中南大学隧道工程课后习题及参考答案

1、第 1 章 隧道工程勘测设计1. 隧道选址与线路选线有什么关系？2. 确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。3. 在按地质条件选择隧道位置时， 所需要的地质资料有哪些？如何考虑地形条件对隧道 位置的影响？第 2 章 隧道主体建筑结构1某新建铁路非电化曲线隧道，已知圆曲线半径R= 1200m，缓和曲线长l=50m，远期行车速度 V=160km/h，隧道里程为： 进口 DK150+310;出口 DK150+810; ZH 点 DK150+320; YH 点 DK151+000。试求：各段加宽值与隧道中线偏移值。要求按教材P32图2-7所示，表示清楚，并注明不同加宽的分段里程。（注：超高值以0

2、.5cm取整，最大采用15cm;加宽值取为10cm的整数倍;偏移值取至小数点后 2 位）2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？第 3 章 隧道附属建筑1. 什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应该避开哪些地方？2. 营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？3. 为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？第 4 章 隧道围岩分类与围岩压力1. 影响围岩稳定性的主要因素有哪些？围岩分级主要考虑什么因素？围岩分级的基本 要素是哪几种？我国铁路隧道围岩分级主要考虑哪些因素？已知某隧道所处围岩节理发育， Rb= 26MPa，试问这是属

3、于哪一级围岩？2. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m,W级围岩。已知：围岩容重 丫 = 20KN/m3，围岩似 摩擦角$ = 530,摩擦角0 = 300,试求埋深为3m、7m , 15m处的围岩压力。第 5 章 隧道衬砌结构计算1已知作用在衬砌基底面上的轴力 N=870KN,弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m ,围岩 抗力系数为 150MPa/m 。试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。 （注：抗力方向以挤压围岩为正 ）3对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MP

4、a/m, 请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角（注：图中 1、 2、 3为截面编号 ）。第 6 章 隧道施工方法1. 采用台阶法施工时， 影响台阶长度的主要因素是什么？环形开挖留核心土法是如何稳 定开挖工作面的？2. 在隧道分部开挖施工中，这些术语指的是开挖的哪些部位？落底、拉中槽、导坑、挖 马口。3. 指出错误，并改正之：某隧道位于软弱破碎地层中， 采用长台阶法施工。 施工过程中发现洞室周边位移加速度 等于零，因而断定围岩变形已经稳定。4. 指出错误，并改正之：新奥法施工时， 隧道开挖后，为了调动围岩的承载能力， 不宜立即喷射混凝土，而应经 量测后， 再施喷。 为了隧道的稳定，

5、复合式衬砌应在锚喷支护完毕后立即修筑内层模筑混凝 土衬砌。第 7 章 隧道钻爆施工作业1. 请解释“临时支护” 、“初期支护”与“永久支护”的含义，并各举一例说明之。2某隧道的导坑，尺寸为2.8m x 2.8m，级围岩，岩石等级为坚石f=8,采用斜眼掏槽，2 号岩石硝铵炸药，药卷直径 32mm, 装药系数可取为 0.6。试问：炸药用量；炮眼深度；炮眼数量。 第 8 章 隧道施工的辅助坑道及辅助作业1. 隧道施工的辅助作业有哪些？2. 为什么有的隧道必须采用辅助坑道？选择辅助坑道时必须考虑哪些条件？3. 隧道施工通风有几种方式？用得最多的是哪一种？它又分为几种什么样的方式？4一座隧道，1级围岩，

6、断面积约为75m2,钻爆法施工，洞内同时工作的最多人数为35人。请按保证洞内人员新鲜空气要求计算通风机应提供的风量。第 9 章 新奥法1已知一座深埋圆形隧道， 开挖直径10m,拱顶以上岩层覆盖厚度 495m，围岩容重丫 =20KN/m3，弹性模量 E=104MPa,粘结力C=1.5MPa,围岩内摩擦角300，侧压力系数入=1，泊松比=0.2 o试问： 开挖后不支护状态下，围岩是否出现塑性区？ 如果出现，问塑性区半径是多少？ 假定支护阻力Pa=8.5MPa,问洞室周边位移是多少？2某单线铁路隧道，对量测数据进行回归分析后，知位移时态曲线方程为。已知隧道极 限相对位移值为144mm，开挖6天后洞周

