隧道工程思考题

第一讲

1. 什么是隧道？隧道：修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通行的工程建筑物。

2. 隧道工程包含哪两方面的含义？(1)是指从事研究和建造各种隧道及地下构筑物的规划,勘测,设计,施工和养护的一门应用科学和工程技术;(2)是指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物

3. 隧道有哪几种分类方法？隧道分类:（1）按地层：土质隧道，岩石隧道（2）按埋深：浅埋隧道，深埋隧道（3）按断面：圆形、马蹄形、矩形（4）按用途：交通隧道, 市政隧道, 隧道水工,矿山隧道（5）按大小：特大、大、中、小、极小（6）按长度：特长隧道：L>3000 m;长隧道：3000 m ≥L>1000 m;中长隧道：1000 m ≥L>500 m;短隧道：L≤500 m;(7)按断面面积分类: 特大断面隧道：断面积在100m2 以上;大断面隧道：断面积在50~100m2 之间;中等断面隧道：断面积在10~50m2 之间;小断面隧道：断面积在3~10m2 之间;极小断面隧道：断面积在3 m2 以下;

4. 交通、市政隧道包含哪些种类？（1）给水隧道：城市自来水管网系统用隧道（2）污水隧道：工业与生活废水排放隧道（3）管线隧道：煤、暖、热水、通信、输电用（4）人防隧道：用于防空，地下安全庇护所

第二讲

1．不良地质段隧道选址主要应考虑哪些问题？*（1）崩塌；（2）滑坡；（3）泥石流；（4）流沙；（5）溶洞、土洞；（6）瓦斯；（7）围岩、落石…

2 ．隧道施工中涌水的危害性？（1）岩质软化，软岩山体松弛，强度降低；（2）岩层层间阻力减小，导致岩体滑动；（3）某些岩类溶解和膨胀，山体出现附加压力；（4）大量涌水，产生动水压力；（5）腐蚀性水对钢筋混凝土结构产生侵蚀（6）隧道塌方与围岩失稳的罪魁祸首之一（7）集中涌水与稳定涌水

3．隧道平面设计应注意哪些问题？*（1）小半径曲线问题（2）超高问题(3)最小间距问题

4．隧道纵断面设计应注意哪些问题？*关键问题（1）纵坡坡度设计：排水0.3%，通风2%（2）纵坡形式设计：单下坡，人字坡

5．什么是隧道建筑限界？指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.

6．隧道接线的平面及纵断面线形有何要求？* （1）保证有足够的视距和行驶安全（2）注视点和注视时间：当隧道净宽大于所在公路的路基宽度时,应有加宽段，并设计过渡段加以衔接。当隧道净宽小于所在公路的路基宽度进行平滑的过渡

7．什么是衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线？*(1)衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面(2) 衬砌外轮廓线：指为保持净空断面的形状，衬砌须有足够的厚度(或称最小衬砌厚度) 的外缘线,又称为最小开挖线(3)实际开挖线：为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免的成为不规则形状。因为它比衬砌外轮廓线大，所以又称为超挖线，超挖部分的大小叫超挖量，一般不应超过10cm。

8．圆形、直墙式、曲墙式衬砌各适用于何种围岩？*圆形:受径向分布的水压的围岩;直墙式：应用于III类以上围岩；曲墙式：应用于III类以下围岩。

9. 公路隧道设计文件主要包括哪些内容？(1)隧道勘测说明书(2)施工图设计文件

第三讲

1.隧道衬砌的种类有哪些？何谓复合式衬砌?种类:(1). 喷、锚衬砌(2). 整体式衬砌

(3). 复合式衬砌(4). 装配式衬(5). 连拱式衬砌复合式衬砌:初次衬砌+ 二次衬砌

以喷混凝土，锚杆或钢拱支架的一种或几种组合作为初次支护对围岩进行加固，维护围岩稳定防止有害松动。待初次支护的变形基本稳定后，现浇混凝土二次衬砌。用于Ⅳ级围岩.Ⅳ级及以下围岩或可能出现偏压时，应设置仰拱

2.公路隧道洞门形式有哪些？各自适用条件是什么？作用?（1）环框式洞门-洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求（2）端墙式洞门-适于地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩（3）翼墙式洞门-适用于地质较差的Ⅳ级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。（4）柱式洞门-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。（5）台阶式洞门-傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时（6）削竹式洞门-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。（7）遮光棚式洞门-洞外需要设置遮光棚时采用作用:①保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定；②汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减少洞口土石方开挖量；

