隧道工程 课后习题答案 梁波 第1-8章

第一章绪论

习题

1.1什么叫隧道？结合隧道发展的历史以及在当前社会中的应用，论述学习、研究与

发展隧道技术的重要意义。

答：（1）以任何方式修建,最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在

2m2以上的均称为隧道。（2）开放题，言之有理即可。示例：学习、研究与发展隧道技术

对于基础设施建设、交通运输、资源开发、灾害防治和技术创新等方面具有重要意义。隧

道的历史发展与人类文明的进步相互关联，而随着社会的发展需求，不断提升隧道技术水

平将为我们创造更加便捷、安全和可持续的未来。

1.2在交通线路上修建隧道的意义是什么？

答：（1）解决地形障碍，缩短交通线路距离，提高运输效率；（2）改善交通状况，

减少拥堵和事故，提高通行能力和安全性；（3）缩短交通线路的距离和时间，提高交通运

输的效率；（4）进经济发展，提供高效交通通道，促进地区间交流和贸易活动，加强区域

经济一体化。总而言之，通过在交通线路上修建隧道，可以提供便捷、安全、高效的交通

通道，满足人们对交通线路畅通的需求，促进社会的发展和进步。

1.3当前我国隧道建设发展的特点和趋势主要有哪些方面？

答：（1）隧道越建越长、越建越高；（2）曲线隧道越来越多；（3）隧道跨度越来越

大；（4）隧道建设的机械化及智能化和BIM技术的应用；（5）以盾构/TBM制造及再制

造技术使大断面隧道机械化掘进成为现实；（6）地下立交正在成为现实。现代隧道建设的

特点和趋势体现了科技进步、可持续发展理念以及社会经济需求的影响，推动着隧道工程

的创新和发展。

1.4隧道分为哪些类型?公路隧道如何分类？

答：（1）隧道可以按照不同的角度进行分类，如地层分类、所处位置分类、施工方法

分类等；此外，根据隧道的用途，可以将其初步分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿

山隧道等。（2）公路隧道按照长度分关：长度大于3000m为特长隧道；长度在3,000m到

1,000m之间为长隧道；长度在1,000m到500m之间为中长隧道；长度小于或等于500m为

短隧道。

1.5现代隧道建设和维护急需解决的问题有哪些？

答：（1）地质灾害防治：如何科学评估和预防地震、滑坡、泥石流等地质灾害，确保

隧道的安全运营；（2）施工安全与效率：在复杂地质条件下，如何提高施工效率、减少事

故风险，同时保证工程质量；（3）环境影响与生态保护：隧道建设对土地利用、水资源、

生物多样性等方面可能产生影响，如何减少不良影响并保护生态环境；（4）运营与维护管

理：如何有效运营和维护隧道设施，包括设备监测、通风系统、排水系统、照明设施、火

灾安全等管理和维护；（5）新材料与技术应用：如何合理选择和应用新材料，采用先进的

施工技术和监测手段，提高隧道的性能和可持续性。

第二章隧道勘测

2.1在隧道的勘测任务中，需要搜集哪些相关的基础资料?需要进行哪些方面的调查？

答：在隧道的勘测任务中，需要搜集的基础资料：

（1）地形地貌，（2）工程地质，（3）水文地质,（4）工程，（5）气象，（6）用

地及环境，（7）灾害，（8）相关法律法规等。

需要调查的方面：

（1）直接观察自然迹象和露头，（2）访问当地群众了解有关问题的历史情况及当地

与自然灾害作斗争的经验。

2.2工程地质测绘的内容和方法都有哪些？

答：工程地质测绘的内容有：

（1）地形地貌,（2）地层岩性,（3）地质构造，（4）第四纪地质，（5）地表水

及地下水，（6）特殊地质、不良地层，（7）地震，（8）工程经验等。

方法有：

（1）像片成图法,（2）实地测绘法，（3）遥感技术法等。

2.3隧道工程地质勘察一般分为哪几个阶段?每介阶段的侧重点有哪些？

答：隧道工程地质勘察一般分为：

（1）可行性勘察,侧重点：为工程的可行性研究提供所需的地质资料。

（2）初步勘察，侧重点：为选择隧道方案作出工程地质论证。

（3）详细勘察，侧重点：根据批准的初步设计，对已选定的隧道位置进行详细的工

程地质勘察，为编制隧道的施工图提供工程地质资料。

（4）施工勘察，侧重点：前期勘察工作的重要补充。

2.4隧道的勘测方法有哪些？

答：隧道的勘测方法有：

（1）工程地质调查，（2）工程地质测绘，（3）工程地质勘探。

2.5隧道勘探的主要手段都有哪些？

答：隧道勘探的主要手段有：

（1）挖探，（2）简易钻探.（3）钻探，（4）物探等。

2.6隧道的钻探和物探都各有什么优点和缺点？

答：钻探

优点：直观真实深度大，缺点：成本高效率低；

物探

优点：效率高成本低从浅部到深部都可以控制，缺点：多解性，非直观性。

2.7隧道水文调查的任务是什么?方法都有哪些？

答：隧道水文调查的任务：

为国民经济建设、发展规划或工程项目设计提供水文地质资料。

方法有：

(1)资料搜集，(2)工程测量,(3)水文地质工程地质综合测绘，(4)工程物

探，(5)水文地质钻探等。

2.8为什么要进行隧道涌水调查和枯水调查？

答：隧道内涌水将恶化围岩稳定状态，导致施工困难，增加工程造价；且隧道工程的

建设导致地表枯水，将破坏隧道附近区域的生态环境，并造成工业用水及饮水困难，因此

必须进行调查预测。

讨论题1隧道工程的勘测与勘察工作内容有哪些不同?隧道的初步勘察和详细勘察在

目的任务、内容、方法、手段及提交的资料等方面有何要求？

答：勘测是指确定建筑物或者工程项目在建设过程中需要的基础数据。包括地形、地

貌、土壤、水文地质、附属设施、管线、电力供给等方面，对这些数据进行准确的测量和

分析，以便对建筑物进行合理的选址和设计。需要进行地形测量、地貌测量、土壤测量、

水文地质测量等。需要利用测量仪器对建筑物所在的地理位置进行准确的测量，以便对建

筑物进行合理的设计。

勘察是指在选定建筑地点之后，对该地点的自然环境、地貌、土壤、水文地质等进行

