隧道工程重点

/《隧道工程》重点课程第一章隧道工程勘测设计1.隧道选址和线路选线有什么关系？答：依隧道类型不同而不同：①对于长大隧道，线路选线应听从于隧道选址；②对于中、短隧道，选址应听从于线路。2.确定洞口位置的原则是什么？请说明其工程含义。答：早进晚出。爱惜洞口边仰坡的稳定。3.在按地质条件选择隧道位置时，所须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？答：①地质构造、岩体强度、水文地质条件、不良地质；②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，以避开偏压。其次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：各段加宽值和隧道中线偏移值。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0.5cm取整，最大接受15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位）答：超高E＝0.76×V2/R=16.21cm>15cm取为15cmd内＝4050/1200+2.7E=43.9cmd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总和d偏断面：进口DK150+310～＋345d总/2和d偏/2断面：DK150+345～出口DK150+8102.为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？答：因台阶的不同高差慢慢变更了起坡点的高度，起坡点越高则刷坡点越低。第三章隧道附属建筑1.什么是避车洞？避车洞的设置间距是多少？在布置避车洞时应当避开哪些地方？答：：①铁路隧道中供行人躲避列车，或堆放修理器材的洞室；②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；③应避开不同衬砌类型连接处、变形缝处、不同断面加宽处、不同围岩分界处。2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它和通风方式的关系怎样？答：①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、帮助坑道通风以及射流式通风。②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.为什么公路隧道要设置不同的照光明度段？它们各自的作用是什么？答：①为了让司机的眼睛慢慢适应洞内外的亮度状况；②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，使司机的视力起先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猛烈变更；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——单向交通隧道中，应设置出口段照明，让司机慢慢适应由洞内到洞外的光线变更。而双向交通隧道中，无出口段照明。第四章隧道围岩分类和围岩压力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，试问这是属于哪一级围岩？答：①地质因素；②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①岩性要素――强度、变形性质等（力学性质）；②地质构造要素―指围岩的完整性状态；③地下水要素――地下水对围岩的软化作用；④地应力要素――初始地应力对围岩产生岩爆、裂缝、岩体剥离和位移等作用。我国铁路隧道围岩分级主要考虑因素有4种：①岩体的结构特征和完整性状态；②岩石强度；③地下水；④初始地应力。这是Ⅳ级围岩，软岩。2.某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m3，围岩似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，试求埋深为3m、7m，15m处的围岩压力。答：①求自然拱高度；②推断深浅埋分界；③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=(13～25)KPa；第五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。答：运用温氏假定解之。①②2.什么状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)答：抗力Ri′=Ki.Si′.δi′，将其沿x、y方向分解为：Rix=-Ri′.sinφi①Riy=Ri′.cosφi②见图2，将节点产生的水平位移和垂直位移合成为径向位移：δi′=-uix.sinφi+uiy.cosφi故有：Ri′=Ki.Si′.δi′=Ki.Si′.(-uix.sinφi+uiy.cosφi)将其代入①②，得：Rix=Ki.Si′.(sin2φi.uix-sinφi.cosφi.uiy)Riy=Ki.Si′.