③作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调。

3.什么是明洞？有哪些类型？各自适用条件是什么？当隧道埋深较浅，上覆岩土体较薄，难采用暗挖法时，则应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通常称明洞。(1)拱形明洞-隧道内通风有哪些类隧道进出口两端的接长明洞或在路堑边坡不稳定地段修建的独立明洞;(2)棚式明洞-山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞

4.隧道内通风有哪些类型？各自有何特点？(1) 自然通风-长度在200m以下，甚至200～500m的对向交通隧道，在一定的交通量以下可以考虑用自然通风(2) 纵向式通风-从一个洞口直接引进新鲜空气，由另一洞口把污染空气排出.纵向通风有多种型式，如射流式通风、风道式通风和集中排气式通风①射流式通风-设备费用低,但噪声较大②有竖井的纵向式通风-对向交通的隧道，竖井宜设置在中间；单向交通时，则应稍靠近出口侧③半横向式通风-中性点附近污染浓度最高,不能有效利用活塞作用④全横向式通风-污染浓度的分布均匀，但造价较高

5.隧道照明区段如何划分的？隧道照明基本上可分为引入段、适应段、过渡段、基本段、出口段五个区段。各段长度是以在特定车速下考虑有2s时间的适应过程中汽车行走的路程确定的。

6.隧道防排水的原则是什么？防（喷射混凝土防水；塑料防水板排水模筑混凝土衬砌防水；涂料防水；防水砂浆抹面），排（设置盲沟，排水沟，泄水孔），截（上游泄水洞、井点降水、开沟疏导等），堵（喷射混凝土堵水，采用防水材料；塑料板堵水；模筑混凝土衬砌堵水；注浆堵水）

7.隧道内防排水的构筑物有哪些？防水要求：（1）防水层：防水板与无纺布（2)防水衬砌：抗渗混凝土(3)止水带：施工缝、沉降缝、伸缩缝排水要求-隧道内部:1）路面两侧设纵向排水沟，与隧道纵向坡一致2）路侧边沟可设置开口明沟或暗沟（设沉沙池）3）检修道与人行道面设横坡排水

第四讲

1、围岩的定义围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体

2、围岩压力的定义与分类围岩压力：引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。分类：⑴松散压力；⑵形变压力；（3）膨胀压力；（4）冲击压力

3、围岩分级考虑的要素一类是客观存在的地质因素-⑴岩土体结构状态⑵岩石的工程性质⑶地下水作用和影响⑷围岩的初应力状态；另一类是设计和施工因素，或称

为人为因素-⑴隧道的形状和尺寸，尤其是跨度影响较为显著⑵支护结构的类型及支护时间⑶施工方法⑷隧道的埋深

4、岩体与岩石的区别岩体= 岩块+ 结构面+ 地质环境

5、公路隧道围岩分级方法隧道围岩分级采用两步法，首先，根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ综合进行初步分级；然后，在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响。

6、浅埋隧道和深埋隧道的判定原则

以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则

7、现行规范中围岩压力计算经验公式

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第5章隧道支护结构计算

1、简述隧道衬砌结构设计模式及基本思想

目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：

以工程类比为主的经验设计法；

以现场量测和实验室试验为主的实用设计法'

荷载—结构模型方法

岩体力学模型方法，包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法

（基本思想不清楚诶。。。）

2、简述弹性抗力的概念和表达形式

弹性抗力：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

3、弹性地基梁的概念

弹性地基梁基本概念

1.搁置在弹性地基上，与地基共同作用.

2.梁各点与地基紧密相贴，无限超静定.

4、隧道结构上的荷载分类

● 1、基本荷载 （1）围岩压力 （2）结构自重力

● 作用在衬砌上的荷载，按其性质可以区分为主动荷载与被动荷载两大类。

主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形的荷载；

被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构

变形起限制作用。

● 《公路隧道设计规范》JTG D70-2004将隧道结构上荷载仿照桥规分为：永久荷

载 可变荷载 偶然荷载

5、曲壁式衬砌结构的计算假定与思路

计算假设

1. 在主动荷载作用下，顶部衬砌向隧道内变形而形成脱离区，两侧衬砌向围岩方向

变形，引起围岩对衬砌的被动弹性抗力

2. 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

3. 下零点a 在墙脚

4. 最大抗力点h 假定发生在最大跨度处附近，计算时一般取 。

5. 抗力图形的分布假定为二次抛物线 6 衬砌与围岩之间的摩擦力很小被忽略，偏安全

7墙脚支承在弹性岩体上，可发生转动和垂直位移(无水平位移)