全面详细的研究和调杳的工作。其目的是为了明确选择该地点是否适合进行建筑工程。需

要考虑的因素包括自然环境、地貌、气候气象、土壤和水文地质等。需要通过采样实验等

方式对这些环境因素进行详细的研究和调查。

隧道的初步勘察和详细勘察的要求：

初勘：

任务：(1)选择隧道位置，(2)初步确定隧道通过地层的围岩等级，(3)确定隧

道开挖难易程度、可采用的施工方法、衬砌支护类型及设计所需参数；

内容：

(1)地形地貌、地层岩性、水文地质条件、地震动参数。

(2)褶皱的类型、规模、形态特征。

(3)断裂的类型、规模、产状,破碎带宽度、物质组成、胶结程度、活动性。

(4)隧道围岩岩体的完整性、风化程度、围岩等级。

(5)隧道进出口地带的地质结构、自然稳定状况、隧道施工诱发滑坡等地质灾害的

可能性。

(6)隧道浅埋段覆盖层的厚度、岩体的风化程度、含水状态及稳定性。

(7)水库、河流、煤层、采空区、瓦斯、含盐地层、膨胀性地层、有害矿体及富含

放射性物质的地层的发育情况。

(8)不良地质和特殊性岩土的类型、分布、性质。

(9)深埋隧道及构造应力集中地段的地温、围岩产生岩爆或大变形的可能性。

(10)岩溶、断裂、地表水体发育地段产生突水、突泥及塌方冒顶的可能性。

(11)傍山隧道存在偏压的可能性及其危害。

(12)洞门基底的地质条件、地基岩土的物理力学性质和承载力。

（13）地下水的类型、分布、水质、涌水量。

（14）平行导洞、斜井、竖井等辅助坑道的工程地质条件。

方法：工程地质调直与测绘及综合勘察。一般情况下，采用物探、钻探、原位测试与

室内试验等,以必要的工作量完成本阶段的勘察任务。

手段：（1）收集与研究既有资料，（2）调查与测绘，（3）勘探，（4）试验等。

提交资料：地质条件简单的短隧道可列表说明其工程地质条件，特长隧道、长隧道、

中隧道和地质条件复杂的短隧道应按工点编制文字说明和图表资料。

详勘：

任务：（1）对隧道所在区域的地形地貌（包括洞外接线），工程地质特征及水文地

质条件作出正确的评价；（2）根据控制围岩稳定的各因素及地层弹性纵波的波速，分段

确定隧道洞身的围岩类别。

内容：详勘是在初勘的基础上开展进一步深入细致的工作，着重查明和解决初勘时未

能查明解决的地质问题，补充和核对初测时的地质资料，对初勘时建议深入调查、勘探的

重大复杂地质问题应作出可靠的结论。隧道进、出洞口地段是地质复杂地段及不良地质地

段，加之边、仰坡较陡，因此洞口边、仰坡稳定性较差，详勘应根据地质特征，着重分析隧

道围岩的稳定性及洞口斜坡的稳定性。另外，详勘应正确评价和预测隧址区的工程地质、

水文地质条件及其发展趋势，提供设计、施工所需的定量指标，以及设计施工应注意的事

项和整治措施意见。

方法：充分利用初勘取得的各项地质资料，采用以钻探、测试为主，调绘、物探、简

易勘探等手段为辅的综合勘察方法，对路线及各类构造物建设场地的工程地质条件进行勘

察。

手段：（1）工程勘察，（2）钻探，（3）采样，（4）化验等。

提交资料：详勘野外工作结束后，原始记录、计算、底图等应在工地认真进行校验、

分类整理，并完成详勘说明书。详勘完成后提交下列资料：详勘说明书（根据详勘提出对

设计及施工方案的建议）、地质详勘成果书（包括地质平面图及剖面图，重大地质问题的

评价，钻探、试验资料整编等）。

第三章隧道总体设计

思考题

3.1简述隧道总体设计应遵循的原则。

答：①隧道位置应满足公路功能和发展的需要，符合路线总体要求。②在地形、地

貌、地质、气象、社会和人文环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平

纵线形、洞口位置、洞外接线条件等，提出推荐方案。③根据公路等级和设计速度确定建

筑限界，在满足隧道功能和结构受力要求的前提下，确定经济合理的隧道内轮廓。④隧道

内外平、纵线形应协调顺畅，满足行车安全和舒适要求。⑤根据隧道长度、平面布置、交

通量及其组成、环境保护和安全运营要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交

通监控、防灾救援等设施的设置规模。⑥应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和

运营要求，对隧道内外防排水系统、辅助通道、弃渣处理、交通工程设施、管理设施、环

境保护等进行综合设计。⑦应考虑隧道与相邻既有建筑物和规划建筑物的相互影响。⑧隧

道总体设计应考虑节能降耗、方便维修和养护。

3.2简述BIM技术应用于隧道工程设计的优势。

答：（1）可视化设计：BIM技术通过数字化模型直观展示隧道工程设计的三维模

型，提供清晰直观的设计效果展示，帮助设计团队和利益相关方理解和沟通；（2）协同设

计：基于BIM的协同设计环境可以让多个设计团队协同工作，在同一个平台上进行设计、

模拟和优化，提高设计效率和协作效果；（3）预模拟与优化设计：通过BIM模型进行隧

道工程的预模拟，可以模拟施工过程、预测设计效果，发现并解决潜在问题，从而优化设

计方案，减少设计错误和施工风险：（4）数据集成与共享：BIM模型是一个包含全部信

息的数据库，可以集成和共享各类设计数据，包括地形、地貌、地质、气象等多个方面的

数据，便于设计人员进行全面的信息分析和决策；（5）精细化设计：BIM技术可以精确

计算和模拟隧道工程设计的各个方面，如管片排版和预埋槽道布置，从而提高设计的精度

和可靠性；（6）施工和运维管理：隧道BIM模型可应用于项目的施工和运维管理，包括

施工调度、材料管理和设备管理等，以提高施工效率和质量，同时方便隧道的运维和维护

工作。综上所述，BIM技术应用于隧道工程设计可以提供可视化的设计效果展示、实现协

同设计、进行预模拟和优化设计、集成和共享设计数据、实现精细化设计以及支持施工和

运维管理，从而提高设计效率、减少风险、提升工程质量和可持续性.

