隧道工程复习

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业一、第一章绪论一、隧道定义：是一种修建在地下的工程建筑物。修建在地下、两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道(在保留上部地层的前提下开挖出能够提供某种用途的地下空间)。二、隧道的分类及其作用1、按用途分（常用分类方法）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。（2)水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组产生动力资源。尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道（3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。(例如：综合管网、海底设施隧道等)(4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。2、按隧道长度分公路：特长隧道L＞3000m、长隧道3000＞L＞1000m、中长隧道1000＞L＞500m、短隧道L＜500m

铁路：特长隧道L＞10000m、长隧道10000＞L＞3000m、中长隧道3000＞L＞500m

短隧道L＜500m3、按断面面积分（国际隧道协会）：特大断面（>100m2）、大断面（50～100m2）、中等断面（10～50m2）、小断面（3～10m2）、极小断面（<3m2）。按地层分(经过的地层)：岩石(软、硬)隧道、土质隧道。按断面形状分:圆形隧道、矩形隧道、马蹄形隧道。按隧道所处的地理位置分：山岭隧道、水底隧道、城市隧道按施工方法分:钻爆法隧道明挖法隧道机械法隧道沉埋法隧道

三、山岭交通隧道的类型与功能：山岭交通隧道：是指专供铁路或公路运输使用的地下工程结构物。它是铁路或公路的重要组成部分之一。（1）越岭隧道：在线路翻越山岭地段，通过修建隧道可减少展线长度，使线路平直。这是山岭交通隧道的最大功能。（2）傍山隧道或河谷隧道：在线路沿河谷绕行时，为避免不良地质地段，如滑坡等，用隧道来裁弯取直时，可缩短线路长度这种隧道一般称为傍山隧道或河谷隧道。四、隧道的功能：1、克服高程障碍(例如越岭隧道)。2、裁弯取直缩短线路（例如榜山隧道）。3、避开不良地质地段例如（对于容易发生塌方、掉石、泥石流、滑坡等病害地段，修建隧道可大大改善运营条件，保证行车安全，节省养护维修费用。）4、避开其他重要建筑或工程等例如（与公路、城市主干道的交叉处、穿越城区重要建筑物、穿越城区重要风景、园林区域、绕避大型水利枢纽工程等）隧道工程的特点：1、优点：（1）缩短线路长度，减少能耗（2）节约地皮（3）有利于环境保护4）应用范围广泛2、缺点：（1）造价较高（2）施工期限长（3）施工作业环境和条件较差第二章隧道的勘测与建筑设计一、越岭隧道的概念：通过山区的交通干线往往要翻越分水岭，从一个水系进入另一个水系，这段线路称之为越岭线，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。用于缩短线路，克服高程障碍。越岭隧道的位置选择从平面和立面两个方面考虑，平面位置选择垭口，考虑因素有路线的总方向，地质条件，隧道长度，两侧展线难易程度，工程量的大小，路、桥、隧总体线型。立面由高程选择宜选择高程低的位置且要经过隧道长度、施工难度、运营条件等综合比选多个方案，最后确定最佳方案。垭口的概念：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处，即称垭口。垭口的选择因素：①优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，此时垭口在两侧具备有良好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。②虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件，又不损失越岭高程的垭口。③隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接近处。④工程地质和水文地质条件良好的垭口。二、傍山隧道的概念:山区铁路（或公路）除越岭地段以外，线路大多是沿河傍山而行，在地势陡峻的峡谷地段，常需修建的隧道即为傍山隧道，也有称之为河谷线隧道。2、位置选择：①保证最小覆盖层厚②尽量内靠③考虑既有建筑物对洞身稳定的影响。④尽可能“裁弯取直”3、什么是不良地质？不良地质系指滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、涌水及第四纪堆积层等不良地段。不良地质注意事项：1.滑坡地区：（1）山体可能沿某软弱面滑动（2）层状倾斜岩层沿某个软弱面滑动2.崩塌地区：悬崖陡壁地区，日久风化、产生张开节理和裂隙，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。3.岩堆地区：这时宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。4.泥石流：应避免把隧道放在冲积扇范围以内，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞顶通过。5.溶洞地区：尽量避免或要有足够的安全距离。6.瓦斯地区：隧道在通过煤层时会遇到甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等有害气体，容易引起火灾、爆炸、最好避开，不得已时作好通风。洞口位置选定的原则和要求总的原则：早进洞、晚出洞目的：确保施工、运营的安全具体选择原因：1.洞口应尽可能设在山体稳定、地质较好处，不应设在排水困难的沟谷低洼中心。原因：(1)沟谷地势狭窄，不利施工；

