隧道工程整理

一、隧道的概念：用作地下通道的工程建筑物。1970年世界经济合作与发展组织从技术方面将隧道定义为：以任何方式修建，最终使用于地表面以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。二、隧道按其长度分（设计规范）：特长隧道（大于3000m）、长隧道（1000～3000m）、中隧道（500～1000m）、短隧道（小于500m）三、隧道的作用（1）缩短行车里程、提高交通效率（基本目的）（2）从根本免除落石、坍方、雪崩等危害（3）减少对植被的破坏，保护生态环境（4）在城市，节约土地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤堵塞（5）在江河、海峡、港湾地区，可不影响水运（6）增加隐蔽性，提高防护能力、不受气候影响。四、公路隧道调查阶段的划分及各阶段的内容：（1）调查应分施工前调查和施工中调查两个阶段。（2）施工前阶段包括工程可行性踏勘、初步勘测和详细勘测三个阶段。施工中调查：施工地质调查一般应列入施工计划。五、隧道地质勘探1、挖探：坑探和槽探（能够取得详尽的直观资料和原状土样，单勘探深度有限，劳动强度大。）2、简易钻探：小螺纹钻、钎探和洛阳铲等（工具轻、体积小、操作方便、进尺较快、劳动强度较小；不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不易钻进或不能使用。）3、钻探：冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进、以及振动钻进等（可获得深部地层的可靠地质资料）4、地球物理勘探（效率高，成本低，仪器和工具比较轻便，原位测试方法。）六、隧道与地下水的影响关系：一是隧道内涌水；二是地表枯水。七、隧道位置选择的基本原则：（1）应修建在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地质地段；当必须通过时，应有切实可靠的工程措。（2）地质条件对隧道位置的选择往往起决定性作用。若必须通过，应减短其穿越的长度，采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工及运营的安全。八、隧道内纵断线形应考虑行车安全、运营通风规模、施工作业效率和排水要求，综合确定。坡度控制：最小坡度≥0.3%最大坡度一般要求≤3%。纵坡形式：一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒适性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会出现逆坡排水问题。九、与平行隧道或其他结构物的间距1、高速公路与一级公路的隧道在条件允许的情况下，应设计为上下行分离的独立双洞；当地形条件限制时，只得选用小间距隧道；如果地形条件相当困难，隧道长度比较短时，为了保护植被免遭破坏，可选用连拱隧道。2、分离式独立双洞最小间距的确定按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按下表取值。一座分离式双洞隧道，可按其围岩代表级别确定两洞最小净距。隧道各围岩级别段占总长度比例的最大值者为围岩代表级别。B为隧道开挖断面的宽度围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ最小净距m1.0×B1.5×B2.0×B2.5×B3.5×B4.0×B十、隧道净空定义：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。包括公路建筑限界、通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需的足够空间，以及富裕量和施工允许误差等。十一、公路建筑限界：建筑物不得侵入的一种限界。包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度；以及车道、人行道的净高。隧道建筑限界由车道宽度、侧向宽度、余宽、检修道或人行道组成。十二、（1）建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m十三、检修道、人行道的主要功能：养护人员、隧道使用者可以在与交通相互不干扰的情况下处理紧急事情；步道的路缘石可以阻止车辆爬上步道，是步行者的安全限界；同时是保护隧道设备的安全限界；路缘石可以作为驾驶员的行驶方向线；其下部空间还常被用来安装管道、缆线等十四、（1）紧急停车带的功能：停放故障车辆、紧急情况下疏散交通及救援车辆和救援小组用以进行紧急救援活动。（2）紧急停车带的宽度包含右侧向宽度应取3.5m。长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。设置间距：不宜大于750m。十五、断面设计中断面名称有：衬砌内轮廓线、衬砌外轮廓线、实际开挖线、拱（顶部）、边墙、仰拱与路面、内部装饰。【名词】（1）衬砌内轮廓线：衬砌的完成线，在内轮廓线之间的空间,即为隧道的净空断面。（2）衬砌外轮廓线：为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。（3）实际开挖线：开挖后形成的实际轮廓线的平均线。（4）仰拱：当地基软弱只靠加宽墙基仍无法满足地基承载力时，一般均以设置素混凝土仰拱的方法解决问题，必要时采用钢筋混凝土仰拱，仰拱半径通常不超过顶拱半径的2倍。十六、标准内轮廓横断面：隧道内轮廓统一标准：拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙用小半径圆弧连接。十七、1、洞门：在隧道的洞口部位，为挡土、坡面保护等而设置的隧道结构物。2、衬砌：为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。3、仰拱：为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构4、连拱隧道：两洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构。十八、公路隧道结构构造：结构构造分为附属构造物和主体构造物（衬砌、洞门）十九、衬砌的三种类型：整体式、喷锚式、复合式。1、整体式衬砌：传统衬砌结构形式，在新奥法前广泛应用于隧道工程。采用就地整体模筑混凝土衬砌，其方法就是在隧道内树立模板、拱架，然后浇灌混凝土而成。（）2、喷锚衬砌：喷射混凝土支护、喷射混凝土＋锚杆支护、喷混凝土＋锚杆＋钢筋网支护、喷混凝土＋锚杆＋钢筋网＋钢架支护的统称。3复合式衬砌：由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。