7、实测相对位移值为64mm。试从位移值、位移速度、位移加速度三方面判断开挖6天后的隧道稳定性。3某单线铁路隧道，位移时态曲线方程为。若以位移速度小于0.2mm/日为隧道稳定的判断准则，试从位移速度和位移加速度这两方面判断隧道能否稳定？需要多长时间才能稳 定？是否需要采取加强措施？ 第 10 章 隧道掘进机施工岩石掘进机的适应条件？ 岩石掘进机有哪些类型？第11章 高速铁路的隧道施工1. 高速铁路隧道会产生怎样的空气动力学效应？2. 如何克服空气动力学的不良效应影响？ 第 12 章 隧道施工组织与管理1. 隧道现场施工的特点是什么？2. 如何加快施工进度？第 13 章 隧道的营运管理与养护维修1.

8、 隧道养护工作的原则是什么？2. 隧道病害治理的主要内容有哪些？3. 衬砌裂缝的延展方向与隧道的稳定性有何关系？ 习题参考答案第1章 隧道工程勘测设计1答：依隧道类型不同而不同：对于长大隧道，线路选线应服从于隧道选址；对于 中、短隧道，选址应服从于线路。2. 答：早进晚出。保护洞口边仰坡的稳定。3答： 地质构造、 岩体强度、水文地质条件、不良地质；越岭线隧道的位置应选择穿越垭口； 河谷线隧道应使隧道外侧最小覆盖厚度满足工程要求，以避免偏压。 第 2 章 隧道主体建筑结构1解：超高 E= 0.76 x V2/R=16.21cm 15cm 取为 15cmd 内=4050/1200+2.7E=43.

9、9cmd 外=4400/1200=3.7cmd 总=d 内+ d 外=47.6cm （取为 50cm） d 偏=（d 内d 外）/2=（43.9-3.7）/2=20.1cm分段里程：d总 与d偏 断面： 进口 DK150+310+ 345d 总 /2 与 d 偏 /2 断面： DK150+345出口 DK150+8102. 答：因台阶的不同高差逐渐改变了起坡点的高度，起坡点越高则刷坡点越低。 第 3 章 隧道附属建筑1. 答： 铁路隧道中供行人躲避列车， 或堆放维修器材的洞室； 大避车洞： 碎石道床， 对侧150m间距； 整体道床，对侧 210m间距；小避车洞：对侧 30m间距；应避开不同 衬

10、砌类型衔接处、变形缝处、不同断面加宽处、不同围岩分界处。2. 答：有自然通风和机械通风两种基本方式，而机械通风又有： 洞口风道式通风、喷阻式通风、 辅助坑道通风以及射流式通风。 风流中性点指风速为零的点， 它不会出现在纵 向式通风中，而只会出现在半横向式和全横向式通风之中。3. 答：为了让司机的眼睛逐渐适应洞内外的亮度状况；接近段 在洞口前，从注视点到适应点之间的一段道路，不需设照明；入口段 进入隧道洞口的第一段，使司机的视力开始适应隧道内的照明光线；过渡段介于入口段和中间段之间的照明区段， 解决从入口段的高亮度到中间段的 低亮度之间的的剧烈变化；中间段 司机已基本适应洞内的照明光线，中间段的

11、基本任务就是保证行车照明；出口段 单向交通隧道中，应设置出口段照明，让司机逐渐适应由洞内到洞外的 光线变化。而双向交通隧道中，无出口段照明。第 4 章 隧道围岩分类与围岩压力1. 答：影响围岩稳定性的主要因素：地质因素；人为因素围岩分级主要考虑：地质因素围岩分级的基本要素： 4种 岩性要素强度、变形性质等（力学性质）； 地质构造要素指围岩的完整性状态； 地下水要素地下水对围岩的软化作用； 地应力要素一一初始地应力对围岩产生岩爆、裂缝、岩体剥离与位移等作用。 我国铁路隧道围岩分级主要考虑因素有 4种： 岩体的结构特征与完整性状态；岩石强度；地下水；初始地应力 这是W级围岩，软岩。2. 解：求自然

12、拱高度；判断深浅埋分界；分别按土柱法、一院法、统计法求围 岩压力。结果 （小数点后四舍五入 ）：埋深 3m 时： q=128KPa， e=31KPa；埋深 7m 时： q=60KPa， e=16KPa；埋深 15m 时：q=84KPa, e=(1325)KPa； 第 5 章 隧道衬砌结构计算1.解：运用温氏假定解之。2. 什么情况下将围岩抗力弹簧径向设置？试推导径向设置的围岩抗力单元刚度矩阵。 (注：抗力方向以挤压围岩为正 )解：抗力设置方向提问，见教材P10 8。 见图 1 ：抗力Ri =Ki.Si .3 i,将其沿x、y方向分解为：Rix=-Ri .sin $ i Riy=Ri .cos

