开挖面平滑。作为永久支护的喷混凝土：还需要充分考虑其耐久性（长期强度

17、、炭化抵抗性、耐冻结能力）和水密性，对作用荷载有足够的强度。六、阐述隧道特征曲线基本原理，在隧道施工中如何使用特征曲线法？特征曲线法的基本原理是利用岩体特征曲线和支护结构特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件。右图是特征曲线法原理示意图，图中纵坐标表示结构承受的地层压力，横坐标表示沿洞周径向位移，曲线为围岩特征曲线，曲线为支护特征曲线，二条曲线交点的纵坐标即为作用在支护结构上的最终地层压力，交点的横坐标为衬砌的最终变形位移，因洞室开挖后一般需要隔开一段时间才修筑衬砌，在这段时间内洞室地层将不受衬砌的约束而产生自由变形，即Uo为洞室地层衬在衬砌修筑前已发生的初始自由变形值。围岩特征曲线支

18、护特征曲线在隧道施工中使用特征曲线法：首先决定岩体力学参数（变形模量/弹性模量和内摩擦角/粘结力）；根据这些参数计算出围岩特征曲线，在实践中应用量测的径向位移和已知的支护阻力来反算岩体的特征值并和量测值加以比较，并修正岩体特征曲线；确定支护阻力，根据支护类型（喷混凝土、钢支撑、锚杆及二次衬砌）、材料参数确定支护刚度，然后再围岩特征曲线上选定合适的围岩初始位移和合适的支护时机，确定支护特征曲线；两条线的交点作为支护依据，根据交点处表示的支护抗力值进行衬砌结构计算，最后对支护设计进行安全性验算，验算结果应满足安全性要求。此方法的关键是合理地确定两条曲线的基本性质及其随一些因素的变化以及由两者相互作

19、用决定最佳平衡条件。为地层开挖后变形达到稳定时的地层特征曲线，-为在不同时间设置支护或衬砌刚度不同时的各种支护特征线，由图可见，地层特征曲线为上凹曲线，最低点为b点，如支护特征线正好在b点与地层线相交，如图线，则衬砌结构上承受的地压力最小。一般来说，在施工中严格实现两条线在b点相交不现实，能够达到的目的仅是两条相交特征线在b点附近相交。Uo围岩与支护特征曲线关系U由于曲线在b点以后上升的原因是地层施加于衬砌上的松动压力增大，意味着洞周将出现较大程度的破坏，因而作为设计准则，应做到使支护特征线在b点以左附近与地层特征线相交。斜线为在洞室开挖后立即施作支护时的支护特征线，斜线为开挖后隔一段时间再施

20、作支护时的支护特征线，两条斜线平行表示刚度完全相同，对比与，可见同一刚度的支护设置时间不同，作用在衬砌上的地层压力及衬砌位移却将不同，鉴于地层本身具有一定的自支撑作用，适当推迟设置支护的时间将有助于减小作用于衬砌结构上的地层压力，达到经济的目的。和为同一时间设置的刚度不同的两种支护特征线，对比可见，若地层的特征线与支护特征线均能在b点以左相交，则相应于柔性结构的斜线将承受较小的地层压力。所示的特征线将与地层线不再相交，表示支护刚度严重不足时地层松动压力将急剧增长，使围岩破坏区的范围相应扩大。所示，衬砌结构刚度过于不足时，支护在围岩变形过程中早已破坏。所以只有将地层特征、支护时机、支护刚度等因素

21、综合考虑，才能做出合理的设计。六、采用矿山法/新奥法修建隧道工程中，二次衬砌在不同阶段的受力特点，如何确定二次衬砌上的作用荷载？设置二次衬砌的目的主要有：考虑围岩的不均匀性、支护材料质量的离散、锚杆的腐蚀等不确定因素，需要增加作为结构物的安全系数；考虑使用后外力的变化和支护材料的劣化，需要提高作为结构物的耐久性；衬砌施工后，因水压、上覆荷载等外力发生时，需要加以支持；在隧道变形没有收敛时修筑衬砌的场合，要给予隧道稳定必要的约束力，故设置二次衬砌的时间有两种情况，受力特点如下：A、初期支护的变形收敛后再设置衬砌，此时，二次衬砌承受后续荷载，包括水压力、围岩和衬砌的流变荷载，由于锚杆等支护失效而产