(-cosφi.sinφi.uix+cos2φi.uiy)写成矩阵形式后得抗力单刚(元素)：Ki.Si′.sin2φi-Ki.Si′.cosφi.sinφi-Ki.Si′.cosφi.sinφiKi.Si′.cos2φi000000003.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50cm，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、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。答：由温氏假定：δ中＝σ中/Kd=574KN/m2/350000kn/m3=0.164cm(1Mpa=1000kn/m2)墙底中心水平位移＝0.164×cos600=0.082cm墙底中心垂直位移＝0.164×sin600=0.142cm在弯矩M作用下，墙底边缘应力σ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δ边=σ边/Kd=360/350000=0.00103m=0.103cm墙底截面转角β=0.103/25=0.00412=0.236°第六章隧道施工方法1.接受台阶法施工时，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？答：①地质因素，在软弱围岩中，为了刚好形成封闭支护结构，应减小台阶长度。②进度因素，在较好围岩中为了加快进度，在机械设备允许的状况下，应适当延长台阶长度。③“环”法：利用核心土稳定工作面，且能刚好施作拱部初期支护。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。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.指出错误，并改正之：某隧道位于软弱裂开地层中，接受长台阶法施工。施工过程中发觉洞室周边位移加速度等于零，因而断定围岩变形已经稳定。答：长台阶法、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实力，不宜立刻喷射混凝土，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刻修筑内层模筑混凝土衬砌。答：不宜立刻喷射混凝土、锚喷支护完毕后立刻修筑内层模筑混凝土衬砌。第七章隧道钻爆施工作业1.请说明“临时支护”、“初期支护”和“永久支护”的含义，并各举一例说明之。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—隧道开挖后刚好施作，兼有临时支护和加强围岩自稳实力的作用，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.某隧道的导坑，尺寸为2.8m×2.8m，Ⅴ级围岩，岩石等级为坚石f=8，接受斜眼掏槽，2号岩石硝铵炸药，药卷直径32mm,装药系数可取为0.6。试问：⑴炸药用量；⑵炮眼深度；⑶炮眼数量。答：炮眼深度：p175,(取开挖宽度的0.5～0.7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，第八章隧道施工的帮助坑道及帮助作业1.隧道施工的帮助作业有哪些？答：通风、压缩空气、供水、供电。2.为什么有的隧道必需接受帮助坑道？选择帮助坑道时必需考虑哪些条件？答：①工期的要求；②地形条件、地质条件、隧道类型(长度)、工程造价。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？答：①机械通风——风管式、巷道式、风墙式；②风管式；③压入式、抽出式、混合式。4.一座隧道，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。请按保证洞内人员簇新空气要求计算通风机应供应的风量。答：由(8-1)式,所需风量因是Ⅰ级围岩，故应接受全断面法，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。第九章新奥法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γ＝20KN/m3，弹性模量E=104MPa，粘结力C=1.5MPa，围岩内摩擦角φ＝300，侧压力系数λ=1，泊松比μ=0.2。试问：①开挖后不支护状态下，围岩是否出现塑性区？②假如出现，问塑性区半径是多少？③假定支护阻力Pa=8.5MPa，问洞室周边位移是多少？答：①，计算出；由9-9式，求得∵∴洞周出现塑性区。②由9-23-1式，③由9-25式，2.某单线铁路隧道，对量测数据进行回来分析后，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、位移加速度三方面推断开挖6天后的隧道稳定性。答：将t=0，代入，得。①求第6天施工实测相对位移：u=u0+u*=20+64=84mm<144mm(稳定)②位移速度,第6天时(稳定)③位移加速度(稳定)结论：隧道稳定。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/日为隧道稳定的推断准则，试从位移速度和位移加速度这两方面推断隧道能否稳定？须要多长时间才能稳定？是否须要实行加强措施？