初期支护宜采用锚喷支护，二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构。复合衬砌的设计目前主要以工程类比为主，理论验算为辅。二十、洞身衬砌类型的选择：高速公路、一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌；三级及三级以下公路隧道，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，其他段采用喷锚衬砌。二十一、1、洞门：在隧道的洞口部位，为挡土、坡面保护等而设置的隧道结构物。2.洞门的型式：（1）墙式洞门：端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门等适用于地形较为陡峭、偏压较大或横断面地形复杂条件下的洞口。（2）明洞式洞：削竹式洞门、喇叭式洞门、棚洞式洞门、环框式洞门适用于地形平缓、山体稳定或单侧边坡较高等地形条件下的洞口。二十二、路面：各级公路隧道可采用水泥混凝土路面。有条件时，可采用沥青混合料上面层与水泥混凝土下面层组成的复合式路面。二十三、水泥混凝土面层（1）二、三、四级公路隧道路面一般宜采用设接缝的普通水泥混凝土面层；一级公路、高速公路隧道路面宜采用连续配筋混凝土面层或钢纤维混凝土面层。二十四、工程岩体稳定性分级标准1、岩体基本质量分级因素的确定（岩体坚硬程度和岩体完整程度）2、岩体坚硬程度的定性划分：（用锤击难易、回弹程度、手触感觉和吸收反映等）3、岩体完整程度的定性划分：（结构面发育程度、主要结构面的结合程度、结构面类型等）4、定量指标的确定和划分（1）岩石坚硬程度定量指标：岩石单轴饱和抗压强度，也可以采用岩石点荷载强度指数的换算值，（2）岩体完整程度定量指标：岩体完整性指数Kv，岩体体积节理数Jv75.0)50(82.22scIR二十五、围岩基本质量指标BQRc—岩石单轴饱和抗压强度Kv－岩体完整性系数使用上式时应遵守下列限制条件：二十六、围岩详细定级，BQ的修正需修正的情况（1）地下水（2）围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用（3）存在高初始地应力[BQ]计算K1－地下水影响修正系数K2－主要软弱结构面产状影响修正系数K3－初始应力状态影响修正系数二十七、围岩压力：隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。二十八、围岩压力的分类（按作用力发生形态）松散压力形变压力膨胀压力冲击压力二十九、Ⅳ－Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：应用该公式时，必须同时具备下列条件：（1）H/B1.7（2）不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。深埋隧道的围岩竖向匀布压力q按下式计算：q=0.45×2S-1·γω(KPa)式中：S—围岩级别，如属II级，则S＝2；γ—围岩容重，(kN/m3)；ω＝1+i(B-5)—宽度影响系数；B—隧道宽度，（m）；i—以B＝5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。当B5m，取i＝0.2；当B5m,取i＝0.1。三十、例题：某隧道穿越IV级围岩，埋深15m，其开挖尺寸为：宽7.4m，高8.8m，围岩容重21kN/m3，假定围岩松动压力状态如图所示，计算qmax值。Ht/Bt=8.8/7.4=1.191.7S=4γ=21B=8.85i=0.1ω＝1+i(B-5)=1.24q=0.45×23×21×1.24=93.744(Mpa)vcKRBQ250390)(100][321KKKBQBQ三十一、（1）深埋和浅埋隧道的判定原则：隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。（2）深、浅埋隧道的判定原则：Hp＝（2～2.5）hq式中:Hp—深浅埋隧道分界深度;hq—荷载等效高度，按下式计算：hq＝q/γq—竖向均布围岩压力kN／m2；γ—围岩容重（kN／m3）。在矿山法施工的条件下I一III级围岩取Hp＝2hqIV～VI级围岩取Hp＝2.5hq当隧道覆盖层厚度H≥Hp时为深埋，H＜Hp时为浅埋（3）埋深(H)小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布竖向压力（土柱法）q=γH式中:q—匀布竖向压力；γ—深度上覆围岩容重；H—隧道埋深，指隧道顶至地面的距离。（4）埋深大于hq、小于等于Hp时qmax=γB/(4λtanθ)γ—深度上覆围岩容重Bt---坑道宽度λ—侧压力系数θ—摩擦角三十二、【第五章隧道衬砌结构计算】弹性抗力的概念：衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩相应地产生被动抵抗力。三十三、弹性抗力的计算有：局部变形理论与共同变形理论三十四、半衬砌的计算的基本假定：⑴在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形，不产生弹性抗力；⑵拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变，计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影响⑶拱脚没有径向位移，只有切向位移；⑷对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响；⑸拱脚的转角和切向位移的水平分位移是必须考虑的。三十五、曲墙式衬砌的弹性抗力分布假设（1）上零点b（即脱离区与抗力区的分界点）与衬砌垂直对称中线的夹角假定为45度（2）下零点a在墙脚（3）最大抗力点h假定发生在最大跨度处附近，计算时一般取ah约等于2/3ab为简化计算可假定在分段的接缝上。三十六、传统支护理论与现代支护理论在设计理念上的差别：A、围岩和围岩压力的认识：传统支护理论针对松散体，松散压力；现代支护理论认为岩层具有一定的自稳能力，围岩压力，在围岩没有丧失稳定以前，是阻止围岩变形所形成的变形压力，围岩完全丧失稳定后才转化为松散压力，其力学机制已为围岩特征线与支护特征线理论得到了很好的描述。B、围岩与支护的相互关系：传统支护理论：围岩与支护分开，荷载结构模型。现代支护理论：围岩与支护的不可分割的统一体。C、建立计算简图上：传统支护理论：确定作用于支护上的荷载，然后按一般结构进行计算；现代支护理论：作用的荷载是岩体地应力，它由围岩与支护共同承担。锚喷支护特点（及时性、紧贴性、柔韧性等）决定了其力学模型。【会画137页计算简图】三十七、锚喷支护、现场量测、光面爆破构成了新奥法的三大技术支柱，是现代支护理论赖以实现的物质基础。三十八、锚喷支护特点：1、及时性2、紧贴性3、柔韧性