22、生的围岩压力等。以根据需要，较早地设置二次衬砌，特别是超浅埋隧道对地表沉降有严格要求时，此时二次衬砌和初期支护共同承受围岩压力。此外，在塑性流变地层中，围岩的变形和地压都很大，而且持续时间很长，通常需要在开挖前采取辅助措施对围岩进行预加固，同时采取能够吸收大变形的钢支撑，允许喷碎和钢支撑发生变形和位移，位移和变形基本得到控制后，再施作二次衬砌。另外，衬砌和二次衬砌之间设置防水层，故两层衬砌之间只能传递径向应力，不能传递切向应力，因此，两层衬砌之间不能形成一个整体承载。二次衬砌上的荷载确定：根据二次衬砌的设计目的，主要有以下几种计算方法：建立初期支护与二次衬砌共同受力结构体系模型，水压作用在二次

23、衬砌上，土压、地面超载、人防荷载、地震力均作用在初期支护上，考虑到初期支护结构材料的耐腐蚀性差，计算时需要对其刚度进行折减，一般按50淅减考虑。只建立二次衬砌单独结构体系模型，任务初期支护虽然长期抗腐蚀性差，但毕竟是一层结构，可以人为地认为它能够承担30%勺土压，其余70%勺土压作用在二次衬砌上，涉及到其他其它类型荷载的计算与第一种计算方法相同。外部荷载全靠初期支护承载，二次衬砌只是安全储备或者装饰，对二次衬砌很少予以计算。七、软弱围岩（浅埋土质围岩），其地表变形规律，掌子面前方及周边土体的变形规律，如何控制地表沉降？（矿山法）地表面沿隧道中线的纵向下沉动态的基本规律是：掌子面到底之前，距掌子

24、面一定距离发生隆起或相对隆起，并可能在掌子面到达前，在地表面发生与隧道轴线正交的横断开裂，随之发生掌子面前方的下沉，其下沉开始位置，视支护施工状况颇有不同。掌子面通过前后，围岩发生急剧的下沉，此急剧下沉从地表靠近拱顶越大，在地表面平坦的地段，其下沉量小于最终下沉量的30%,而在倾斜地段约为39%56%,约为平坦地段的2倍，此时出现最大的地表面下沉。掌子面通过后，地表面下沉开始收敛，离掌子面越远，隧道断面闭合，下沉也就收敛了。地表面沿隧道中线的横向下沉动态的基本规律：掌子面通过前，对地面横向下沉的影响相对较小。掌子面通过后，由于掌子面通过后隧道中线上的地步下沉量急剧增大，故地表下沉形状比掌子面通

25、过前呈中央值很大的正态分布曲线。一般来说，在浅埋条件下，隧道开挖后的地面下沉与洞内的变形之间是相关的，从基本规律上看，洞内与地面下沉是一致的，也大体上分为掌子面前方的地表面下沉和鼓起，掌子面位置正上方的地表面下沉及掌子面后方的地表面下沉，不同的是量值和沉降发生的范围，而且与洞内的下沉是相关的。浅埋与深埋相比，一个特点是难以形成承载拱，同时，在这种情况下会有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带等对隧道开挖有很大影响的特殊问题，为此，视地质条件会出现下沉急剧增大，地表开裂等变异，有时也会出现掌子面不稳定现象，所以，在这种情况下，要采取掌子面稳定措施和控制地表下沉措施。地表下沉与深埋有密切关系，埋深大时

26、，在隧道横断内形成了承载拱，开挖引起的下沉，局限在隧道周边，而埋深小时，没有形成承载拱，开挖下沉会直接达到地表面，故为防止支护下沉，增强承载力应采取必要的措施，并研究采用注浆、垂直锚杆等技术对策。浅埋与深埋比较，另一个特点是，浅埋的土质隧道，当地表面下沉与对应的拱脚下沉相等或小于时，会造成拱顶上部围岩整体下沉的现象，这是浅埋隧道一个独特的变形动态。因此，在浅埋软弱围岩隧道施工中，必须把控制拱脚下沉作为一个重要问题。浅埋隧道掌子面前方的先行下沉很大，会造成很大的地表下沉，因此，研究采用前方地层的改善、超前管棚、水平高压旋喷等辅助工法是必要的。因此，控制地表面下沉，除从地表面采取对策外，基本上市采