3.3请说明隧道位置在越岭与河谷地段选择的原则与区别。

答：越岭隧道的选址原则包括逢山穿洞、宁长勿短、早进晚出等。在越岭线的选线

中，要考虑t亚口选择、过岭高程和城口两侧路线展线之间的关系。隧道标高的选择应考虑

道路等级、地质和水文地质条件、冻结深度和积雪深度、后期运营费用和远期规划等因

素。沿河傍山隧道的路线宜向山侧内移，应特别注意山体的稳定性。隧道位置的选择应考

虑路线总体规划、交通运输条件、地质条件和水文地质条件，并严格遵守相关法律法规，

保护环境和耕地。隧道位置的选择还应结合隧道接线端的构造物布置情况，确保隧道内外

线形顺畅、协调一致。此外，对于不同地质条件下的隧道位置选择，需要避免不良地质区

段，并采取必要的工程处治措施。对于单斜地质构造和褶皱地质构造，也有相应的选择原

则。总之，隧道路线和位置的选择需要综合考虑各种因素，以确保隧道的安全和顺利建

设。

3.4什么是建筑限界和内轮廓？

答：（1）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。（2）内轮廓是指隧道衬砌的内部轮廓线，也

称为隧道净空断面；通过合理的设计，它能够满足建筑限界要求，并确保衬砌的经济性、

施工便利性以及承受压力的能力。

3.5隧道平面线形设计、纵断面设计和隧道位置选择需要考虑哪些主要因素？

答：（I）地质条件：选择地质构造简单、岩性较好、结构稳定的地层，避免不良地质

条件如断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、陷穴等。（2）水文地质条件：考虑地下水丰富、

泥石流等水文地质条件，避免对隧道施工和运营安全造成影响。（3）环境影响：选择对周

边环境影响小的位置，考虑对土地利用、森林保护、环境保护等法律法规的要求。（4）施

工条件：考虑隧道出渣、隧道施工场地布置、防灾救援系统和管理养护等设施的设置条

件。（5）隧道接线端的构造物布设情况：确保隧道内外线形顺畅、协调一致，做好路线各

控制点的衔接处理。（6）自然通风和通风设备：考虑隧道平面线形对自然通风的影响，避

免过多的曲线和平面超高，确保通风效果和空气质量.（7）行车安全：综合考虑平面线形

对车辆运行安全的影响，避免车辆合流、分流、交织等现象，设置停车视距和会车视距要

求。（8）排水和防灾：考虑隧道纵断面的设计对排水、防灾和后期维修等方面的要求。

（9）经济性和投资：在满足安全和功能需求的前提下，综合考虑工程造价、运营费用和投

资效益。

3.6特殊地质条件下隧道位置的选择的影响因素和主要原则是什么？

答：（I）影响因素：①地层条件：第四纪堆积层、冰硬层、富煤区、瓦斯含量高的地

带、黄土地区、多年冻土地区等。②地下水情况：地下水活动对隧道的稳定性和安全性具

有重要影响。③冻融作用：多年冻土地区的特殊地质现象，如冻胀、融沉、热融滑坍。④

地震活动：地震对隧道的地震稳定性和抗震设计产生重要影响。（2）主要原则：①避免影

响范围大的地段：尽量选择受影响范围较小的地段，若无法完全避开，选择影响范围最小

的地段。②选择稳定的地层：选择稳固的地层，避开松散、破碎的地层。③采取合理的工

程措施：针对特殊地质条件，采取合理的工程措施，减少其影响长度。④综合考虑经济与

技术因素：在选择隧道位置时粽合考虑经济与技术因素，确保满足工程要求的同时降低成

本。

3.7简述隧道纵坡的确定方法和原则。

答：（1）最小纵坡要求：确保隧道投入运营后的水能够自然排出，最低不小于

0.3%。（2）最大纵坡要求：长大隧道最好控制在2%以下，中、短隧道一般控制在3%以

下，特殊情况下可适当增加至4%。短于100m的隧道可以不受此限制。（3）纵坡类型：

一般采用单向坡，地下水发育的长隧道和特长隧道宜采用双向人字坡。变坡点处应设置大

半径竖曲线以平缓过渡。（4）爬坡车道设置：一般不宜设置爬坡车道。纵坡大于4%的单

向两车道的长、特长隧道可考虑在出口端设置爬坡车道，以分离大型车和小型车，提高道

路通行能力。（5）纵坡变化：变化不宜过于频繁，变坡点数不宜多于3个，以确保行车的

平稳性。

3.8简述隧道加宽的原因和方法原则。

答：隧道加宽的原因包括交通需求增加、安全考虑和隧道功能变更。方法原则包括地

质勘察和工程评估、加宽方向选择、施工方式选择、设计和施工的协调，以及交通管理和

安全措施。遵循这些方法原则可以实现隧道加宽的目标并确保施工的安全和顺利进行。

3.9隧道设置的方式和主要控制指标是什么？

答：隧道设置的方式主要包括标准间距的分离隧道、小净距隧道、连拱隧道和分岔式

隧道。而隧道设置的主要控制指标包括围岩地质条件、断面形状、尺寸大小、施工方法、

支护时间、洞口两端接线、占地大小、环境影响和工程造价等因素。这些指标需要在设计

隧道时综合考虑，以确定最适合的隧道设置形式。

讨论题

问题：隧道进行总体设计时，除考虑隧道主体结构、路面、防排水等土建工程要求

外，如何结合通风、照明、交通监控、供配电、消防等运营设施进行综合设计？

答：（1）通风系统设计：隧道通风系统是确保隧道内空气流通和保证人员安全的重要

设施。在总体设计中，需要考虑通风系统的布局、通风口的位置和尺寸、通风风机的选型

等因素，以确保隧道内的空气质量和温度满足要求。（2）照明系统设计：照明系统对于隧

道内部的能见度和安全性至关重要。综合设计时，需要考虑照明设备的位置、亮度要求、

灯具的选型以及照明系统的能耗和维护等因素。（3）交通监控系统设计：隧道内的交通监

控系统可以提供实时监测和管理交通流量、检测事故和紧急情况等功能。在综合设计中，

需要确定监控设备的位置和布局、监控摄像头的视野范围、监控系统的网络连接和数据传

输等要素。（4）供配电系统设计：供配电系统为隧道提供电力供应，包括照明、通风、交

通信号和监控设备等的电力需求。在综合设计中，需要考虑供配电系统的容量、线路布

置、电缆敷设方式以及电源备份和故障处理等方面。（5）消防系统设计：隧道内的消防系

统是保障人员安全和隧道资产的重要设备。综合设计时，需要确定消防设备的布置、喷淋

系统的位置和覆盖范围、火灾报警系统的设置以及应急通道和疏散路线的规划等。

在进行综合设计时，需要将土建工程要求与运营设施的设计需求相结合，确保隧道的

主体结构与各项运营设施的功能和要求相互配合、相互协调。此外，还需要考虑设施的可

维护性、可操作性以及相关标准和法规的遵守，以确保隧道的安全运营和维护。

分组讨论要求：每组4~6人.设组长1名，负责明确分工和协作要求，并指定人员代

表发言交流。

第四章隧道围岩分级及围岩压力

4.1什么是围岩？什么是围岩压力？围岩压力确定的方法有哪些？各自的特点是什

么？

答：围岩是指地下工程中,包围着洞室或隧道的岩石或土层。围岩压力是指II岩对洞室或隧道的压

力，是地下工程设计和施工中需要考虑的重要因素之一。

围岩压力的确定方法有以下几种：

直接测量法：通过在洞室或隧道周围安装应变计、压力计等仪器，直接测量围岩的应力状态，从而确定围

岩压力。

数值模拟法：利用计算机数值模拟软件，建立围岩的数学模型，模拟围岩的应力状态，从而确定围岩压

力。

经验公式法：根据已有的实测数据和经验公式,计算出围岩压力。

岩体分类法：根据围岩的岩性、结构、断裂等特征，将其划分为不同的岩体类型，然后根据不同岩体类型

的特点，确定围岩压力。

这些方法各有特点：

直接测量法可以直接获得围岩的应力状态，精度较高，但需要在施工前进行，成本较高。

数值模拟法可以模拟不同条件下的围岩应力状态，可以预测围岩的变形和破坏情况，但需要建立准确的数

学模型，且计算量较大。

经验公式法简单易行，适用于一些简单的工程，但精度较低，不适用于复杂的工程。

岩体分类法可以根据不同的岩体类型确定围岩压力，适用范围广，但需要对围岩的岩性、结构、断裂等特

征进行准确的判断。

在实际工程中，通常会综合运用以上方法，以获得更准确的围岩压力数据.