13、i 见图 2,将节点产生的水平位移与垂直位移合成为径向位移：3 i =-uix. sin$ i+uiy. cos$ i故有：Ri = Ki.Si .3 i= Ki.Si .( -uix. sin$ i+uiy. cos$ i)将其代入，得：Rix= Ki.Si .( sin2$ i. uix- sin$ i. cos$ i. uiy)Riy= Ki.Si .( -cos$ i.sin$ i.uix+cos2$ i.uiy)写成矩阵形式后得抗力单刚(元素 )：Ki.Si . sin2$ i -Ki.Si . cos$ i.sin$ i-Ki.Si . cos$ i.sin$ i Ki.Si .c

14、os2$ i0 00 00 00 03. 解：求墙底中心水平位移：墙底中心应力 6中=287k n.m/0.5m=574KN/m2由温氏假定： 3 中=b 中 /Kd=574 KN/m2 /350000 kn/m3=0.164cm (1Mpa =1000kn/m2)墙底中心水平位移=0.164 x cos 600=0.082cm墙底中心垂直位移=0.164 x sin 600=0.142cm在弯矩M作用下，墙底边缘应力b边=M/W=15/(0.52/6)=360kn/m2，由温氏假定：边缘垂直于墙底面的位移 3 边=b 边 /Kd=360/350000=0.00103m=0.103cm墙底截面

15、转角 3 =0.10325=0.00412=0.236 第 6 章 隧道施工方法1. 答：地质因素，在软弱围岩中，为了及时形成封闭支护结构，应减小台阶长度； 进度因素,在较好围岩中为了加快进度,在机械设备允许的情况下,应适当延长台阶长度。 “环”法：禾U用核心土稳定工作面，且能及时施作拱部初期支护。2. 答：落底 开挖隧道底部中槽 开挖隧道中部导坑 于隧道断面中先行开挖的部分均称为导坑， 有上部弧形导坑、 侧壁导坑、 中导坑等。挖马口 先拱后墙法施工中，开挖边墙。3. 答：错误 长台阶法、断定围岩变形已经稳定。4. 答：错误 不宜立即喷射混凝土、锚喷支护完毕后立即修筑内层模筑混凝土衬砌。 第

16、7 章 隧道钻爆施工作业1. 答：临时支护 仅在开挖过程中对围岩起支承作用，如木支撑；初期支护 隧道开挖后及时施作， 兼有临时支护与加强围岩自稳能力的作用， 如喷锚支 护；永久支护 隧道结构的支承结构，如整体式衬砌。2. 解：炮眼深度：p175,（取开挖宽度的0.50.7倍，均值为0.6）炸药用量：由 （7-1）式，炸药用量炮眼数量：由 （7-3）式，第 8 章 隧道施工的辅助坑道及辅助作业1. 答：通风、压缩空气、供水、供电。2答：工期的要求；地形条件、地质条件、隧道类型（长度）、工程造价。3答：机械通风一一风管式、巷道式、风墙式；风管式；压入式、抽出式、混合 式。4. 解：由 （8-1）式

17、,所需风量因是I级围岩，故应采用全断面法，即通风断面积为75m2，由（8-4）式验算风量：不能满足洞内稳定风流的风速要求，应加大风量。第 9 章 新奥法1解：，计算出；由 9-9 式，求得洞周出现塑性区。 由 9-23-1 式， 由 9-25 式，2解：将t=0 ,代入，得。 求第 6 天施工实测相对位移：u=u0+u*=20+64=84mm144mm （ 稳定 ） 位移速度 , 第 6 天时 （稳定 ） 位移加速度 （稳定） 结论：隧道稳定。3解：位移速度，令，解得t=30.6天 31天（要 31天后才能稳定） 位移加速度 （稳定） 隧道稳定，不需要采取加强措施。第 10 章 隧道掘进机施工1. 答：适应较为坚硬的岩石地层。2. 答：全断面式 （开敞式、护盾式 ）和臂式两大类。第 11 章 高速铁路的隧道施工1答：瞬变压力与