27、取从洞内控制掌子面前方先行位移和掌子面后方位移的对策。地表面下沉的主要原因：地表面下沉的主要因素包括地形、地质、地下水、埋深、隧道断面形状、支护等各种条件，是错综复杂的，但主要是开挖引起的围岩松弛（开挖的应力释放）和开挖中的地下水降低（空隙水压降低）所造成的。由于开挖的应力释放产生的地表面下沉，是因周边围岩的松弛影响到地面所致，如以未固结围岩和浅埋隧道为例，周边围岩强度不足和隧道上方围岩不能形成承载拱是主因。为防止这种下沉，有必要对隧道上方围岩进行补强，作为对策要尽可能早地防止隧道周边围岩的松弛，因此，与掌子面稳定对策同样，要采取辅助工法，但为抑制地表面下沉，与掌子面稳定对策相比，要采用刚性更

28、大的对策。孔隙水压降低造成的地表面下沉，主要是因地下水排出产生的黏性土压密下沉和砂质土的即时下沉，其对策要采用能够抑制向洞内涌水的止水的注浆工法。控制地表面下沉的技术对策：地表旋喷桩加固地层旋喷桩是指在地表钻孔，通过孔眼将高压浆液和高压风旋转喷射注入强风化岩体或土体，从而达到就地造桩，加固地基的一种施工方法。主要用于地基改良、增加地基承载力等方面。在浅埋隧道地质不良地段，采用此方法可以增强围岩的整体性，减小地表沉陷，起到预防塌方和节省部分初期支护的作用。该工法往往配合起超前长管幕，加强初期支护等措施共用。在隧道开挖前可以先期实施旋喷桩，不占用掌子面施工时间。地表垂直锚杆补强地表垂直锚杆补强工法

29、是在隧道开挖前，先从地表大致垂直地钻孔，插入钢筋等，并用砂浆全面锚固，对围岩进行补强的方法，对维持掌子面稳定、防止地表面的先行下沉、降低隧道周边围岩的松弛、抑制小规模的滑坡等是有效果的工法。该工法给予隧道开挖产生的周边围岩的变形以必要的约束力，通过砂浆传递到锚杆上，达到改良围岩抗剪强度的目的。控制地表整体下沉埋深小的场合，围岩多比较脆弱，支护脚部围岩承载力不足引起的脚部下沉会导致支护的整体下沉，也促使了地表面下沉。此时，应研究设置带肋钢支撑，设置临时仰拱早期闭合和脚部补强锚杆、锚管等，特别是对于采用抑制地表面下沉的长钢管超前支护的场合，拱部用钢管补强，但钢管承受的荷载由支护支持，如支护支持力不

30、足，支护设置后就不能忽视脚部的下沉。加强沉降观测在有可能出现地表面下沉的埋深小的围岩中，从观察、量测的观点出发，最重要的是掌子面的观察和地表面下沉的量测、隧道内拱顶下沉和脚部下沉的量测，根据测量数据信息反馈指导施工，控制地表下沉。在控制地表面下沉过程中，要做到：超前预支护控制掌子面前方围岩的先行位移是关键。建立同时测定地表面下沉、拱顶下沉与脚部下沉是量测体系，根据量测数据控制上部围岩的整体下沉。采用刚性比较大的出去支护，如高强喷碎、型钢钢架等控制掌子面后面的变形。在富水条件下，要先止水，尽可能在无水或少水条件下进行开挖。控制地表沉降：控制地表下沉，主要从两方面来着手：从洞内控制掌子面前方先行位