4.2隧道围岩分级的意义是什么？

答：隧道围岩分级是指根据围岩的岩性、结构、断裂等特征，将其划分为不同的岩体类型,以便确定

围岩的力学性质和稳定性，从而为隧道设计和施工提供依据。

隧道围岩分级的意义主要有以下几点：

确定围岩的力学性质：不同类型的围岩具有不同的力学性质，如强度、变形性能等，通过分级可以确定围

岩的力学性质，为隧道设计和施工提供依据。

预测围岩的稳定性：不同类型的围岩在不同的应力状态下具有不同的稳定性，通过分级可以预测围岩在不

同应力状态下的稳定性，为隧道设计和施工提供依据。

选择合适的支护措施：不同类型的围岩需要采用不同的支护措施，通过分级可以选择合适的支护措施，提

高隧道的安全性和稳定性。

评估隧道的风险：不同类型的围岩在不同的应力状态下具有不同的风险，通过分级可以评估隧道的风险，

为隧道的管理和维护提供依据。

综上所述，隧道围岩分级对于隧道设计和施工具有重要意义，可以提高隧道的安全性和稳定性，降低隧道

施工和运营的风险.

4.3围岩单一性指标和综合性指标分别有哪些？如何确定？

答：围岩单一性指标是指围岩的某一特定性质，如岩石的强度、岩石的变形模量、岩石的压缩强度

等。常用的围岩单一性指标有：

岩石的强度：岩石的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。

岩石的变形模量：岩石的弹性模量、剪切模量等。

岩石的压缩强度：岩石的压缩强度、岩石的压缩模量等。

岩石的裂隙性：岩石的裂隙密度、裂隙角度、裂隙长度等。

围岩综合畴标是指综合考虑围岩的多个性质,综合评价围岩的稳定性和可靠性，常用的围岩综合性指标

有：

RMR指标:RMR指标是岩石力学分类系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行综

合评价，将岩石分为不同的级别，

Q值指标：Q值指标是隧道围岩质量评价系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行

综合评价，将围岩分为不同的质量等级

GSI指标：GSI指标是岩石稳定性评价系统中的一种，通过对岩石的强度、裂隙性、地应力等因素进行综

合评价，将岩石分为不同的稳定性等级

确定围岩单一性指标和综合性指标需要进行大量的实验和野外调查，通过对围岩的采样、试验和分析，确

定围岩的力学性质和稳定性，从而确定围岩的单Ty^示和综合性指标。同时，也需要考虑围岩的地质特

征、地形地貌、地下水等因素对围岩稳定性的影响。

4.4围岩分级岩性指标选择的原则是什么？

答：围岩分级岩性指标的选择应该遵循以下原则：

与工程实际需要相符：围岩分级岩性指标应该与实际工程需要相符，能够反映围岩的稳定性和工程施工的

难易程度。

具有代表性：围岩分级岩性指标应该具有代表性，能够反映围岩的整体性质，而不是局部特征。

可靠性高：围岩分级岩性指标应该具有高的可靠性，能够准确地反映围岩的物理力学性质。

易于测定：围岩分级岩性指标应该易于测定,能够在实际工程中方便地进行测量和判定。

经济合理：围岩分级岩性指标应该经济合理，能够在实际工程中得到有效的应用，同时不会增加工程成

本。

与国家标准相符：围岩分级岩蛔示应该与国家标准相符，能够满足国家相关规定和标准的要求。

在选择围岩分级岩性指标时，需要综合考虑以上原则，根据实际情况进行选择，以确保围岩分级岩性指标

的准确性和可靠性。

4.5我国公路隧道围岩分级主要考虑哪些指标因素？

答：我国公路隧道围岩分级主要考虑以下指标因素：

岩体结构：包括岩体的构造、节理、裂隙等特征，这些特征对围岩的稳定性和工程施工难易程度有重要影

响。

岩体强度：包括岩体的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等，这些指标能够反映围岩的物理力学性质。

岩体稳定性：包括岩体的稳定性分析、岩体的变形和破坏特征等，这些指标能够反映围岩的稳定性和变形

特征.

岩体透水性：包括岩体的渗透系数、渗透压力等，这些指标能够反映围岩的渗透性和水文地质特征。

岩体膨胀性：包括岩体的膨胀系数、膨胀压力等，这些指标能够反映围岩的膨胀性和变形特征.

岩体破碎性：包括岩体的破碎指数、破碎系数等，这些指标能够反映围岩的破碎性和变形特征。

岩体耐久性•包括岩体的耐久性.耐久指数等,这些指标能够反映围岩的耐久性和变形特征.

4.6简述我国公路隧道围岩分级的方法

答：我国公路隧道围岩分级的方法主要是根据围岩的稳定性和工程施工难易程度,将围岩分为不同的

等级。具体方法如下：

根据围岩的物理力学性质，将围岩分为岩石、岩屑、土等不同类型.

根据围岩的结构特征，如节理、裂隙等，将围岩分为不同的结构类型。

根据围岩的强度特征，如抗压弓虽度、抗拉强度、抗剪强度等，将围岩分为不同的超度等级。

根据围岩的稳定性特征，如稳定性分析、变形和破坏特征等，将围岩分为不同的稳定性等级。

根据围岩的渗透性和水文地质特征，将围岩分为不同的透水性等级。

根据围岩的膨胀性和变形特征，将围岩分为不同的膨胀性等级。

根据围岩的破碎性和变形特征，将围岩分为不同的破碎性等级。

根据围岩的耐久性和变形特征，将围岩分为不同的耐久性等级。

以上等级可以根据实际情况进行调整和细分，最终确定围岩的分级。根据围岩的分级，可以制定相应的围

岩支护方案，确保隧道的安全和稳定.

