隧道与地下工程复习题

《隧道与地下工程》复习思考题1．隧道工程的调查包括哪些内容？其中地形地质调查的内容是什么？各勘察阶段采用什么勘察方法？（1）包括施工前调查和施工中调查。其中施工前调查包括地形地貌及地质调查、气象调查、环境调查、施工条件调查以及与工程有关的政策法规调查等。施工中调查是在隧道建设过程中，随着开挖掘进的进行，对开挖暴露出的地质体进行实际勘察。（2）地形地质调查分为初勘和详勘两个阶段。初勘是查明工程论证区域的地形地貌条件、地质体的物质组成、地质构造特征、物理化学地质现象等地质背景，以及与工程建设的关系。详勘除了包括初勘的内容外，还应详细调查工程部位岩体的结构特征，如岩体的完整性，节理裂隙的发育及分布特征等，为技术设计中的围岩分级提供依据。（3）初勘采用实地踏勘、测绘，并开展必要的勘探工作。详勘采用大比例尺工程地质测绘、钻探、工程物探以及必要的测试和实验等多种方法进行综合分析。2．隧道工程总体设计的基本原则是什么？总体设计都包括哪些内容？（1）在各项调查基础上综合分析对比隧道各线路方案，提出优化设计方案。在复杂不良地质条件下，长大隧道尽量避开不良地质地段，中短隧道可服从道路总体路线走向。在满足隧道功能和结构受力良好的前提下确定经济合理的断面形状。隧道的平、纵线型应与两端衔接的引线道路线型相协调。选择合理通风、照明方式。对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、管理设施等作全面综合考虑。当隧道工程建设与周围建筑物互有影响时，应在设计和施工中采取必要的措施。（2）总体设计包括隧道定位设计，洞口位置选择，隧道平面线形设计，隧道纵断面线形设计，隧道净空及建筑限界。3．在隧道选线设计中，是不是线路越短越好？为什么?（1）不是，路线短的地方往往是沟谷地方，地质条件差，通常有断层破碎带或软弱岩层发育，也会有地下水汇集，作为隧道的围岩其稳定性往往较差。4．隧道轴线方向的确定（选择）应考虑哪些问题？应如何选择洞口的位置？（1）地应力场和地质结构面，从地应力角度看，当隧道轴线与最大主应力方向水平投影的夹角为15°~30°时，稳定性较好，且隧道轴线设计应尽量垂直最发育的结构面，即最大主应变面。（2）不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处。避开不良地质地段。不破坏或少破坏山体坡面。进出口洞口线路宜与地形等高线正交。洞口标高应高于洪水位家波浪高度。边坡和仰坡均不宜开挖过高。隧道穿过悬崖陡壁时要注意岩壁的稳定性。洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，设置桥梁或涵洞。可利用弃渣有计划有目的的改造洞口场地。洞口地段埋深较浅，应考虑附近地面建筑物、地下埋设物对隧道的影响及对策。根据地形地质条件，考虑边坡仰坡的稳定，结合洞外有关工程及施工难易程度，本着早进晚出的原则，全面综合设计确定。5．在隧道平面线形设计中，为什么尽量选择直线，避免曲线？因为曲线线形涉及许多复杂问题。例如，由于曲线段的行车视线不良，需要加宽隧道的跨度及建筑限界，这会增加涉及的复杂性和施工的难度，同时也不利于隧道围岩的稳定性，又如，较小半径曲线行车时所产生的离心力作用需要通过设计超高来平衡，这也将改变隧道断面的尺寸和形状并增加施工的复杂性，另外，曲线隧道还会影响行车速度和通风条件，因此在线形设计上应优先选择直线线形。6．隧道的纵断面线形设计有哪些要求?隧道纵断面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般不应大于3%，隧道内纵坡形式一般采用单向坡；地下水发育的长隧道，特长隧道可采用双向坡，纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合要求，且纵坡的变更不宜过大和过频。8．隧道的建筑限界和净空指的是什么？隧道净空是指隧道横断面内轮廓线以内的空间，隧道建筑限界是指为了保证隧道的使用功能表，建筑结构的任何部位都被限制在一定空间范围以外的界限。9．隧道与地下工程有哪些特殊性？工程环境的特殊性。