31、移、掌子面挤出位移和掌子面后方位移从地表面采取控制地面下沉措施利用超前支护技术，如超前锚杆、超前长钢管、超前大管棚、超前小导管、水平喷注浆等控制掌子面前方先行位移。利用留核心土、掌子面喷碎、掌子面锚杆、掌子面围岩注浆改良等稳定掌子面、控制掌子面挤出位移。采用加强的初期支护，如采用高刚性、高强度的喷碎、高规格的钢支撑、承载力大的锚杆等加强初期支护。控制拱脚下沉：采用临时仰拱、加肋钢筋、喷碎加固拱脚等控制上半断面拱脚下沉，利用锁脚锚杆、拱脚加固桩、水平侧壁钢管等提高拱脚的承载力。采用注浆止水工法：采用冻结法、隔断壁法等进行堵水，减少地下水位下降造成的围岩松弛和地表下沉。采用控制爆破技术减少对围岩的

32、扰动，建立同时测定地表面下沉，拱顶下沉与拱脚下沉的量测体系，根据量测数据进行反馈，及时调整开挖顺序及开挖进尺，变更支护形式及施设时间等控制上部围岩的整体下沉。地表旋喷桩加固地层，地表垂直锚杆补强地层等控制土质围岩等技术，对围岩进行加固补强，控制地表下沉。八、在浅埋土质围岩条件下，采用钻爆法施工打断么隧道，如何控制地表沉降？在浅埋隧道中，控制围岩松弛，也就是控制地表下沉，防止地表下沉的主要措施是改善掌子面上方的围岩状况。同时，因地表下沉与掌子面稳定性有关，因此，防止地表下沉对策多与掌子面稳定对策同时实施。1）稳定掌子面的方法：A、用来支撑围岩的超前支护、短管棚等。已用来改良围岩的有注浆等。C用来

33、发挥锚杆作用的斜锚杆、正面锚杆等。D、喷混凝土加强等。2）稳定围岩和控制地表下沉的方法：A、垂直锚杆法。B、打设管棚法。C注浆加固法和D、预衬砌法。按照现场监控量测数据信息反馈来指导施工，控制地表沉降。为了抑制地表下沉或由于土压大，需要提高初期支护的强度和刚度，可选择钢支撑。采用控制爆破技术以减少对围岩的扰动程度，是断面成型规整，以利于围岩自身承载能力的发挥和支护作用的发挥。减少对围岩的扰动次数，如果为大跨度隧道钻爆开挖，采用分部开挖方案，化大断面为小断面。开挖进尺，要根据围岩级别、施工技术等因素确定。条件支护封底时间，仰拱对控制洞周变形，抑制地表沉降方面的作用时很显著的，在必要时设置仰拱，根

34、据测量结果，适时封闭仰拱。对浅埋土质围岩来说，由于其松散自稳定性差，又是在大断面隧道之中，所以进尺应短些，合理利用开挖面的空间效应，对开挖面与支护面的距离要作出限制。九、以静水状初始应力场下修建圆形隧道为例（假定围岩为各向同性的均匀力学弹塑性体），说明施工过程中围岩应力状态主要变化过程以及二次应力状态的受力特征。在施工过程中围岩应力状态主要变化过程：坑道开挖前岩体处于初始应力状态，谓之一次应力状态；坑道开挖后由于应力重新分布，坑道围岩处于二次应力状态，这种状态受到开挖方式（爆破、非爆破）和方法（全断面开挖、分部开挖）的强烈影响。如果二次应力状态满足坑道稳定的要求，则可以不加任何支护，坑道即可自

35、稳；如果坑道不能自稳，就须施加支护措施加以控制，促使其稳定，这就是三次应力状态，显然这种状态与支护结构的类型、方法以及施设时间等有关，三次应力状态满足稳定要求后就会形成一个稳定的洞室结构。原始岩体开挖一毛洞_支护丁支护体系时间稳定洞室初始应力状态开挖坑道开挖后应力状态支护支护体系应力状态时间终极应力状态（一次应力状态）*（二次应力状态）n.（三次应力状态）1（四次应力状态）影响二次和三次应力状态的因素有：围岩的初始应力、岩体的构造因素（结构面、岩块组合形态等）、坑道形状和尺寸、埋深以及坑道施工技术等。坑道开挖后周围岩体中的应力、位移视围岩强度（单轴抗压强度）分为两种情况：一种是开挖的围岩仍处在