4.7什么是隧道围岩的完整性系数？它与围岩基本质量指标有和关系？

答：隧道围岩的完整性系数是指围岩的完整性程度，即围岩的破碎、裂隙、节理等缺陷的程度。完整

性系数越高,围岩的完整性越好,围岩的稳定性和承载能力也越强。

围岩的完整性系数与围岩基本质量指标有一定的关系.围岩基本质量指标包括围岩的物理力学性质、结构

特征、强度特征、稳定性特征、渗透性和水文地质特征、膨胀性和变形特征、破碎性和变形特征、耐久性

和变形特征等。这些指标反映了围岩的基本质量状况,而围岩的完整性系数则是反映围岩的完整性程度。

围岩的完整性系数越高，围岩的基本质量指标也越好,反之亦然。

在隧道工程中，围岩的完整性系数是评价围岩质量的重要指标之一.通过对围岩的完整性系数进行评价,

可以制定相应的围岩支护方案，确保隧道的安全和稳定。

4.8围岩完整性包括什么内容？在围岩分级中的作用是什么？

答：围岩完整性包括以下内容：

岩石强度：围岩的抗压和抗拉强度。

岩体完整性：岩体内部是否存在裂隙、节理等破坏性结构。

地应力：地下岩体所受到的应力状态。

地下水：地下水对围岩稳定性的影响。

在围岩分级中，围岩完整性的作用是评估围岩的稳定性和可靠性。通过对围岩完整性的评估，可以将无限

的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围

岩划分为若干类别.这样可以为地下工程的设计和施工提供参考，以确保工程的安全性和稳定性。围岩分

级可以根据岩体完整性的不同等级，确定相应的支护措施和施工方法，以提高工程的可靠性和经济性。

4.9决定隧道围岩稳定性的因素有哪些？如何认识这些因素的影晌？

答：决定隧道围岩稳定性的因素包括：

岩石性质：包括岩石的强度、变形特性、岩石的透水性等.

岩体结构：岩体的节理、裂隙、岩层倾角等结构特征。

天然应力状态•地下岩体所受到的地应力状态，包括水平应力.垂直应力等.

地质构造：地下岩体的构造特征，如断层、褶皱等。

地下水：地下水对围岩稳定性的影响，包括静水压力、动水压力、软化效应等。

要认识这些因素的影响，可以进行以下工作：

地质调直：对隧道所在地区的地质情况进行详细调查，了解岩石性质、岩体结构、地质构造等信息。

岩石力学试睑：通过对岩石样本进行力学试验，获取岩石的强度、变形特性等参数。

地应力测量：通过地应力测量仪器对地下岩体的应力状态进行测量，了解地应力的大4坏口方向。

水文地质调直：对地下水的水位、水压等进行监测和调直，了解地下水对围岩稳定性的影响。

数值模拟分析：利用数值模拟软件对隧道围岩进行力学分析，模拟不同因素对围岩稳定性的影响。

通过以上工作，可以全面了解各种因数寸隧道围岩稳定性的影响程度，为隧道设计和施工提供科学依据，

确保隧道的安全和稳定。

4.10为什么要进行围岩分级？怎样迸行围岩分级？

围岩分级的目的是为了评估围岩的稳定性和可靠性，并为地下工程的设计和施工提供参考,以确保工

程的安全性和稳定性。通过围岩分级，可以将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即

将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类别。这样可以为地下工程的设计和施工

提供参考，以确保工程的安全性和稳定性。

围岩分级的具体方法可以根据不同的燃胡口标准而有所不同。一般来说，围岩分级可以根据以下因素进行

评估：

岩石强度：包括抗压强度、抗拉强度等。

岩体完整性：岩体内部是否存在裂隙、节理等破坏性结构。

岩体结构：岩体的节理、裂隙、岩层倾角等结构特征。

地应力：地下岩体所受到的应力状态.

地下水：地下水对围岩稳定性的影响。

根据以上因素，可以采用定性和定量的方法对围岩进行分级。定性分级的方法是根据现场观察和判断，对

影响围岩质量的因素进行描述和鉴别，或对主要因素进行评判和打分。定量分级的方法是根据对围岩性质

的定量测量和分析，利用数值模拟等方法进行综合评估。

具体的围岩分级方法可以根据不同的领施和标准进行选择和应用，例如根据岩体完整程度和岩石强度进行

分级，将围岩划分为不同的等级或类别。不同的分级方法可以根据具体工程的需求和地质条件进行选择和

调整。

4.11隧道各阶段围宕分级考虑的因素有哪些不同?

