隧道工程习题与答案

第1章隧道工程勘测设计

1.隧道选址与线路选线有什么关系？

2.确定洞口位置的原则是什么？请解释其工程含义。

3.在按地质条件选择隧道位置时，所需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？

第2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：各段加宽值与隧道中线偏移值。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，最大采用15cm；加宽值取为10cm的整数倍；偏移值取至小数点后2位）

2. 为什么说台阶式洞门能降低边仰坡开挖高度？

第3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？在布置避车洞时应该避开哪些地方？

2.营运隧道的通风方式有哪些？什么是风流中性点？它与通风方式的关系怎样？

3.为什么公路隧道要设置不同的照明亮度段？它们各自的作用是什么？

第4章隧道围岩分类与围岩压力

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？

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。

第5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。

2. 什么情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)

3.一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/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)。

第6章隧道施工方法

1.采用台阶法施工时，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？

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。

3.指出错误，并改正之：

某隧道位于软弱破碎地层中，采用长台阶法施工。施工过程中发现洞室周边位移加速度等于零，因而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能力，不宜立即喷射混凝土，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即修筑内层模筑混凝土衬砌。

第7章隧道钻爆施工作业

1.请解释“临时支护”、“初期支护”与“永久支护”的含义，并各举一例说明之。

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，采用斜眼掏槽，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。

第8章隧道施工的辅助坑道及辅助作业

1.隧道施工的辅助作业有哪些？

2.为什么有的隧道必须采用辅助坑道？选择辅助坑道时必须考虑哪些条件？

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？

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。请按保证洞内人员新鲜空气要求计算通风机应提供的风量。

第9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如果出现，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？

2.某单线铁路隧道，对量测数据进行回归分析后，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、位移加速度三方面判断开挖6天后的隧道稳定性。

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/日为隧道稳定的判断准则，试从位移速度和位移加速度这两方面判断隧道能否稳定？需要多长时间才能稳定？是否需要采取加强措施？

第10章隧道掘进机施工

岩石掘进机的适应条件？

岩石掘进机有哪些类型？

第11章高速铁路的隧道施工

1. 高速铁路隧道会产生怎样的空气动力学效应？

2. 如何克服空气动力学的不良效应影响？

第12章隧道施工组织与管理

1. 隧道现场施工的特点是什么？

2. 如何加快施工进度？

第13章隧道的营运管理与养护维修

1. 隧道养护工作的原则是什么？

2. 隧道病害治理的主要内容有哪些？

3. 衬砌裂缝的延展方向与隧道的稳定性有何关系？

习题参考答案

第1章隧道工程勘测设计

1.答：依隧道类型不同而不同：①对于长大隧道，线路选线应服从于隧道选址；②对于中、短隧道，选址应服从于线路。

2.答：早进晚出。保护洞口边仰坡的稳定。

3.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，以避免偏压。

第2章隧道主体建筑结构

1.解：超高E＝0.76×V2/R=16.21cm >15cm 取为15cm

d内＝4050/1200+2.7E=43.9cm

d外＝4400/1200=3.7cm

d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总与d偏断面：进口DK150+310～＋345

d总/2 与d偏/2 断面： DK150+345～出口DK150+810

2. 答：因台阶的不同高差逐渐改变了起坡点的高度，起坡点越高则刷坡点越低。

第3章隧道附属建筑

1.答：①铁路隧道中供行人躲避列车，或堆放维修器材的洞室；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衔接处、变形缝处、不同断面加宽处、不同围岩分界处。

2.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、辅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.答：①为了让司机的眼睛逐渐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，使司机的视力开始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剧烈变化；

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，让司机逐渐适应由洞内到洞外的光线变化。而双向交通隧道中，无出口段照明。

第4章隧道围岩分类与围岩压力

1.答：影响围岩稳定性的主要因素：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、岩体剥离与位移等作用。

我国铁路隧道围岩分级主要考虑因素有4种：

①岩体的结构特征与完整性状态；②岩石强度；③地下水；④初始地应力

这是Ⅳ级围岩，软岩。

2. 解：①求自然拱高度；②判断深浅埋分界；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5章隧道衬砌结构计算

1.解：运用温氏假定解之。

①

②

2. 什么情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)

解：①抗力设置方向提问，见教材P108。

②见图1：

抗力Ri′=Ki.Si′.δi′，将其沿x、y方向分解为：

Rix=-Ri′.sinφi ①

Riy=Ri′.cosφi ②

见图2，将节点产生的水平位移与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.sinφi Ki.Si′.cos2φi

0 0

0 0

0 0

0 0

3.解：求墙底中心水平位移：

墙底中心应力σ中＝287kn.m/0.5m=574KN/m2

由温氏假定：δ中＝σ中/Kd=574 KN/m2 /350000 kn/m3=0.164cm (1Mpa =1000kn/m2)

墙底中心水平位移＝0.164×cos 600=0.082cm

墙底中心垂直位移＝0.164×sin 600=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6章隧道施工方法

1.答：①地质因素，在软弱围岩中，为了及时形成封闭支护结构，应减小台阶长度；

②进度因素，在较好围岩中为了加快进度，在机械设备允许的情况下，应适当延长台阶长度。

③“环”法：利用核心土稳定工作面，且能及时施作拱部初期支护。

2.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.答：错误——长台阶法、断定围岩变形已经稳定。

4.答：错误——不宜立即喷射混凝土、锚喷支护完毕后立即修筑内层模筑混凝土衬砌。

第7章隧道钻爆施工作业

1.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—隧道开挖后及时施作，兼有临时支护与加强围岩自稳能力的作用，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. 解：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8章隧道施工的辅助坑道及辅助作业

1.答：通风、压缩空气、供水、供电。

2.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.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.解：由(8-1)式,所需风量

因是Ⅰ级围岩，故应采用全断面法，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9章新奥法

1.解：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.解：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.解：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，不需要采取加强措施。

第10章隧道掘进机施工

1. 答：适应较为坚硬的岩石地层。

2. 答：全断面式(开敞式、护盾式)和臂式两大类。

第11章高速铁路的隧道施工

1.答：瞬变压力与微压波。

2. 答：加大隧道断面积、改变隧道入口形式、设置通风竖井或平行坑道。

第12章隧道掘进机施工

1. 答：因仅进口与出口两个施工面，故施工场地狭小，进度慢。

2. 答：①力求平行作业，减少顺序作业；②利用辅助坑道增加开挖工作面。

第13章隧道掘进机施工

1. 答：以预防为主，预防与及时整治相结合。

2. 答：4大主要内容：围岩加固、衬砌加固或更换、基底处理和漏水治理。

3. 答：纵向裂缝比较危险，因为它直接影响到衬砌的承载力；横向与竖向裂缝则对结构的受力影响不大；斜向裂缝视具体情况而定，一般情况下影响不大，但呈密集发展时要加以重视，及时治理。