36、弹性状态，此时，坑道围岩除产生稍许松弛外是稳定的；一种是开挖后的应力状态超过围岩的单轴抗压强度，此时坑道围岩的一部分处于塑性甚至松弛状态，坑道围岩将产生塑性滑移、松弛或破坏。坑道开挖后的弹性二次应力状态沿坑道周边只存在切向应力5,径向应力仃r变为0,坑道的开挖使坑道周边的围岩从二向（或三向）应力状态变为单向应力（或二向）状态，沿坑道周边的应力值及其分布主要取决于侧压力系数值。十、采用暗挖法施工的隧道从开挖到洞室稳定经历了哪几个力学过程？并分析这些力学过程对隧道修建的影响？若在如图所示的地应力场中修建隧道，隧道沿哪个方向修建最为有利?为什么？若沿x方向修建一圆形隧道，请绘出无支护条件下洞壁切向应

37、力值。(x=25MPa修建有利：沿最大主应力方向修建最为有利，即沿X方向。原因：最大主应力与洞轴线平行时，塑性区主要分布在洞室边墙；最大主应力与洞轴线垂直时，塑性区主要分布在洞室顶部与底板，不利于隧道的稳定。因此，设计规范给出了洞轴线与最大主应力平行或小角度相交的设计原则。ciy=iz=15MPa,当人二1时，初始垂直应力与水平应力相等时，坑道围岩的应力状态是回转对称的，各点的应力都相等，为一常数，at=2y=30MPa。十一、结合图示说明掌子面前方先行位移、掌子面挤出位移、掌子面后方位移概念。在此基础上，阐述软弱围岩隧道变形控制的基本理念以及基本原则。隧道开挖后在掌子面前方一定范围内（2a5

38、a）产生了拱顶下沉，我们称之为“掌子面前方先行位移”；在掌子面处，产生一定量的“初始下沉”（即通常所谓的拱顶下沉），此值与地质条件密切相关，约为最终位移值的20%30%左右，同时，掌子面处发生向隧道内的挤出变形，我们称之为掌子面挤出位移；在掌子面后方，随着掌子面的推进，产生不断增大的拱顶下沉，其特点是初期的位移速度很大，而后增长的速度逐渐减缓，并趋于稳定，最后达到收敛，从掌子面下沉开始下沉到最后收敛的距离，谓之收敛距离，此距离一般围岩条件下约为4a5a左右，谓之掌子面后方位移。软弱围岩变形控制的基本理念：未来减轻作用在支护上的荷载，容许一定的位移，即所谓的柔性支护控制理念。它是运行围岩变形，但

39、控制围岩产生有害的变形，如采用重支护、可缩式支护和分阶段综合控制变形等方法，它们的基本理念相同，都是容许围岩变形、释放地应力、减小支护压力，同时又能约束围岩松弛和过度变形，保持隧道稳定。为了控制围岩松弛而尽可能早得控制位移，即所谓的刚性支护控制理念。它通常是采取加强支护和衬砌刚度以及提高围岩的自支护能力两种措施。软弱围岩变形控制的基本原则：预支护、快挖、快支、快闭合。预支护一在开挖前，针对开挖后预计的变形实态，事前采取的控制变形对策一掌子面前方先行位移和挤出位移的控制。快挖一采取全断面法或台阶法进行快速掘进的对策一进尺及分部距离的控制。快支一采取初期支护控制变形的对策一初期位移速度及最终位移值

40、的控制。快闭合一使变形早期收敛的对策一收敛距离的控制或位移收敛时间的控制。十二、对于岩质山岭隧道而言，地下水的处理方式主要有哪几种，其设计理念如何？不同防排水模式下，如何确定隧道的外水载荷的设计值？对于岩质山岭隧道，地下水的处理方式主要有：“以排为主”和“以堵为主，量限排放”“以排为主”：一般来说，在环境没有要求的情况下，浅埋山岭隧道中，隧道都采用排水型隧道；对长而深的山岭隧道，如果采用非排水型隧道方案，隧道衬砌将受到较高的水压力，因此，绝大多数也采用排水的方法，降低作用在衬砌上的水压力，但在有些隧道中，在局部地段也采用了压注浆液的方法，解决施工中的出水问题，保证施工作业的安全。“以堵为主，量