在隧道各阶段进行围岩分级时，考虑的因素可能会有所不同。以下是一些可能考虑的因素：

工程规划阶段：在隧道工程规划阶段，围岩分级可能主要考虑地质条件、地下水情况、地应力状态等因

素。这个阶段的围岩分级主要是基于现有的地质调查和勘探数据进行初步评估。

初步设计阶段：在隧道初步设计阶段，围岩分级可能会更加详细和准确。除了考虑地质条件、地下水和地

应力等因素外,还可能考虑岩石强度、岩体结构、岩石变形特性等因素。这个阶段的围岩分级可以为后续

的详细设计和施工提供更具体的指导。

施工阶段：在隧道施工阶段，围岩分级可能会更加细致和实际。除了考虑前述因素外，还可能考虑岩体揭

露情况、岩体变形量、岩体稳定状态等因素。这个阶段的围岩分级可以为施工过程中的支护设计和施工方

法提供指导。

需要注意的是，不同的规范和标准可能会有不同的围岩分级方法和考虑因素。具体的围岩分级应根据实际

情况和相关规范进行确定.在实际工程中，可能需要综合考虑多个因素，并根据不同阶段的需求进行调整

和修正。

讨论题1隧道围岩分级时出现定性分级与定量分级不吻合的情况是否正常？为什么？

答：定性分级与定量分级不吻合的情况在隧道围岩分级中是正常的。以下是一些可能的原因：

主观因素：定性分级可能受到人为主观判断的影响，不同的评估人员可能会有不同的判断标准和偏好，导

致与定量分级结果不一致。

数据不足或不准确：定量分级依赖于准确的数据和测量结果，如果数据不足或不准确，可能导致定量分级

与定性分级不一致。

分级方法的差异：定性分级和定量分级可能采用不同的方法和指标进行评估，这些方法和指标的选择可能

会导致分级结果的差异。

分级标准的不一致：不同的规范和标准可能对围岩分级有不同的要求和标准，这也可能导致定性分级与定

量分级不一致。

需要注意的是，围岩分级是一个复杂的过程，涉及多个因素和评估方法。在实际工程中，可能会出现定性

分级与定量分级不一致的情况，这需要综合考虑各种因素，并根据实际情况进行调整和修正。最终的围岩

分级应根据实际情况和相关规范进行确定。

讨论题2隧道围岩分级、围岩压力与闻言稳定性之间有何关系？

答：隧道围岩分级、围岩压力和稳定性之间存在密切的关系。以下是一些可能的关系：

围岩分级与围岩压力：围岩分级是根据围岩的力学性质、岩石强度、岩体结构等因素进行评估和分类的过

程。围岩压力是指围岩所受到的应力状态。围岩分级的结果可以反映围岩的稳定性和承载能力，而围岩压

力则是围岩稳定性的重要指标之一。围岩分级的结果可以为围岩压力的评估和分析提供依据。

围岩压力与稳定性：围岩压力是围岩所受到的内部和外部力的作用，包括地应力、地下水压力、施工荷载

等。围岩的稳定性与围岩压力密切相关，围岩压力的增大可能导致围岩的变形和破坏,从而影响隧道的稳

定性。因此，对围岩压力的合理评估和控制对于确保隧道的稳定性非常重要。

围岩分级与稳定性：围岩分级的目的是根据围岩的性质和特点进行分类，以评估II岩的稳定性和承载能

力。围岩分级的结果可以为隧道的支护设计和施工提供指导，从而提高隧道的稳定性。不同级别的围岩可

能需要采取不同的支护措施和施工方法，以确保隧道的安全和稳定。

需要注意的是，围岩分级、围岩压力和稳定性之间的关系是复杂的，受到多个因素的影响。在实际工程

中，需要综合考虑围岩的物理性质、力学性质、地质条件等因素，并根据相关规渐］标准进行评估和分

析，以确保隧道的稳定性和安全性。

习题1:某隧道通过IV级围岩，开挖尺寸为Ht=7.6m,Bt=9.9m,埋深约10.0m,采用矿山

法

施工,围岩天然容重Y=22kN/m3,试确定围岩压力值。

答：根据给定的信息，我们可以使用公式计算围岩压力值：

围岩压力=丫xHt

其中，Y为围岩的天然容重，Ht为开挖尺寸的高度。

代入已知数值进彳亍计算：

围岩压力=22kN/m3x7.6m

围岩压力«167.2kN/m2

因此,该隧道的围岩压力约为167.2kN/m2.

习题2:某高速公路隧道最大埋深约130m,设计净高11.0m,净宽14.0m,该隧道有两段

埋

深H分别为25m和6m,m级围岩，天然容重y=24kN/m3.假定该隧道围岩不产生显著偏

压力和膨胀压力,试问:①这两段隧道各自属于深埋隧道还是浅埋隧道？②这两段隧道的垂

直均布围岩压力各是多少？

根据隧道的最大埋深约130m,设计净高11.0m,净宽14.0m,可以判断这两段隧道都属于深埋隧

道。

垂直均布围岩压力的计算公式为P=Y*H,其中P为垂直均布围岩压力，伪围岩容重，H为埋深。根

据题目给出的信息，围岩容重7=24kN/m3,第一段埋深H=25m,第二段埋深H=6m.代入公式计算，

第一段的垂直均布围岩压力为P1=24*25=600kN/m2,第二段的垂直均布围岩压力为P2=24*6=

144kN/m2.