计算思路：

结构、荷载对称，从拱顶处切开，切开处剪力为零。在主动荷载、被动荷载作用下，

拱顶相对转角及相对水平位移为零。 衬砌任一截面最终内力值可利用叠加原理求得：（主动荷载+被动抗力）

6、隧道结构与地面结构的区别 1隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同 2隧道结构是由周

边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系 3周边围岩在很大程

度上是隧道结构承载的主体

第六讲

1.主要施工方法的种类及选择依据 种类: ① 矿山法② 掘进机法③沉管法、顶进法、明挖法 选择依据:①工程的重要性②地质和水文条件③ 施工技术条件和机械装备状况④ 施工中动力和原材料供应情况；⑤ 隧道的横断面积;⑥ 隧道的埋深⑦ 工期⑧工程投资与运营后的社会效益和经济效益；⑨施工安全状况，⑩有关污染、地面沉降等环境要求和限制

2.矿山法施工开挖方法的种类及特点P137 种类及特点:(1)上下导坑施工法-适用于III ～IV 级围岩的隧道施工(2)中央下导坑先拱后墙法 -施工效率高，速度快；具有漏斗架棚法开挖出渣的优缺点。地层变化时，改换其它方法比较容易。但衬砌整体性差,适用于Ⅱ～ Ⅲ级稳定围岩的隧道施工

3.新奥法的基本概念 以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，同时它又是一系列指导隧道设计和施工的原则。其核心内容就是充分发挥围岩的自承能力。

4.新奥法施工的基本原则 基本原则: (1)“少扰动” -减少扰动次数、扰动范围、扰动时间;(2)“早支护” -开挖后及时施作初期锚喷支护,控制围岩的变形:(3)“勤量测”-以直观,可靠的测量方法和测量数据来评价围岩的自承能力,或判断其动态发展趋势;(4)“紧封闭”-一方面是指采取喷射混凝土等防护措施,另一方面是指要适时对围岩施作封闭形支护

5.新奥法施工方法 ( 1)全断面开挖方法-优点:工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理； 工作空间大，便于大型机械化施工 ；施工进度高;施工环境较好(2)台阶法-包括长台阶法、短台阶 45

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法和超短台阶法(3)分部开挖法-包括台阶分部开挖法(弧形导坑法),单侧壁导坑法和双侧壁导坑法

6.新奥法施工中锚杆的作用(1) 悬吊作用(2)减跨作用(3)组合梁作用(4) 整体加固作用

7.喷射混凝土的种类及喷射混凝土的优点

种类:（1）全长粘结型（2）端头锚固型（3）摩擦型锚杆（4）预应力锚杆和自钻锚杆

优点：⑴及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力；⑵粘贴性：喷射砼与围岩.充填裂隙、封闭围岩防风化、共同承载