41、限排放”：由于环境保护意识的提高，对隧道涌水可能造成周边地区的水理变化，如井水或泉水的枯竭、地表沉陷、水质恶化等，就要采用防水型隧道，从目前的施工技术水平来看，完全止水是不可能的。不同防排水模式下，隧道的外水载荷的设计值：“以排为主”模式下，衬砌上的水压力在设计上不予考虑；“以堵为主，量限排放”模式下，外水载荷的设计值主要有以下计算方法：A、折减系数法参照玩过水工建筑物荷载设计规范规定，作用在混凝土衬砌的外水压强标准值P=H,其中P为外水压力折减系数，它是按隧道开挖后暴露的围岩滴水状况来确定，在不同的地质条件下，水压值可以有不同的折减系数。在锚杆喷碎支护技术规范中也建议外水压力采用地下水位以下

42、的水柱高度乘以相应的折减系数的方法估算。铁路隧道的研究指出，隧道开挖后对地下水活动影响发范围仅局限在一定的范围内，而不是整个地下水都对隧道发生作用。一般来说，在地质判断中，当渗透系数小于10-610-7cm/s时，就可以认为是不透水的围岩，同时渗透系数也随着埋深的增加而，即埋深增加，水压的折减系数越大。B、渗透理论分析方法：分析隧道开挖后引起的地应力和地下水渗透力对围岩和衬砌的耦合作用，隧道衬砌外水载荷是作用于地下水位整个空间的渗液体积力，应按渗透荷载理论分析外水载荷作用下的隧道应力，可以直接通过分析隧道开挖、施作衬砌后，地下水渗透力对围岩和衬砌的耦合作用，来分析隧道衬砌结构受力的围岩稳定性。

43、C、理论解析法：隧道水压力的计算视围岩为均质、各向同性的弹塑性体，其中作用的初始应力视为静水压力状态。十三、阐述隧道信息化施工的基本原理及实践方法。基本原理：在施工前和施工过程中，通过仪器设备实时收集现场实测数据，包括拱顶沉降、洞周收敛变形、支护围岩相互作用力等，根据这些数据进行反演分析，对原设计和施工方案进行必要的调整（如支护形式，施作时间），并反馈到下一施工过程，对下一阶段的施工过程进行分析和预测，从而保证施工能够安全、经济地进行，以期获得最优地下结构物。实践方法：流程根据施工前的信息（主要是地质方面的）进行预设计，然后付诸施工，同时进行施工监测并依其信息（主要是位移信息）修改预设计，再施

44、工、再测量，直到形成一个长期稳定的洞室结构体系，由此可见，信息设计方法与过去或当期采用的一般设计方法，有了很大的改变，它不仅包括施工前的设计，还包括施工过程中的设计，即把过去截然分开的施工和设计两个阶段，融为一体，构成一个完整的设计过程。施级趣L或到k成事后设小串曲设计过去的通计的T方法情感化设计施工方江苦修我诜/立歹施工情荏施王前设计算工11P设H筋丁苒叁试第_H_标准献计与#惟池乩12I十四、阐述隧道信息化施工方法的原理和需解决的问题。原理：根据施工前的信息（主要是地质方面的）进行预设计，然后付诸施工，同时进行施工监测并依其信息（主要是位移信息）修改预设计，再施工、再测量，直到形成一个长期

45、稳定的洞室结构体系，由此可见，信息设计方法与过去或当期采用的一般设计方法，有了很大的改变，它不仅包括施工前的设计，还包括施工过程中的设计，即把过去截然分开的施工和设计两个阶段，融为一体，构成一个完整的设计过程。色pH杳血fr工一_二,标底设计1需解决的问题：1、采用什么信息进行反馈？2、反馈的目的和要求3、采用什么方法进行反馈？未完十五、在隧道施工过程中，如何根据现场测量和贯彻信息，判定其安全性？阐述隧道信息化施工基本原理，在隧道施工中，如何通过位移信息判断隧道稳定性？根据位移量测值或预计最终位移值判断洞室稳定性或可靠性分析的关键和难点是位移的极限值的确定，位移极限值是洞室所处围岩性质、支护结