第五章隧道结构构造

5.1什么是整体衬砌、复合式及锚喷衬砌？各适用于什么场合？

答：整体衬砌是指在隧道洞身周边使用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。复

合式衬砌是指在隧道洞身周边采用外衬和内衬两层结构的支护形式，也被称为双层衬砌。

锚喷衬砌是指通过喷涂混凝土或粘贴防水层的方式进行支护。

各种衬砌形式适用于不同的场合。整体衬砌适用于地质条件较好的隧道，具有较强的

整体性和抗渗性。复合式衬砌适用于地质条件较差的隧道，通过外衬和内衬的结构形式提

供更强的支护能力。锚喷衬砌适用于围岩较松散、易塌方的隧道，通过喷涂混凝土或粘贴

防水层的方式增强围岩的稳定性。

5.2隧道衬砌及其适用条件是什么？

答：隧道衬砌的适用条件包括地质条件、围岩稳定性、隧道尺寸等因素。具体来说，

衬砌的选择应根据隧道所处的地质条件和围岩的稳定性来确定。同时，隧道的尺寸和设计

要求也会影响衬砌的选择。在软弱破碎围岩的情况下，需要采取超前支护措施，如超前锚

杆、插板、超前小导管、管棚等。

5.3洞门的类型有哪些？各自的特点是什么？

答：洞门的类型主要有以下几种：

1、端墙式洞门：洞门两侧设置墙体，形成一个封闭的门洞。特点是结构简单、施工

方便，适用于围岩较好的隧道。

2、拱形洞门：洞门采用拱形结构，具有良好的承载能力和抗震性能。适用于围岩较

差的隧道。

3、框架式洞门：洞门采用框架结构，具有较高的刚度和稳定性。适用于围岩较差的

礴。

4、钢筋混凝土洞门：洞门采用钢筋混凝土结构，具有较高的强度和耐久性。适用于

围岩较差的隧道。

5.4公路隧道常见的洞门形式有哪些？它们的适用条件是什么？以端墙式洞门为例，说

明洞门设计要点。

答：公路隧道常见的洞门形式包括端墙式洞门、拱形洞门和框架式洞门。它们的适

用条件主要取决于隧道的地质条件、围岩稳定性和设计要求。一般来说，端墙式洞门适用

于围岩较好的隧道，拱形洞门和框架式洞门适用于围岩较差的隧道。

以端墙式洞门为例，洞门设计要点包括以下几个方面：

1、洞门尺寸：根据隧道的设计要求和交通流量确定洞门的宽度和高度。

2、洞门结构：洞门采用端墙式结构，需要考虑墙体的厚度、墙体与洞身的连接方式

等。

3、洞门开启方式：根据隧道的使用要求，确定洞门的开启方式,如平开门、折叠门

等。

4、洞门材料：根据隧道的使用环境和设计要求,选择合适的材料，如钢筋混凝土、

钢结构等。

5.5隧道结构类型与围岩级别有什么关系？

答：隧道结构类型与围岩级别有一定的关系。一般来说，围岩较好的隧道可以采用

简单的端墙式洞门，而围岩较差的隧道则需要采用更加复杂的结构形式，如拱形洞门和框

架式洞门，以提供更强的支护能力。

5.6洞门墙计算的方法及主要内容是什么？

答：洞门墙计算的方法主要包括结构力学计算和有限元分析。主要内容包括洞门墙的

受力分析、墙体的稳定性分析、墙体与洞身的连接设计等。计算过程中需要考虑洞门墙的

承载能力、抗震性能、变形控制等因素,以确保洞门的安全可靠。

5.7明洞的形式有哪些？其适用条件是什么？

答：明洞的形式主要有以下几种：

1、开挖式明洞：通过开挖地面形成的洞穴，适用于地下矿井、地下车库等场所。

2、隧道式明洞：通过挖掘地下隧道形成的洞穴，适用于地铁、交通隧道等场所。

3、管廊式明洞：通过建设管廊形成的洞穴，适用于城市地下综合管线、电缆隧道等

场所。

5.8明洞基础和洞顶填土有哪些要求？

答：明洞基础和洞顶填土有以下要求：

明洞基础：明洞的基础需要具备足够的承载能力和稳定性，以支撑洞体的重量和外部

荷载。基础的设计要考虑地质条件、地下水情况等因素。

洞顶填土：明洞的洞顶填土需要满足以下要求：填土材料应具有一定的强度和稳定

性，以防止洞顶塌陷；填土层应具备一定的排水性能，以防止水分积聚；填土层应具备一

定的抗渗性能，以防止地下水渗入洞内。

5.9隧道防冒卜水的原则是什么？

答：隧道的水害是由洞内、洞外的多种因素引起的,采用单一的办法难以很好地解决问

题。根据多年来隧道治水的经验，防排水设计应遵循'防、排、截、堵结合，因地制宜,综合治

理”的原则,采取切实可行的设计方案、施工措施，达到防水可靠、排水通畅、经济合理的目

的。

1、防。要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入

洞内，达到隧道衬砌、路面、设密箱洞等结构表面无湿润痕迹。

2、排。将已经渗入隧道区域的地下水及路面结构层下的积水排入洞内中心水沟或路

侧边沟，减少或消除衬砌背后的水压力，防止积水或冻害的发生，创造良好的防水环境。排

得越好，衬砌渗漏水的概率就越小，防水也就更容易;排出路面结构层下的积水，能防止路面

冒水、翻浆、结构破坏。

3、截。对易于渗漏到隧道的地表水，应采用设置截（排）水沟、清除积水、填筑积水坑洼

地、封闭渗漏点等措施。对于地下水，应采取导坑、泄水洞、井点降水等措施。

4、堵。就是以衬砌混凝土为基本防水层，以其他防水材料为辅助防水层,采用注浆或嵌

填等方法对隧道围岩裂隙、隧道结构本身存在的渗漏水路径进行封堵，使之不能进入隧

道。堵水措施可以较好地保护地下水环境。

5.10隧道防徘水系统设计的内容及要点是什么？

答：隧道防排水系统设计的内容及要点主要包括以下几个方面：

1、排水系统布置：确定排水系统的布置方案，包括排水管道的位置、坡度、连接方

式等。

2、排水设施设计:设计合适的排水设施，如排水井、排水泵站等，以保码E水系统

的正常运行。

3、排水管道设计：确定排水管道的材料、直径、坡度等参数，以满足排水需求。

4、排水系统的维护和管理：制定合理的维护和管理计划，定期检查和清理排水系

统，确保其正常运行。

5.11简述寒区隧道防排水设计的主要内容及其要求。

答：寒区隧道防排水设计的主要内容及要求包括以下几个方面：

1、防冻措施：采取合适的防冻措施，如加热、保温等，防止排水系统受到冻结的影

响。

2、排水管道的保温：对排水管道进行保温处理，防止管道内的水结冰。

3、排水系统的排水能力：考虑寒区地区的降雪量和融雪水量，设计合适的排水系

统，确保能够及时排除积水。

4、排水系统的排水路线：选择合适的排水路线，避免排水系统受到冰雪堵塞的影

响。

5.12简述寒区隧道防排水设计的主要内容及其要求。

答：隧道内附属构造物主要包括以下几种：

1、照明设施：用于提供隧道内的照明，确保通行安全。

2、通风设施：用于保持隧道内的空气流通，排除尾气和烟雾，提供良好的通风环

境。

3、消防设施：包括消防栓、灭火器等，用于应对火灾等紧急情况。

4、监控设施：包括摄像头、雌系统等，用于监测隧道内的交通情况和安全状况。

5、信号设施：包括交通信号灯、标志牌等，用于指示和引导车辆行驶。

隧道内附属构造物的设置要求主要包括以下几点：

1、安全性：附属构造物的设置应符合相关的安全标准和规范,确保其在使用过程中

不会对通行车辆和行人造成危险。

2、可靠性：附属构造物的设计和施工应保证其稳定性和可靠性,能够在各种环境条

件下正常运行。

3、维护性：附属构造物的设计应考虑到维护和检修的便利性,方便对设施进行维护

和修理。

5.13隧道内装饰主要解决哪些问题？隧道内部的装饰类型有哪些？

答：隧道内装饰主要解决以下几个问题：

1、美观性：通过装饰，使隧道内部具有良好的视觉效果,提升通行者的体验感。

2、舒适性：通过装饰，改善隧道内的环境，如降低噪音、改善空气质量等，提供舒

适的通行环境。

3、安全性：通过装饰，设置合适的标识和指示，提供清晰的导向和警示，确保通行

安全。

隧道内部的装饰类型主要包括以下几种：

1、壁画和艺术装饰：通过绘制壁画和设置艺术装饰品，增加隧道的艺术氛围和观赏

性。

2、照明装饰：通过合适的照明设计，营造出不同的光影效果，提升隧道的美观性和

舒适性。

3、声音装饰：通过设置吸音材料和隔音设施，降低隧道内的噪音，提供安静的通行

环境。

5.14防止噪声的措施主要有哪些？

答：1、隔音墙：在隧道内设置隔音墙,减少噪音的传播。

2、吸音材料：在隧道内部使用吸音材料，如吸音板、吸音砖等，减少噪音的反射和

回声。

