隧道工程习题

一、名词解释

洞门、衬砌、隧道建筑限界、干喷、岩体、蠕变、结构体、初始应力场、形变压力、围岩、新奥法

锚喷支护、松弛、

二、简答题（共3题，每题8分）

1．简述隧道在河谷线上位置选择的原则；

2．简述新奥法与传统矿山法的根本区别；

3．简述在整体式衬砌中直墙式和曲墙式各自适用的条件。

4．论述影响围岩稳定性的地质因素；

5．简述影响围岩稳定的人为因素。

6.论述围岩分级指标及其优缺点。

7.简述复合式双层衬砌由哪几部分组成，并说明各部分作用；

8.论述用“新奥法”指导隧道设计和施工的基本原则。

三、综合题（共1题，15分）

在同一坐标系上画出围岩特性曲线和支护特性曲线的示意图，并说明其所表示的意义。

三、论述题（共2题，每题20分）

1．论述影响围岩稳定性的主要因素；

2．论述隧道洞口位置选择的基本原则。

一、名词解释

衬砌：地层开挖后，除了在极为稳固的地层中而且没有地下水的地方外，大都要在坑道的周围修建支护结构，称为衬砌。

隧道建筑限界：在一般的“基本建筑限界”的基础上，再适当放大一点，留出少许空间，用以安装一些如照明、通讯、信号等设备，这便形成了隧道建筑限界。

岩体：岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生形变而形成的地质体。干喷：把喷射混凝土的拌和材料在输送到喷嘴以前，与水汇合而成喷射的浆液，称为干喷。蠕变：是流变的一种，指作用应力不变，而应变随着时间增长。

结构体：岩体被许多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割成大小不等，形状各异的各种块体，工程地质学中将这些块体称为结构体。

隧道围岩：指地层中受开挖隧道影响的那一部分岩体。

结构面：岩体被许多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割成大小不等，形状各异的各种块体，工程地质学中将这些界面称为结构面。

岩爆：整体状和块状结构岩体，在高应力区，洞周应力集中处岩石成碎片射出并发出破裂响声，这种现象称为岩爆。

初始应力场：由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖隧道前岩体中就已经存在着一定的地应力场，称为初始应力场。

弹性抗力：支护结构在主动荷载作用下一部分将会发生向围岩方向的变形，只要围岩具有一定的刚度，就必然会对支护结构产生反作用力来抵制它的变形，这种反作用力就是弹性抗力，属于被动荷载。

形变压力：指在支护结构和围岩共同变形过程中围岩对支护结构施加的压力。

收敛：开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种位移称为收敛。

锚喷支护：喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌和料与水汇合成浆状，喷射道坑道的岩壁上凝结而成的，当围岩不够稳定时，可以加锚杆和金属网，构成一种支护形式，称为锚喷支护。

松弛：流变的一种形式，指作用的应变不变，而应力随时间而衰减。

岩体：岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生形变而形成的地质体。洞门：隧道端部外露面，一般都修筑为保护洞口和排放流水的档土墙结构，称为洞门。

围岩：指地层中受开挖隧道影响的那一部分岩体。

自重应力场：指地层中在地心引力和离心惯性力共同作用下产生的应力场。

新奥法：是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。

松动压力：指深埋隧道所处的地层中形成的天然拱作用在隧道支护结构上的压力。

论述影响围岩稳定性的地质因素

答：1）岩体结构特征。从稳定性角度看，岩体结构特征可以简单地用岩体地破碎程度或完整性表示，一般情况下，岩体越破碎，坑道越容易失稳。

2）结构面性质和空间的组合。在块状或层状结构的岩体中，控制岩体破坏的主要因素是软弱结构面的性质，以及它们在空间的组合状态。单一的软弱结构面，一般不影响坑道的稳定性，只有当结构面与隧道轴线的相互关系不利时，才能构成容易坠落的分离岩体。

3）岩石的力学性质。整体结构的围岩，控制围岩稳定性的主要因素时岩石的力学性质，尤其时岩石的强度。一般说来，岩石强度越高，坑道越稳定。

4）围岩的初始应力场。围岩的初始应力场是隧道围岩变形、破坏的根本作用力，它直接影响围岩的稳定性。

5）地下水状况。地下水是造成坍方，使围岩丧失稳定性的最主要的因素之一。水可以使岩石软化，冲走充填物或使夹层软化，对某些岩石还会遇水膨胀。

2、论述围岩分类指标及其优缺点。

1）单一的岩性指标。包括岩石的抗压和抗拉强度、弹性模量等参数，以及如抗钻性、抗爆性等工程指标。单一的岩性指标只能表达岩体特征的一个方面，因此，用来作为分类的唯一指标是不合适的。