答：①位移速度，令，解得t=30.6天≈31天(要31天后才能稳定)②位移加速度(稳定)③隧道稳定，不须要实行加强措施。隧道施工各工序技术质量要求一、承台基坑开挖1、质量标准：基底高程的允许偏差和检验方法序号地质类别允许偏差（mm）检验方法1土±50测量检查2石+50，-2002、技术措施：（1）、基坑开挖桩身砼达到确定的强度后进行基坑开挖。在基坑开挖线以外5m处设置纵横向截水沟将地表水排入自然水沟。基坑排水实行在基坑四周设排水沟及集水坑，并由专人负责解除基坑积水，严禁积水浸泡基坑。桩基施工完毕后，即可进行基坑开挖。基坑接受机械开挖、人工协作施工。桩基四周20cm接受人工开挖，以防止机械损坏桩基及桩基伸入承台的钢筋。当开挖至离基底约30cm时，停止机械开挖，改为人工进行，以保证基底不被扰动。基坑开挖前应按地质水文资料，结合现场状况，确定开挖坡度和支护方案、开挖范围和防、排水措施。基坑可接受垂直开挖、放坡开挖，支撑加固或其他加固的开挖方法。在有地面水沉没的基坑，可修筑围堰、改河、改沟、筑坝排开地面水后再开挖基坑。基坑底部开挖尺寸应依据须要适当加宽。对于无水土质基坑底面，宜按基础设计平面尺寸每边放宽不小于100cm；有水基坑底面，应满足四周排水沟和汇水井的设置须要，每边放宽不宜小于80cm。二、承台、墩身钢筋加工安装施工技术质量要求1、质量标准：钢筋加工允许偏差和检验方法序号项目允许偏差（mm）检验方法1受力钢筋全长±10尺量2弯起钢筋的弯折位置203箍筋内净尺寸±3钢筋加工的允许偏差序号名称允许偏差（mm）序号名称允许偏差（mm）1受力钢筋顺长度方向的全长±102弯起钢筋的弯起位置±10钢筋安装的允许偏差序号名称允许偏差1钢筋总截面面积的偏差-2%2双排钢筋，其排和排之间的局部偏差±5mm3同以排中受力钢筋兼具的局部偏差板、墙、大体积±20mm柱、梁±10mm4分布钢筋间距偏差±20mm5箍筋间距偏差绑扎骨架±20mm焊接骨架±10mm6弯起点的偏差（加工偏差20mm包括在内）±30mm7最外层钢筋的位置偏差C≥35mm+10mm-5mm25mm＜C＜35mm+5mm-2mmC≤25mm+3mm-1mm2、技术措施：（1）钢筋加工技术要求①钢筋在加工弯制前应调直，且钢筋表面的油渍、漆污、水泥和用锤敲击能剥落的浮皮、铁锈等均应清除干净；钢筋应平直，无局部折曲；加工后的钢筋表面不应由减弱钢筋截面的伤痕；②钢筋的弯制和末端弯钩应符合设计要求，当设计无要求时，应符合下列规定：受拉热轧带肋钢筋的末端应接受直角形弯钩，钩端的直线段长度不应小于75mm，直钩的弯曲直径dm不小于125mm；③钢筋接头A、由于设计中没有规定焊接接头形式，依据钢筋焊接试验的要求，在施工中接受双面搭接焊；B、搭接接头钢筋的端部应预弯，搭接钢筋的轴线应位于同始终线上；C、焊缝高度h:Φ12不得小于4mm,Φ16不得小于5mm,Φ25不得小于7.5mm；焊缝宽度b：Φ12不得小于8.4mm,Φ16不得小于11.2mm,Φ25不得小于17.5mm；钢筋电弧焊接运用焊条，搭接焊、帮条焊Ⅰ级钢筋接受结422，Ⅱ级钢筋接受结506。D、承台、墩身钢筋全部接受双面搭接焊，其焊缝长度：Φ12不得小于60mm,Φ16不得小于80mm,Φ25不得小于125mm，其接头应错开布置；E、钢筋绑扎接头，受拉区的II级带肋钢筋应做成彼此相对的直角弯钩。绑扎接头的搭接长度应符合下表的规定：序号钢筋级别受拉区受压区1Φ12钢筋420mm300mm绑扎接头在构件的受拉区不得超过25%，在受压区不得超过50%。（2）、钢筋安装①安装钢筋时，应实行有效措施，确保钢筋的砼爱惜层厚度满足设计要求。为此，可在钢筋和模板之间接受垫块支垫。垫块的强度、密实度不应低于本体砼的设计强度和密实度。垫块应相互错开，分散布置，不得横贯爱惜层的全部截面。②在钢筋的交叉点处，应用直径0.7～2.0mm的铁丝，按逐点变更绕丝方向的方式交织扎结。③在绑扎承台钢筋时，如和桩身、墩身钢筋相抵触可适当移动承台钢筋，且留意预埋接地钢筋。④绑扎承台钢筋时，留意加台（假如有）和墩身钢筋的预埋。三、承台、墩身模板安装施工技术质量要求1、质量标准：承台的允许偏差和检验方法序号项目允许偏差（mm）检验方法1尺寸±30尺量长宽高各2点2顶面高程±20测量5点3轴线偏位15测量纵横各2点4前后、左右边缘距设计中心线尺寸±30尺量各边2处2、技术措施：2.1模板应具有足够的强度、刚度和稳定性。模板安装坚实，支撑稳定，横向每隔0.5米用200槽钢或工字钢设加强肋，竖向每隔2米用200槽钢或工字钢设加强肋。各向尺寸满足设计和规范要求，线型顺直，模板接缝严密，不漏浆，模板和砼接触面必需清理干净，接受涂刷脱模剂。2.2浇筑砼前，模板内的积水和杂物应清理干净。2.3当基坑深度大于三米时，要求模板安装接受吊车吊装。不得干脆往基坑里顺。2.4设专人指挥吊装，施工人员必需听从指挥，协同作业。2.5模板内严禁设对拉钢筋，不得有和设计无关的任何物体。2.6模板安装好后，经自检合格后方可保监理检验。检验合格后方可施工下一道工序。四、承台、墩身砼浇注施工技术质量要求1、质量标准：（1）、无离析（2）、无露筋、蜂窝、孔洞、疏松、麻面2、技术措施：2.1承台、墩身砼应一次连续浇筑，分区布料，分层振捣密实，分层厚度不超过30cm，如遇到特殊状况不能连续浇注混凝土时，要插入长度不小于50厘米，直径不小于20毫米的钢筋做接茬筋。2.2承台砼由11号拌和站集中拌制，砼罐车运输到现场，现场接受砼泵车入模。