(2)不利防洪、排水；

(3)洼地一般地质条件较差。2.洞口应尽可能设在线路与地形等高线正交处3.隧道洞口的路肩设计标高，应高于洪水设计标高4.边坡、仰坡不宜开挖过高，以保证洞口安全5.当隧道穿过悬崖陡壁时，可贴壁进洞◆当隧道穿过悬崖陡壁时，岩壁稳定且落石或坍塌不可能时，一般不宜刷动原坡面，破坏地表植被，暴露风化破碎岩层，使洞口处于不利地位。当洞口地形平缓时：由于选定洞口位置有较大的伸缩范围此时，此时应结合洞外填方路堑施工难易、路堑排水支农要求、弃碴场地、施工力量及机械设备等情况全面考虑。注重环境保护

地质条件和隧道位置的关系(1)无论是越岭线路或沿河傍山线路，都力求选择在地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过；(2)尽量避免通过断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、偏压显著、地下水丰富等地质不良地段；当绕避困难时，应尽量采取必要的工程措施。隧道的平面设计：公路隧道的平面线形和普通道路一样，根据公路规范要求进行设计。隧道平面线形，一般采用直线、避免曲线。如必须设置曲线时，应尽量采用大半径曲线，并确保视距要求。隧道净空：指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括通风、照明、消防、通讯等设备所占空间。隧道建筑限界：是为保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度范围内任何物体不得侵入的限界墙效应：隧道边墙给驾驶员造成危险的心理影响，行车偏左减少行车道第三章隧道的支护支护结构类型及优缺点1.外部支护（外部支撑坑道围岩）◆整体式混凝土衬砌优点：对地质条件和施工条件的适应性较强易于按需要成型整体性好抗渗性强缺点：需要养生时间受力较慢◆砌石衬砌优点：◆拼装式衬砌优点：可立即承受围岩压力工厂化、机械化，改善劳动条件不需临时支撑可节省大量材料及劳力速度快，工期短，造价低缺点：接缝多，整体性差，抗渗性差，防水困难需要足够的拼装空间制备构件尺寸上要求精度高◆喷射混凝土支护优点：充分发挥围岩的自承能力，因而有效地利用洞内净空施工简便，提高作业安全性和作业效率，使坑道断面缩小，从而减少了开挖量，也节省圬工缺点：老师没写洞门的定义：在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物。洞门的作用：◆减少洞口土石方开挖量◆稳定边坡◆引离地表流水◆装饰洞口洞门的类型、特点、使用条件端墙式洞门适于：地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩。结构特点：能有效抵抗山体纵向推力。2）洞口环框式洞门适用：Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求作用：不承载，加固洞口减少雨后洞口滴水简单装饰翼墙式洞门适用：山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。4）柱式洞门适用于地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑，而又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时。特点：可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性，美观，壮观。台阶式洞门适用于：傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时作用：减小仰坡高度及外露坡长，减少开挖量。6)斜交式洞门适用：线路方向与地形等高线斜交时特点：将洞门做成与地形等高线一致，使洞门左右可以仍保持近似对称，但衬砌洞口段和洞门相对于线路呈斜交形式。削竹式洞门适用于洞口段有较长的明洞衬砌，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大；地形相对比较对称和不太陡峻。