2）单一的综合岩性指标。它表明指标是单一的，单反映的因素却是综合的，例如，岩体的弹性波传播速度，岩石质量指标RQD，围岩自稳时间等等。单一综合岩性指标多与地质勘查技术的发展有关，因此，这类指标的精度就将受到一定的限制，有时会因操作上的原因或地质特征异常而得不到可靠的结论。

3）复合指标。这是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指标。例如岩体质量——Q，就是其中比较完善的一个。复合指标考虑多种因素的影响，故对判断隧道围岩的稳定性是比较合理和可靠的。

简述复合式双层衬砌由哪几部分组成，并说明各部分作用

答：1）外衬：一般采用早强的喷射混凝土和锚杆，其作用主要是承受荷载和限制围岩变形。

2）内衬：理论上围岩的形变压力已被外衬所吸收，内衬基本上可以不再承受什么力，仅仅作为美化外观和隔潮而已，但实际上外衬的变形并没有完全停止，所以内衬也要承受荷载，它主要作用是安全储备。

3）防水层：内外衬之间通常用防水材料铺设一层防水层，其作用主要是防水。

论述用“新奥法”指导隧道设计和施工的基本原则。

答：新奥法是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合地一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则，其中包括：

（1）必须充分保护围岩，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。

（2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形，一方面允许变形，使围岩中能形成承载环，令一方面又必须限制它，使岩体不至于过度松弛而丧失或大大降低承

载能力。为此，在施工中应采取能与围岩密贴、及时砌筑又能随时加强的柔性支护结构。

（3）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状要尽可能地圆顺，以避免拐角处的应力集中。

（4）在施工的各阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的位移或收敛、接触应力等，并及时反馈用来指导施工和修改设计。

（5）为了铺设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。

上述新奥法大的基本原则可概括为：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。

四、综合题

在同一坐标系上画出围岩特性曲线和支护特性曲线的示意图，并说明其所表示的意义。意义：

1、不同刚度的支护结构与围岩达成平衡时的P a和u s是不同的。刚度大的支护结构承受较

大的围岩压力，反之，柔性较好的支护结构所承受的围岩压力要小得多。

2、同样刚度的支护结构，架设的时间不同，最后达成平衡的状态也是不同的，支护架设的越早，它所承受的围岩压力就越大，但并不能说架设越晚越好，因为初始变形不加控制，会导致围岩迅速松弛而坍塌。

二、简答题

1．简述隧道在河谷线上位置选择的原则；

答：河谷地段往往是山坡陡峻，岩体风化破碎，河道蜿蜒，线路弯转。在设计线路位置时，如果偏向河流一侧，则线路位置恰恰落在山体的风化层内，极易引起塌方落石，如果偏向靠山一侧，则将受到山体的偏侧压力，对施工和结构的受力状态十分不利。经过多年实践总结出一条经验，就是：“宁里勿外”，就是在河谷线上，隧道位置以稍向内靠为好，当然，过分内靠，使土石方量增加太多，隧道增长，也是没有必要的。为了使隧道顶上有足够的覆盖岩体，隧道结构不致受到偏压，还能形成天然拱，洞顶以上外测应该有足够的厚度。

2．简述新奥法与传统矿山法的根本区别；

答：新奥法强调充分发挥围岩的自承能力，而传统矿山法则不然。具体如下：1）传统矿山法不强调使用锚喷支护，而是大量采用钢、木支撑。

2）传统矿山法不强调及早闭合支护环。

3）传统矿山法很少采用复合式衬砌，而是大量采用刚度较大的单层衬砌。

4）传统矿山法不进行施工量测。

1．简述在整体式衬砌中直墙式和曲墙式各自适用的条件。

答：直墙式衬砌适用于地质条件比较好的地层，围岩压力以竖向为主，几乎没有或仅有很小的水平侧向压力，地下水不太发育。

曲墙式衬砌适用于地质条件比较差，岩体松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的情况。

论述隧道洞口位置选择的基本原则

答：总的原则：早进晚出，即：为了施工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞。具体原则如下：

1）洞口应该尽可能地设在山体稳定、地质较好、地下水不太丰富的地方。

2）洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。

3）洞口应该尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不致受到偏侧压力。

4）当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应该在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去。

5）为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不使山体扰动太厉害。6）若洞口附近遇到有水沟或水渠横跨线路时，可以设置挖槽开沟的桥梁或涵洞，以排水。

7）若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时最好不要动原生坡面，不开挖山体。

8）洞口以外必须留有生产活动的场所。

总的来说，选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较。