2.3夏季施工时，在棚内或气温较低的晚上搅拌混凝土，以保证混凝土的入模温度满足要求；混凝土浇注宜选在一天温度较底的时段内进行，不要选在中午等气温较高的时段灌注混凝土。2.4。砼结构表面应密实平整，颜色匀整，不得有露筋、蜂窝、孔洞、疏松、麻面和缺棱掉角等缺陷。2.5每个承台顶面均需埋设两个竖向布置沉降观测标，接受长13cm直径16mm的圆钢筋，埋入砼10cm，外露3cm，对角埋设，埋设位置：桥墩为距两直角边各50cm处。2.6浇筑混凝土前，应做好如下准备工作：制定浇筑工艺，明确结构分段分块的间隔浇筑依次（尽量削减后浇带或连接缝）和钢筋的混凝土爱惜层厚度的限制措施；2.6.2依据结构截面尺寸大小探讨确定必要的降温防裂措施；将基础上松动的岩块及杂物、泥块清除干净，并实行防、排水措施，按有关规定填写检查记录。对干燥的非粘性土基面，应用水潮湿；对未风化的岩石，应用水清洗，但其表面不得积水。细致检查模板、支架、钢筋、预埋件的紧固程度和爱惜层垫块的位置、数量等，并指定专人作重复性检查，以提高钢筋的混凝土爱惜层厚度尺寸的质量保证率。构件侧面和底面的垫块应至少为4个/m2，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入爱惜层内。爱惜层垫块的尺寸应保证混凝土爱惜层厚度的精确性，其形态（宜为锥形）应有利于钢筋的定位，不得运用砂浆垫块。当接受细石混凝土垫块时，其抗渗实力和抗压强度应高于本体混凝土，且水胶比不大于0.4。在燥热气候条件下，混凝土入模时的温度不宜超过30℃。应避开模板和新浇混凝土受阳光直射，限制混凝土入模前模板和钢筋的温度以及旁边的局部气温不超过40℃。宜尽可能支配在傍晚浇筑而避开燥热的白天，也不宜在早上浇筑以免气温升到最高时加剧混凝土内部温升。2.7.2在相对湿度较小、风速较大的环境条件下，可实行场地洒水、喷雾、挡风等措施，或在此时避开浇筑有较大暴露面积的构件。在新浇筑完成的下层混凝土上再浇筑新混凝土时，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土。在倾斜面上浇筑混凝土时，应从低处起先逐层扩展上升，保持水平分层。混凝土浇筑应连续进行。当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间。对不同混凝土的允许间歇时间应依据环境温度、水泥性能、水胶比和外加剂类型等条件通过试验确定。当允许间歇时间已超过时，应按浇筑中断处理，同时应留置施工缝，并作出记录。施工缝的平面应和结构的轴线相垂直，施工缝处应埋入适量的接茬钢筋或型钢。2.7.5新浇混凝土和邻接的己硬化混凝土或岩土介质间的温差不得大于20℃。在浇筑混凝土过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不扰动已浇筑混凝土的条件下，实行措施将水解除。接着浇筑混凝土时，应查明缘由，实行措施，削减泌水。浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、钢筋和预埋件等的稳固状况，当发觉有松动、变形、移位时，应刚好处理。2.8从高处干脆倾卸时，混凝土自由倾落高度不宜超过2m，以不发生离析为度。2.9串筒出料口距混凝土浇筑面的高度不宜超过1m。2.10浇筑大体积混凝土应在一天中气温较低时进行。混凝土的浇筑温度（振捣后50~100mm深处的温度）不宜高于28℃。2.11浇筑大体积混凝土应沿高度匀整分段、分层浇筑。分段数目宜削减，每段混凝土厚度应为1.5～2.0m。当横截面面积在200m2以内时，分段不宜大于2段；当横截面面积在300m2以内时，分段不宜大于3段，且每段面积不得小于50m2。段和段间的竖向施工缝应平行于结构较小截面尺寸方向。当接受分段浇筑时，竖向施工缝应设置模板。上、下两邻层中的竖向施工缝应相互错开。2.12尽量削减浇筑层厚度和速度，以便加快混凝土散热速度。2.13底部内设直径30毫米的钢管作冷却管，当内部温度大于60度时，通水冷却降温。2.14浇筑混凝土前预埋测温孔，浇筑后严密监测混凝土温度。做好记录。五、承台、墩身模板拆除施工技术质量要求1、质量标准：不损坏棱角，不损伤混凝土2、模板拆除（1）、侧模应在混凝土强度达到2.5MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受损时，方可拆除。（2）、混凝土的拆模时间除需考虑拆模时的混凝土强度应满足规定外，还应考虑拆模时混凝土的温度（由水泥水化热引起）不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。混凝土内部起先降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。一般状况下，结构或构件芯部混凝土和表层混凝土之间的温差、表层混凝土和环境之间的温差大于15℃时不宜拆模。大风或气温急剧变更时不宜拆模。在寒冷季节，若环境温度低于0℃时不宜拆模。在燥热和大风干燥季节，应实行逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。（3）、拆模宜按立模依次逆向进行，不得损伤混凝土，并削减模板破损。当模板和混凝土脱离后，方可拆卸、吊运模板。（4）、拆除临时埋设于混凝土中的木塞和其它预埋部件时，不得损伤混凝土。（5）、拆除模板时，不得影响或中断混凝土的养护工作。