特点：1洞口边仰坡开挖量少2减少对植被的破坏和有利于保护环境3适用各种围岩类别明洞定义：明洞---明挖法修建的隧道。明洞的使用条件：◆隧道的进出口处；◆地质条件差且覆盖层薄，暗挖法难进洞；◆洞口路堑边坡有落石而危及行车安全时；◆铁路、公路、河渠必须在路线上方通过且不宜做立交桥或涵渠。明洞的类型及结构特点拱式明洞(通常所说的明洞均指这种)◆路堑式路堑对称式路堑偏压式◆半路堑式半路堑偏压斜墙式半路堑单压耳墙式拱式明洞结构特点（1）整体性好，承载能力强。（2）除对称型外，外墙承载强度大于内墙。衬砌形式：整体式衬砌。结构材料：素混凝土、钢筋混凝土，以后者居多。棚式明洞◆盖板式◆悬臂式棚室明洞结构特点（1）承载能力比拱式明洞弱；（2）内墙承载强度大于外墙。衬砌形式：现浇件、预制件结构材料：钢筋混凝土第四章隧道的附属结构公路隧道附属结构:◆紧急停车带◆横洞和预留洞室◆运营通风设施◆运营照明设施隧道治水原则与措施隧道防排水应遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和运营设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。通风方式、分类、选择自然通风机械通风分为纵向式（包括射流式、风道式和喷嘴式、竖井排风），半横向式（包括吸入式和送入式），全横向式和混合式。纵向射流式通风适用于：双向交通时可用于长度1km以下的隧道单向交通时可用于2km左右的隧道全横向式通风适用于：它的特点是风在隧道的横断面方向流动，一般不发生纵向流动，因此有害气体的浓度在隧道轴线方向的分布均匀。该通风方式有利于防止火灾蔓延和处理烟雾。混合式通风适用于：一般仅限公路隧道，根据隧道的具体条件和需要，由竖井与各种通风方式组合成为最合理的通风系统。通风方式选择：水底隧道—全横向式通风（重要性、安全性）城市隧道—全横向式和半横向式（舒适性、稳定性）山岭隧道—纵向式通风和半横向式（经济性）第五章围岩1、围岩：隧道开挖后，周围一定范围内，对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。2、岩石岩体区别：岩石：是由一种或几种矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然体，可近似认为岩石均质、连续和各项同性的介质。岩体：由岩石组成，在结构面切割下具有一定的结构和构造，占地球上一定空间的地质体（或岩块）—结构体，它具有明显的非均匀性质，不连续性和各项异性。区别：岩石：均质、连续、各向同性岩体：非均质、不连续、各向异性3、流变特性●蠕变：应力不变，而应变随时间增长。●松弛：应变不变，而应力随时间而衰减5、岩体的强度特性：特点岩体强度低于岩石强度，约为岩石强度的70～80％。具有明显的各项异性与岩体内结构面形态有密切关系工程上常用岩体强度大小顺序：抗压>抗剪>抗拉>抗弯常用强度准则——莫尔—库尔理论5、围岩的稳定性：隧道工程开挖后，周围地层（围岩）的稳定程度，它是一个反映地质环境的综合指标。6、隧道开挖后的稳定性描述（1）充分稳定的：坑道在长时间内具有足够的自稳能力，无需任何人为的支护而能维持稳定，无坍塌，偶尔有掉块。（2）基本稳定的：坑道会因爆破，岩块结合松弛等而产生局部掉块，但不会坑道的坍塌，坑道是稳定的（3）暂时稳定的：坑道开挖后呈现出不同程度的坍塌现象，坍塌后的坑道为拱形，呈暂时稳定状态，大多数坑道属此状态。（4）不稳定的6、围岩稳定性影响因素地质因素～地质环境方面的自然因素。客观因素，决定了围岩质量⑴岩体结构特征⑵结构面性质和空间的组合⑶岩石的力学性质⑷地下水的影响⑸围岩的初始应力状态人为因素～隧道的形状、尺寸、施工方法、支护措施，主观因素、工程因素⑴隧道形状和尺寸：圆形、椭圆形为主、梯形顶板拉应力，跨度越大，稳定性越差⑵支护结构类型⑶施工方法：普通爆破、控制爆破，矿山法、掘进机法，全断面一次开挖、小断面分部开挖7、围岩分级概念根据一个或几个主要指标，把无限的岩体序列化分为具有不同稳定程度的有限个序列，即将稳定性相似的一些围岩化分为一级，将全部围岩化分为不同级别，这就是围岩稳定性分级，简称围岩分级。