3、隔音门窗：在隧道入口和出口设置隔音门窗，减少噪音的传入和传出。

4、噪音屏障：在隧道周围设置噪音屏障,减少外部噪音对隧道的影响。

讨论题1除本章介绍的形式外，隧道洞门形式还有哪些？举例一种形式说明其设计理念

是什么？

答：隧道洞门还可以分为浅拱门形、渐开线门形等。以浅拱门形为例，其设计理念是

为了在保证隧道结构安全性的前提下，尽量减小洞门截面尺寸，从而降低建造成本。在这

种形式中，隧道洞门的顶部弧形较为平缓，侧墙基本上是直立的，进出口矮圆，顶部存在

一定长度的水平直线段。这样设计可以使得洞门处的横向力转化为纵向力,以提高结构的

稳定性和安全性。此外，浅拱门形的弧形也有一定的美学效果，能够更好地融入周围自然

环境中。

讨论题2举例说明一种特殊结构明洞的特点适用条件及作用原理是什么？

答：特殊结构明洞是一种常用于大型隧道工程中的洞门结构，它具有以下特点：

(1)开敞明亮：特殊结构明洞通常采用大型的开洞方式，使得洞内光线充足，呈现

出较好的开敞感，提供了良好的视野和通风条件。

(2)空间感强：特殊结构明洞通常拥有相对较大的截面尺寸，为隧道内的车辆和行

人提供了宽敞的通过空间，提高了通行的舒适性和安全性。

(3)强化视觉效果：特殊结构明洞常常配合灯光、装饰等设计手法，营造出良好的

景观效果，增添了隧道的美感和人文氛围。

特殊结构明洞适用条件主要包括以下情况：

(1)用于地质条件相对稳定的区域，不易发生较大的地层变形和破坏。

(2)适用于通过洞门的车辆和行人较为密集的交通流量，提供更好的通行环境。

特殊结构明洞的作用原理主要是通过采用较大的截面尺寸和良好的设计手法，来提供

宽敞明亮的通行环境。

(1)特殊结构明洞的较大截面尺寸可以增加洞内的空间感，提供足够的宽度和高

度，使得车辆、行人等通行物体能够更加自由地通过洞门，减少碰撞风险和行人拥挤现

象。此外，较大的截面尺寸还能够提供充足的采光空间，使得洞内较为明亮，减少了对照

明设备的依赖，提供了更好的能见度，使驾驶员和行人能够更清晰地看到前方的路况和障

碍物，提高了安全性。

(2)良好的设计手法则可以通过合理的灯光安排、景观装饰等方式，营造宜人的环

境氛围，在通行的同时提供美感和舒适感，使得洞内的通行体验更加偷悦。

讨论题3隧道内部装饰有哪些新型材料?举例一种说明其创新点是什么？

答：隧道内部装饰用的新型材料很多，例如：

(1)聚合物材料：聚合物材料是目前应用较多的隧道内装饰材料之一，主要由聚氨

酯、聚苯乙烯和聚酯等构成，具有保温隔热、阻燃防火、耐腐蚀、防水防潮等特点。

(2)石墨烯材料：石墨烯是一种新型高强度材料，由于其具有优异的导电、导热、

机械强度和耐热性能,因此被广泛应用于隧道内部装饰，例如制作高档地板。

(3)陶瓷材料：隧道内部采用陶瓷材料进行装饰，不仅具有耐高温、防火、耐磨

损、防污等特点，而且能够自洁，易于清洁和维护。

如高性能矿物质岩板，这种材料使用的原料是矿物质天然粉末，遵循可持续发展理

念，不仅环保，而且具有很好的隔音、防火、防潮、抗污染等特性。它的创新点在于采用

了新的材料和新的生产工艺，不仅提高了材料性能和装饰效果，而且更加环保和可持续。

另外，这种材料颜色丰富，可以自由调配，使得装饰的效果更加美观。

第六章隧道衬砌结构设计方法

6.1什么是共同变形理论和局部变形理论?二者有何区别？

答：局部变形理论是以温克尔（E.Winkler）假定为基础的。它认为应力oi和变形§之间

呈线性关系，即。i=k6i,k为独立岩柱的弹性抗力系数。这一假定，相当于认为围岩是一组

各自独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。实际的弹性体变形是互相影响的，施加于一

点的荷载会引起整个弹性体表面的变形，即共同变形。温克尔假定能反映衬砌的应力与变

形的主要因素，且计算简便实用，可以满足工程设计的需要。应当指出，弹性抗力系数k

并非常数，它取决于很多因素，如围岩的性质、衬砌的形状和尺寸，以及荷载类型等，不

过对于深埋隧道，其值可以视为常数。

共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻岩柱之间变形的相互影响，即考虑

独立岩柱之间的联系。它用纵向变形系数E和横向变形系数p表示地层特征，井考虑黏聚

力c和内摩擦角的影响。但这种方法所需围岩物理力学参数较多，计算相对复杂。

区别：共同变形理论所需围岩物理力学参数较多，计算相对复杂，计算模型有严重缺

陷,另夕M限定施工过程中对围岩不产生扰动。局部变形理论简单实用，可以满足工程的需

要，其主要计算参数为弹性抗力参数。

6.2隧道结构的计算模型主要有哪些？

答：经过总结，国际隧道协会（ITA）认为可将其归纳为以下4种模型：

（一）以参照以往隧道工程的实践经验进行工程类比为主的经验设计法。

（二）以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位移量测值为根据的

收敛•限制法。

（三）作用-反作用模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建立的计算法等。

（四）连续介质模型，包括解析法和数值法。解析法中有封闭解，也有近似解；数值计

算法目前主要是有限单元法、有限差分法、边界元法、离散元法、流形元法和无网格法

等。

根据多年来隧道结构设计的实践，我国采用的设计方法可归纳为以下4种模型：

1）经验类比模型

经验类比计算模型是目前国内外隧道结构设计中应用最广泛的设计模型之一，尤其是

建造在岩层中以锚喷支护结构进行支护的隧道结构设计中，应用更为广泛。经验类比计算

模型通常有直接类比法和间接类比法两种。

2）荷载结构模型

荷载结构计算模型也称为结构力学计算模型。该模型的思路认为,地层对隧道结构的

作用只是产生作用在结构上的荷载（包括主动的地层压力和由于地层约束结构变形而产生的

弹性抗力），按照结构力学的方法计算隧道结构在地层荷载作用下产生的内力和变形。

3）地层结构模型

地层结构计算模型又称为连续介质计算模型，其基本原理是按照连续介质力学原理及

变形协调条件分别计算地下结构与地层中的内力,然后进行结构截面设计和地层的稳定性

验算。

地层结构计算模型将隧道结构和地层视为一个整体，作为共同承载的地下结构体系。

在连续介质设计模型中，地层也是承载单元，隧道结构是承载单元的一部分，其主要作用

是约束和限制地层的变形，两者共同作用的结果是使隧道结构体系达到新的平衡状态。从

这一点来说，地层结构计算模型与荷载结构计算模型是相反的。

4）收敛限制模型

收敛限制计算模型又称为特征曲线计算模型或变形计算模型，是一种以理论为基础、

实测为依据、经验为参考的较为完善的地下结构计算模型。严格来说，收敛限制计算模型

是连续介质设计模型之一，但由于该计算模型以现场实测结果为设计依据，与理论分析或

数值结果为依据的连续介质计算模型存在较大的差别，因此,通常将其单列为一种设计模

型。

6.3公路隧道结构承担的主要荷载有哪些?如何进行荷载组合？

答：永久荷载（围岩压力、结构自重、附加恒载、土压力、混凝土收缩和徐变的影响

力）、基本可变荷载（公路荷载、列车荷载）、其他可变荷载（温度变化的影响力、冻胀

力、施工荷载）、偶然荷载（落石冲击力、地震力）

荷载组合：

（1）荷载基本组合

组合一­

永久荷载：围岩压力+结构自重+附加恒载。

组合二：

①永久荷载+基本可变荷载：结构自重+附加荷载+土压力+公路荷载；

②永久荷载+基本可变荷载：结构自重+附加荷载+土压力+列车荷载；

③永久荷载+基本可变荷载：结构自重+附加荷载+土压力+渡槽流水压力。

组合三：

永久荷载+基本可变荷载：围岩压力（土压力）+结构自重+施工荷载+温度作用力。

（2）荷载偶然组合

组合四：

永久荷载+基本可变荷载：围岩压力（土压力）+结构自重+附加恒载+地震作用或落

石冲击力。

（3）荷载长期效应组合

组合五：

永久荷载：围岩压力（土后力）+结构自重+附加恒载+混凝土收缩和徐变力。

组合六：

永久荷载+基本可变荷载频他可变荷载：结构自重+附加恒载+土压力+公路荷载、

列车荷载或渡槽流水压力。