46、构形状和施工等条件的综合反映。它与其所处的地形、地质条件、洞室形态、支护结构形态和施工等因素有关，任一点的极限位移都是在具体条件下的隧道稳定极限状态位移。根据隧道洞室变形动态信息反推的围岩参数和支护结构实际所受的荷载，进行洞室极限位移的计算模拟，并结合室内模拟实验和现场资料进行综合确定。实测最大相对位移值或预测相对位移不大于铁路隧道设计规范规定的极限相对位移值的2/3,可以认为初期支护达到稳定，如果大于极PM相对位移值的2/3,意味着围岩不稳定或支护系统工作状态不安全，需要加强。根据位移速率判断位移速度是以每天的位移量来表示的，对某一开挖断面来讲，从开始产生位移到它稳定为止，每天的位移变化速率

47、都是不同的，位移速率是由大变小递减的过程，从变形曲线上可以分为三个阶段：A、变形急剧增长阶段一变形速率大于1mm/d;B、变形速率缓慢增长阶段一变形速率为0.21mm/d;C、基本稳定阶段一变形速率小于0.2mm/d当净空收敛速率小于0.2mm/d时，认为围岩已达到基本稳定。（我国根据下坑、金家岩、大瑶山等十余座隧道制定的围岩变化速率标准）大秦铁路复合衬砌隧道提出围岩基本稳定的标准：隧道跨度小于10m时，水平收敛速率约为0.1mm/d;跨度大于或等于10m时，水平收敛速率为0.2mm/d根据位移一时间曲线（围岩时态曲线）形态判断由于岩体的流变特性，岩体破坏前变形曲线可分三个阶段：2,.2.一一

48、.A、基本稳定区，主要标志为变形速率逐渐下降，即du/dt0,表面围岩进入危险状态，须停工，进行加固。根据量测结果，可按下表所列变形管理指导施工管理登记管理位移施工状态muu0/3可止常施工nu0/32u0/3应采取特殊措施u实测位移值，u0极限位移值隧道失稳的经验先兆局部块石坍塌或层状劈裂、喷层大量开裂累计位移量已达到极限位移的2/3,且仍未出现收敛减缓的迹象每月的位移量超过极限位移的10%洞室变形有异常加速，即在无施工干扰时的变形速率加大。十六、地表沉降规律，如何控制？（矿山法）地表面沿隧道中线的纵向下沉动态基本规律：A、掌子面到达前，距掌子面一定距离发生下沉，并可能在掌子面到达前，在地表

49、面发生与隧道轴向成正交的横断开裂。B、掌子面通过前后，围岩发生急剧的下沉，此急剧下沉从地表靠近拱顶越大。C、掌子面通过后，地表面下沉开始收敛，离掌子面越远，隧道断面闭合，下沉也就收敛了。地表面沿隧道中线的横向下沉动态基本规律：A、掌子面通过前，对地面横向下沉的影响相对较小。B、掌子面通过后，由于掌子面通过后隧道中线上的地步下沉量急剧增大，故地表下沉形状比掌子面通过前呈中央值很大的正态分布曲线。掌子面前方及周边土体变形规律：一般来说，在浅埋条件下，隧道开挖后的地面下沉与洞内的变形之间是相关的，从基本规律上看，洞内与地面下沉是一致的，也大体上分为掌子面前方的地表面下沉和鼓起，掌子面位置正上方的地表

50、面下沉及掌子面后方的地表面下沉，不同的是量值和沉降发生的范围，而且与洞内的下沉是相关的。控制地表沉降措施:从洞内控制掌子面前方先行位移、掌子面挤出位移和掌子面后方位移，减小地表沉降A、利用超前支护技术，如超前锚杆、超前长钢管、超前大管棚、超前小导管、水平喷注浆等控制掌子面前方先行位移。以利用留核心土、掌子面喷碎、掌子面锚杆、掌子面围岩注浆改良等稳定掌子面、控制掌子面挤出位移。C采用加强的初期支护，如采用高刚性、高强度的喷碎、高规格的钢支撑、承载力大的锚杆等加强初期支护。通过控制拱脚下沉，减小围岩整体下沉。采用临时仰拱、加肋钢筋、喷碎加固拱脚等控制上半断面拱脚下沉，利用锁脚锚杆、拱脚加固桩、水平