8.喷射混凝土方式（1）干喷：（2）潮喷：（3）湿喷

9.新奥法与传统矿山法的主要区别

新奥法是隧道施工科学方法的总结，主要针对软岩隧道施工，重点在支护和衬砌方面。

新奥法不单纯是一种施工方法，也不是单一锚喷支护，它是隧道支护的指导原则和思路

围岩与支护共同发挥“承载圈”的作用；初始支护采用柔性支护（以允许围岩适当变形）；

建立两次支护的概念；重视量测，合理确定二次支护时间；重视涌水的处理。

10.岩爆及其特点

（2）岩爆的特点◎岩爆在未发生前并无明显的预兆

◎岩爆时，岩块自洞壁围岩母体弹射出来，一般呈中厚边薄的不规则片状

◎岩爆发生的地点，多在新开挖工作面及其附近，个别的也有距新开挖工作面较远处，岩爆发生频率随暴露后的时间延长而降低。

11.爆破眼类型

掏槽眼辅助眼周边眼

第10、11、12讲2

1隧道监测的目的与监测设计原则

目的：通过施工监控量测，进行信息反馈及预测预报，优化施组设计，校核理论计算结果，

指导现场施工，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会经济效益。

原则：

（1）根据工程项目, 针对监测对象安全稳定指标, 进行方案设计

（2）根据监测对象重要性和环境保护要求，确定监测规模和内容

（3）各监测项目应能相互校验，以利数值计算、故障分析

（4）满足监测性能和精度要求前提下，力求降低监测费用

（5）元件布设和测量，应尽量减少与工程施工的交叉影响

（6）按照国家现行的有关规定、规范编制监测方案

2山岭隧道常见监测项目

必测项目

（1）洞内地质和支护状况观察；

（2）周边位移（收敛）；

（3）拱顶下沉；

（4）锚杆拉拔力

选测项目

（1）地表下沉；

（2）围岩深部多点位移；

（3）围岩压力；

（4）钢支撑内力；

（5）衬砌内力，表面应力及裂缝测量

35.什么是有限元分析？

有限元分析是利用数学近似方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。36.隧道中最常用有限元分析软件有哪些？

1. 大型通用软件：ANSYS，MARC，ABQUS

2. 专用软件：FLAC/ FLAC 3D，PLAXIS,MADAS

3. 自编软件：

37.简述隧道衬砌常见病害及防治措施

3常用超前地质预报方法

（1）TSP法属地震反射法。

地震波在震源点（隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过T软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规。

（2）地质雷达法（短距离预报，30m以内）

基于电磁波反射原理，反映不同介质的电磁物理特征，圈定出被测目标的形态及空间位置（3）超前钻孔取芯

对规模较大的区域性断层、物探超前预报的异常段（可能突涌水段），通过超前水平钻探（取芯）进一步确定断层的位置、破碎带的宽度、富水情况等不良地质状况。

第13、14讲盾构法隧道

1.盾构法隧道的基本原理

盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，这个钢质组件被简称为盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防治地下水或流沙的入侵。

2盾构法的优点和缺点

优点：（1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；(简：盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响)

（2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度较快，施工劳动强度较低；(盾构法隧道机械化、自动化高)

（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径速度，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。盾构法隧道缺点

（1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险极大。

（2）需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、

场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调难；

（3）地面人没有经济性；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度大；

3盾构按照结构的分类类型

A类：敞口式盾构或称普通盾构

B类：普通闭胸式盾构或称普通挤压式盾构（半机械化盾构）

C类：机械式闭胸盾构

D类：TBM盾构

4盾构开口率

开口率：刀盘开口率是面板开口部分的面积（刀头投影面积忽略不计）与刀盘面积的比值，即。

5盾构灵敏度

盾构灵敏度：盾构灵敏度即盾构壳体长度与盾构外径的比值。

6盾尾间隙

盾尾间隙：盾尾间隙是指衬砌环外径与盾构壳体内径之间的间隙。

7盾构机的主要结构

盾构机主机主要由壳体、刀盘及驱动系统、拼装机、螺旋输送机、推进系统、等几大部份组成。

盾构壳体：保护掘进设备的钢结构外壳。包括切口环、支承环、盾尾三部分

刀盘：在盾构前端装有刀具，能旋转切削土体的钢结构组合体。

管片拼装机：拼装管片的机械装置。能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等

螺旋输送机：输送土仓中土体的机械装置，包括螺旋部分、驱动和闸门等装置。

盾尾密封系统：为防止衬砌环与盾构之间施工空隙涌水、漏泥而设置，由盾尾密封和油脂加注装置等组成的系统。

推进液压缸：用来推动盾构前进的液压缸，能克服盾构推进时所遭遇的阻力。

后方台车：在隧道内装载着掘进所需主要机、电、液装备并跟随在盾构后行走的台车。42.岩石掘进机的简称和特点

补充：

盾构外径：盾构的外径即指盾壳的最大外径。

盾构总长：盾构总长是指盾构最前点至后方台车最后点长度的最大值。

盾构主机长度：盾构主机长度是指盾构的最前点到螺旋输送机最末点的长度。

盾构主机重量：盾构主机重量是指盾构主机部分的总重量，不包括后方台车及配套设备的重量。

盾构总重：盾构总重指盾构总长范围内所有设备及结构件的总重量。

开口率：刀盘开口率是面板开口部分的面积（刀头投影面积忽略不计）与刀盘面积的比值，即。

盾构推进速度：盾构推进速度是指盾构工作时的掘进速度。

盾构装备推力：盾构的装备推力盾构推进机构所能提供的最大推力。

盾构灵敏度：盾构灵敏度即盾构壳体长度与盾构外径的比值。

盾尾间隙：盾尾间隙是指衬砌环外径与盾构壳体内径之间的间隙。