结构体系的构成特殊性，有周围地质体和支护结构构成。工程经验与类比在设计中的重要地位。荷载、结构、材料的不可分割性。设计、施工的一体化。10．地下洞室工程设计中，何谓荷载结构法？何谓地层结构法？荷载结构法：仿照地面结构的计算方法进行地下结构的计算，包括框架内力的计算，拱形直墙结构内力的计算等。地层结构法：围岩与结构共同构成承载体系，荷载来自围岩的初始应力和施工开挖所引起的应力释放，结构内力与围岩重分布应力一起按连续介质力学方法计算，围岩与结构的相互作用以变形协调条件来体现，计算的关键在于确定围岩的应力释放和围岩结构的相互作用。11．普氏理论的核心内容是什么？主要存在什么问题？（1）保持硐室稳定主要是靠衬砌，衬砌需一次做成，并且是刚性结构，不允许有较大变形。（2）普适理论将硐室围岩看做松散体，这种假设不符合大部分岩体的特性，只有某些断层破碎带或强风化岩体才可看做是松散体。不应单纯将洞室围岩看做是外部荷载。有些情况下即使按照普式理论设计，衬砌也会产生破裂，甚至破坏。围岩的复杂性难以用坚固系数概括。实际工程中，围岩压力往往是偏压和水平压力，最大压力偏离拱顶，这些现象和问题普适理论难以给出解答。12．隧道新奥法的基本思想和主要原则是什么？与传统矿山法相比新奥法有哪些优越性？（1）新奥法基本思想是使围岩与支护结构体一起承担荷载，并且由围岩承担大部分荷载，支护结构仅承担少部分荷载。尽量减小开挖后围岩中的应力变化，开挖之后立即进行一次支护（锚喷支护），防止围岩进一步松动，同时对围岩的应力、位移变形进行检测，在适当的时候进行二次支护。主要原则：围岩具有一定的自承能力。尽量保持围岩原有的结构和强度，防止围岩的松动和破坏。尽可能适时支护。初期支护要具有柔性、薄层、与围岩密贴和早强等特性，支护施工应快速有效，尽快封闭围岩而使之处于三向应力状态。硐室尽可能为圆形断面，避免应力集中。良好的施工组织和施工人员的良好素质对硐室结构施工的安全、稳定、经济、快速非常重要。（2）经济、快速。安全适应性强。可有效控制地表下沉量。施工有较大灵活性。宜于做防水夹层。13．在新奥法隧道施工中，为什么强调要“适时支护”？“适时支护”的涵义是什么？14．信息化设计的核心内容是什么？何谓反分析法？（1）信息化设计的核心内容：在施工过程中布置检测系统，在施工开挖及支护过程中获得围岩状况及支护设施的工作状态信息（施工监测和信息反馈）。（2）反分析法：通过工程实体试验或施工监测岩土体实际表现性状所取得的数据，反求某些岩土工程技术参数，并以此为依据验证设计计算、查验工程效果以及分析事故的技术原因。15．地下工程中对围岩进行分级的意义何在？围岩分级主要考虑哪些因素？这些因素的代表性指标是什么？（1）围岩分级是隧道与地下工程进行工程类比设计的重要依据，是围岩稳定性评价的重要基础，也是隧道设计施工的依据，是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构荷载，设计衬砌结构的类型及参数、制定劳动定额及材料消耗标准等的基础。（2）一方面是地质因素，另一方面是工程因素。（3）地质因素有岩性及岩石的力学强度、岩体的地质结构构造特征，以及原岩应力状态和地下水状况；工程因素有地下空间的断面形状、尺寸、埋深、施工方法、支护结构类型及支护时间。16．国标《工程岩体分级标准》（GB50218-94）提出的两步分级法具体内容是什么？分级中采用了那些指标？（1）第一步，按岩体的基本质量指标BQ进行初步分级。第二步，针对各类工程岩体的特点，考虑其他影响因素，如天然应力，地下水和结构面方位等对BQ进行修正，再按修正后的BQ进行稳定性分级。。BQ=90+3σcw+250Kv[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)（2）岩石坚硬程度，岩体完整程度，地下水状况，主要软弱结构面分布及原岩应力。17．我国现行铁路隧道和公路隧道设计规范中，如何进行围岩分级？（1）铁路隧道以围岩结构特征和完整状态为分类基础，围岩基本分级由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定，在围岩基本分级的基础上，结合隧道工程的特点，考虑地下水状态，初始地应力状态等必要进行修正。