中南大学隧道工程课后习题与参考答案

1、第1章隧道工程勘测设计.隧道选址与线路选线有什么关系？.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。.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.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）.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.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？.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 ？.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.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,试问这是属于哪一级围岩 ？.某隧道内空净宽

3、 6.4m,净高8m, IV级围岩。已知：围岩容重丫 =20KN/m3 ,围岩 似摩擦角4=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.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。.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）.一对称等厚平拱，衬砌厚度为 50 cm,已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙

4、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.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？.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。.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。.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，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.请解释 临

5、时支护”、初期支护”与永久支护”的含义，并各举一例说明之。.某隧道的导坑，尺寸为2.8m X2.8m , V级围岩，岩石等级为坚石 f=8 ,采用斜眼掏槽，2号岩石硝钱炸药，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 TOC o 1-5 h z .隧道施工的辅助作业有哪些？.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？.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？.一座隧道，I级围岩，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

6、计算通风机应提供的风量。第9章新奥法.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,侧压力系数狂1 ,泊松比巧0.2。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？.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 ,开寸g 6天后洞周实测相对位移值为 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

7、的隧道稳定性。.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 TOC o 1-5 h z .高速铁路隧道会产生怎样的空气动力学效应？.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.隧道现场施工的特点是什么？.如何加快施工进度？第13章 隧道的营运管理与养护维修.隧道养护工作的原则是什么？.隧道病害治理的主要内容有哪些？.衬砌裂缝的延展方

8、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.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。.答：早进晚出。保护洞口边仰坡的稳定。.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 选择穿越垃口 ；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.解：超高 E= 0.76 xV2/R=16.21cm 15cm取为 15cmd 内=4050/1200+2.7E=43.9cmd 夕卜=4400/1200=3.7cmd 总=d 内 + d 外=47.6cm （取为 50cm）

9、d 偏=（d 内一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+810.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.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 开不同衬砌类型衔接处、变形缝处、不同断面加宽处、不同围岩分界处。.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

10、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。.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，中间段的基本任务就是保证行车照明出口段一一单向交通隧道中，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

11、分类与围岩压力.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种岩性要素一一强度、变形性质等（力学性质）；地质构造要素一指围岩的完整性状态；地下水要素一一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IV级围岩，软岩。.解：求自然拱高度；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=60

12、KPa , e=16KPa ;埋深 15m 时：q=84KPa , e=（13 25）KPa；第5章 隧道衬砌结构计算.解：运用温氏假定解之。.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P108。见图1 :抗力Ri=Ki.Si.Si,将其沿x、y方向分解为：Rix=-Ri .sin（j）i Riy=Ri .cos（j）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Si=-uix. sin （j）i+uiy. cos （j）i故有：Ri = Ki.SiSi=Ki.Si .（ -uix. sin （j）

13、i+uiy. cos （j）i）将其代入，得：Rix= Ki.Si .（ sin2（j）i. uix- sin （j）i. cos（j）i. uiy）Riy= Ki.Si .（ -cos （j）i.sin（j）i.uix+cos2 （j）i.uiy）写成矩阵形式后得抗力单刚（元素）：Ki.Si. sin2（f）i -Ki.Si . cos（f）i.sin（f）i-Ki.Si: cos Msin（f）i Ki.Si ：cos2（f）i0 00 00 00 03.解：求墙底中心水平位移：墙底中心应力 抻=287kn.m/0.5m=574KN/m2由温氏假定：8中=b中/Kd=574 KN/m2 /

14、350000 kn/m3=0.164cm （1Mpa =1000kn/m2）墙底中心水平位移 =0.164 xcos 600=0.082cm墙底中心垂直位移 =0.164 xsin 600=0.142cm在弯矩 M 作用下，墙底边缘应力 毡=M/W=15/(0.52/6)=360kn/m2由温氏假定：边缘垂直于墙底面的位移殖=汕/Kd=360/350000=0.00103m=0.103cm墙底截面转角 3=0.103/25=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

15、情况下,应适当延长台阶长度。坏”法：利用核心土稳定工作面，且能及时施作拱部初期支护。.答：落底一一开挖隧道底部中槽一一开挖隧道中部导坑一一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 一一先拱后墙法施工中，开挖边墙。.答：错误一一长台阶法、断定围岩变形已经稳定。.答：错误一一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7章 隧道钻爆施工作业.答：临时支护一仅在开挖过程中对围岩起支承作用，如木支撑；初期支护一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；永久支护一隧道结构的支承结构，如整体式衬砌。.解：炮眼深度：p1

16、75,(取开挖宽度的0.50.7倍，均值为0.6)药用量：由(7-1)式，炸药用量眼数量：由(7-3)式，第8章 隧道施工的辅助坑道及辅助作业.答：通风、压缩空气、供水、供电。.答：工期的要求；地形条件、地质条件、隧道类型(长度)、工程造价。.答：机械通风风管式、巷道式、风墙式；风管式；压入式、抽出式、混合式。.解：由（8-1）式所需风量因是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.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，.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。.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.答：适应较为坚硬的岩石地层。.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.答：瞬变