分类方法的四个因素3个基本因素：①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。②地质构造：岩体完整性或结构状态。③地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。1个附加因素：④初始地应力：适当考虑。围岩的分级方法1）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法(1）.以岩石强度为基础的分类法(2.)以岩石物性指标为基础的分级法（60.70年代）2)以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法(1)泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性，共9级。考虑地下水(2)我国交通隧道围岩分级法（2000年以前）3)与地质勘探手段相联系的分级方法(1)弹性波速分级法～波速是反映岩性与岩体结构的一项综合指标，波速越高，围岩越好。(2)岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项综合指标。4)组合多种因素的分级方法（1)代表：岩体质量分级法10、围岩压力：隧道开挖后、引起洞室周围岩体和支护变形或破坏的作用力。广义：包括有、无支护时的压力。狭义：仅指对支护的压力11、围岩压力的分类：1）．松动压力～由于开挖而松动或坍塌的岩体，以重力形式直接作用在支护结构上的压力。2）．形变压力～由于围岩变形收到支护结构的限制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触力。3）．膨胀压力～膨胀性岩层。4）．冲击压力～明洞，落石；暗洞，坍方、岩爆。前两种压力形态是最重要的。12、影响围岩压力的因素㈠地质因素1.岩体初始应力状态2.岩石力学性质3.岩体结构面4.地下水等㈡工程因素1.施工方法2.支护设置时间3.支护本身刚度4.隧道断面形状等自然拱的概念：围岩的变形不能得到有效的控制，当变形超过一定限度后，围岩发生松动、坍落，最终在洞室上方形成拱形。自然拱形成的四个阶段：变形阶段、松动阶段、塌方阶段、成拱阶段。围岩松动压力的确定方法直接量测法(切合实际,发展方向)理论估算法（现代岩体力学理论，数值模拟分析）统计法（经验法、工程类比法）式中γ—围岩容重；hq—坍落拱高度；s—围岩级别；w—宽度影响系数，由w=1+i（B-5）计算：B—坑道宽度，当B＜5m时，取i=0.2，当B＞5m时，取i=0.1。浅埋隧道围岩松动压力的确定方法⑴深、浅埋隧道的判定原则Hp＝（2～2.5）hqH≥Hp时为深埋H＜Hp时为浅埋H为覆盖层厚度I一III级围岩取:Hp＝2hqIV～VI级围岩取:Hp＝2.5hq(2)浅埋隧道围岩松动压力的确定方法①土柱法要点：忽略滑动面上的阻力。适于：埋深H≤hq垂直压力：q=γH水平压力按朗金公式：e=γ(H+1/2Ht)tg2(450–Φ/2)Ht为隧道净高。大题例题第六章隧道结构体系的计算模型:●以工程类比为主的经验设计法；●以现场量测和试验为主的实用设计法；●结构力学模型方法；●岩体力学模型方法。解析法、数值法、剪切滑移破坏法、特征曲线法隧道工程技术人员在设计隧道与地下结构物时，往往要考虑和比较各种方法，或以某一种方法为主，其他方法作为比较。1.基本原理结构力学方法:◆将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，与其对应的计算模型称为荷载—结构模型。◆当作用在支护结构上的荷载确定之后，就可以按普通结构力学方法计算支护结构（超静定）的内力和位移。三种模式：◆主动荷载模式◆主动荷载加被动荷载模式◆实际荷载模式在主动荷载作用下，结构产生的变形用虚线表示。在拱顶，其变形背向地层，不受围岩的约束而自由变形，这个区域称为“脱离区”；而在两侧及底部，结构产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束阻止其变形，因而围岩对衬砌产生了弹性抗力，这个区称为“抗力区”。