51、侧壁钢管等提高拱脚的承载力。从地表面采取控制地表下沉措施。如地表旋喷桩加固地层，地表垂直锚杆补强地层等控制土质围岩等技术，对围岩进行加固补强，控制地表下沉。采用注浆止水工法或采用冻结法，隔断壁法进行堵水处理，减少地下水位下降造成的围岩松弛和地表下沉。建立同时测定地表面下沉、拱顶下沉与拱脚下沉的量测体系，根据量测数据进行反馈，及时调整开挖顺序及开挖进尺、支护类型及施设时间等，及时控制围岩松弛，控制地表下沉。十七、地表沉降规律，如何控制？（盾构法）隧道纵向的地基变形盾构机到达前发生的下沉，先期沉降。对于砂质土，先期沉降是由地下水位下沉引起的。对于极软弱黏土，先期沉降是由于开挖面的过量取土而引起的。

52、开挖面前部下沉（隆起）是在盾构开挖面即将到达之前发生的下沉或隆起，开挖面的水土压力不平衡是其发生的原因。盾构机通过时发生的下沉或隆起，是由于盾构外周面与围岩发生摩擦，或超挖使围岩扰动是其发生的主要原因。盾尾刚刚通过发生的下沉和隆起，是由于盾尾空隙的产生引起应力释放或壁后注浆压力过大而产生，地基下沉的大部分都是这种盾尾空隙下沉。后续下沉是软弱黏土中出现的现象，主要是由于盾构推进引起整个地基松弛或扰动而发生的，可持续到盾构通过后34个月。隧道横断面方向的沉降：由盾构的推进引起的横断面方向的最终地基下沉分布，一般以隧道为中心，呈单向横坡形式，近似于倒立的标准概率曲线的形状。控制措施：地基变形预测与监

53、控。在推进时，在隧道中线向上及其两侧范围内设置检测点，当地表监测显示沉降量过大时，亦需暂停出土，建立土压平衡，加大同步注浆或进行二次注浆，进行水准测量，并根据监测结果指导施工，调整施工参数，总结经验，用到后续的施工管理中。开挖过程中水土压力不均衡防治措施。当实际土仓压力未达到理论土压力时，则存在掌子面失稳的可能，此时应停止出土，建立土压平衡，土压平衡式盾构可通过调整推进速度和螺旋式排土器的转速，使土仓压力与开挖面土水压力相对应。另外，注入适当的添加剂增加开挖土的塑性、流动性，使压力仓内不产生空隙。泥水加压盾构可根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的水土压

54、力。推进中围岩扰动防治措施。为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦，尽量不扰动围岩，必须控制好盾构姿态，防止盾构偏转及横向偏移等，减少超挖量。盾构姿态发生偏差时，应缓慢纠偏，不能操之过急。盾尾空隙下沉与壁后注浆引起的地基隆起防治措施。根据围岩状态来选择渗透性好、固结强度大的壁后注浆材料，并尽量与盾构推进的同时进行壁后注浆，即采用同步注浆。推进过程中及时进行壁后注浆，保证注浆的数量和质量，就能有效地控制沉降。另外，还应根据需要进行二次注浆控制下沉，降低由于二次注浆引起的下沉。一次衬砌变形防治措施、为防止管片环变形，必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓，必要时做好二次紧固。地

55、下水位下降防治措施。为了防止从管片接头、壁后注浆孔等处漏水，必须咨询进行管片的组装及防水作业，做好螺栓的紧固工作。施工过程中，盾构机的螺旋输送器、盾尾密封刷等必须保持良好的密封性能，防止失效漏水。对完成施工的隧道渗漏水，必须及时采取措施进行堵漏。十八、隧道开挖的基本原则：在保证围岩稳定或减少围岩扰动的前提下，选择恰当的开挖方法和掘进方法，并尽可能提高掘进速度。按开挖隧道的横断面分部情况来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法。全断面台阶法特点：开挖断面作业空间大，干扰小；有条件充分使用机械，减少人力；工序少，便于施工组织与施工管理，改善劳动条件；开挖一次成形，对围岩扰动小，有利于围岩稳定。台阶法：长台阶法、短台阶法、微台阶法由两条件决定：对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短；对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。分部开挖法：环形开挖预留核心土、