（2）公路隧道围岩分级与国标一样采用两步分级法，只是对象范围更广，包括了土体。首先根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素确定出岩体基本质量指标BQ，进行初步分级，然后在围岩详细定级是，考虑地下水条件，主要软弱结构面产状以及地应力状态的影响因素，给出影响修正系数K1，K2,K3，按修正后的岩体质量指标，结合岩体的定性特征进行综合评价，并确定围岩级别。18．声波测试技术在围岩分级中有哪些应用？声波穿过岩体时，由于岩体的力学性质和结构状态不同，声波速度，振幅及频率都会发生变化，因此利用声波速度可以建立与岩体力学性质、结构状态的关系，通过测量岩石和岩体的纵波波速，对岩体进行分级。19．在GB50086-2001围岩分类中，有哪些定量指标？Ⅲ级和Ⅳ级围岩的工程地质特征是什么？对于跨度为12M的隧道，应如何进行喷锚支护设计？（1）围岩弹性波纵波速度Vp，单轴饱和抗压强度σcw。（2）（3）三级围岩应采用100~150mm厚钢筋网喷射混凝土，设置2.0~3.0m长的锚杆。四级围岩采用150~200mm厚钢筋网喷射混凝土，设置2.5~3.0m长的锚杆，必要时采用仰拱。20．围岩压力按其形成机理分为哪几种？具有代表性的围岩压力理论有哪些？（1）2种，形变压力和松动压力（2）古典山岩压力理论，塌落体理论，弹塑性平衡理论，与时间有关的变形控制理论21．在隧道施工中如何设计支护能够减小围岩压力？适时支护。当围岩具有良好的自稳能力时，开挖后应尽快施作初期支护，及时封闭围岩，防止围岩的松动，风化，也防止围岩强度的丧失；然后通过监测量测掌握围岩的收敛变形动态规律，当围岩的变形基本稳定后再施作永久性衬砌。当围岩不具有良好的自稳能力时，必须及时施作永久性衬砌，有效阻止围岩变形发展。22．目前确定围岩压力有哪些方法？各有何优缺点？（1）现场量测法：最具有说服力，但因量测技术手段方面的因素影响，量测的结果往往不能充分反映真实情况。（2）理论计算法：由于围岩的地质条件复杂多变，计算时所用的各种参数难免与实际不符。（3）统计法：简单，可靠。23．深埋隧道的围岩压力是否与埋深有关？为什么？无关。所谓深埋隧道是指开挖的力学作用范围没有波及到地表，顶板围岩能够形成平衡拱。由于围岩的成拱作用，其松动压力仅是隧道周边某一破坏范围内地层的自重力，而与隧道的埋深无关。24．围岩压力计算高度ha的含义是什么？怎样确定围岩压力计算高度？荷载等效高度，按隧道实际坍方体统计平均计算高度。25．围岩压力的实测方法有哪些？应力解除法量测围岩压力的原理是什么？（1）直接量测法和间接量测法。（2）在已经承载的衬砌或支护结构的表面贴上应变量测元件，如应变片，应变计等，然后解除衬砌或支护结构上的应力，使其处于不受力状态，从而测得解除前后衬砌或支护结构上的应变值。按照应力应变的本构关系，以此反推衬砌或支护结构上承受的压力。26．如何判定隧道是深埋还是浅埋？一隧道围岩为Ⅲ级破碎的石灰岩，埋深约10M，隧道跨度为6.4M，高8.0M，试判定是深埋还是浅埋？（1）（P62）=（2~2.5）ha，意义同前。当埋深Z时为深埋隧道，当Z时为浅埋隧道。一般在松软的岩土体中取上限值，在较坚硬完整的岩体中取下限值。（2）27．浅埋隧道松动围岩压力确定的方法及步骤是什么？浅埋隧道围岩压力的确定分两种情况。（1）28．喷锚支护的原理是什么？它与传统支护的本质区别是什么？(1)喷锚支护原理是将围岩视为具有自身强度和自撑能力的结构体，通过喷射混凝土和打入锚杆对围岩进行加固，防止围岩强度的恶化和自撑能力的丧失，使围岩成为承载结构的主体。（2）传统衬砌不考虑围岩的承载作用，完全依靠衬砌的结构刚度来抵御围岩的变形，并承受围岩压力，而喷锚支护能充分发挥围岩的自撑能力，从而使围岩压力降低。喷锚支护把围岩看作是承载主体。29．喷锚支护的力学作用有哪些？喷射混凝土支护如何改善围岩的应力状态？（1）喷射混凝土可以加固围岩，提高围岩强度，改善围岩的应力状态，锚杆有悬吊作用，减跨作用，组合作用，挤压作用。（2）含有速凝剂的混凝土搅