隧道衬砌承受的荷载及分类:主要荷载长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。附加荷载指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆压力、冻胀力及地震力等。被动荷载(即围岩的弹性抗力)弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。弹性抗力的大小，目前多用温克尔(Winkler)假定为基础的局部变形理论计算。隧道支护结构计算的主要内容有:1按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸2确定作用在结构上的荷载3进行力学计算，求出截面的内力(弯矩M和轴向力N)4检算截面的承载力按破损阶段法设计隧道结构截面检算由抗压强度控制承载力，抗压强度检算由抗拉强度控制承载力，抗拉强度检算第七章一、隧道工程的施工特点1.地质信息不充分2.施工环境较差（断面小、空气质量差、照明暗、地下水）3.工序复杂4.大型的隐避工程，质量要求高5.多地处偏远山区，交通不便。隧道施工方法：明挖施工：明挖法盖挖法（盖挖顺作法盖挖逆作法）沉埋法暗挖施工：矿山法机械法三条作业线：开挖作业线喷锚作业线模拟衬砌作业线一、全断面开挖法全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。二、台阶法1、长台阶法长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，速度快。一般适用于Ⅲ—Ⅰ级围岩2、短台阶法适用于地质条件差的Ⅳ、V级围岩，台阶长度定为10~15m3、微台阶法适用于软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩)级围岩，一般为3~5m的台阶长度。隧道进洞方案刷坡进洞:直接大刷坡进洞先拱后墙半明半暗进洞不刷坡进洞:强支护零开挖进洞明洞暗做掏槽先墙后拱管棚的概念：管棚是环向布设在隧道开挖轮廓线以外，用直径较大，长度较长的钢管构成的。以较小外插角插入到岩土体中的一种超前支护形式。管棚外插角2度钢管直径108、89、70管棚作用：可有效抑制围岩松动和垮塌，增强了围岩的自承能力，达到加固钢管周边软弱围岩的目的。超前小导管超前锚杆作用机理差异超前小导管：主要利用刚度起到维护作用。超前锚杆：利用抗拉能力起到加固围岩作用。2.隧道遇到溶洞时的工程对策处理溶洞的方法：“引、堵、越、绕”四种。引：◆注意：遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。◆方法：暗管、涵管或小桥等。堵◆对象：已停止发育、跨径较小，无水的溶洞。◆方法：●混凝土、浆砌或干砌片石回填封闭。越◆现象1：隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞。●方法：加深该侧的边墙基础绕若溶洞处理耗时，可采用迂回导坑绕过溶洞，继续隧道前方的施工,同时处理溶洞。第八章临空面又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。爆破漏斗在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。分类：

n=1：标准抛掷爆破漏斗；n＞1：加强抛掷爆破漏斗或扬弃爆破漏斗；0.75<n<1：减弱抛掷爆破漏斗或加强松动爆破漏斗；

n≤0.75：松动爆破漏斗。最小抵抗线W：药包中心到自由面的最小距离。炸药的性能：爆速，爆力，猛度，殉爆距离敏感度简称感度，炸药在外界起爆能作用下，发生爆炸反应的难易程度，也就是炸药对外能的需要程度。热敏感度、火焰感度、机械感度、爆轰感度1、炮孔的种类：掏槽孔为临近炮孔的爆破创造临空面。辅助孔扩大掏槽孔炸出的槽口，为周边炮孔的爆破创造临空面。周边孔在于炸出一个合