隧道工程课后习题答案

隧道工程

【隧道按使用功能分类时有哪些

交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道 按界面形式分为：圆形、马蹄形、矩形隧道

交通隧道包括：公路隧道、铁路隧道、水底隧道、地下隧道、航运隧道、人行隧道

交通山岭隧道的主要功能及特点 功能：既可使线路顺直，避免许多无谓的展线，缩短线路，又可以减小坡度，使运营条件得以改善，从而提高牵引定数，多拉快跑。

特点1.克服高程障碍2.裁弯取直(缩短线路) 3.避开不良地质地段4.避开其他重要建筑或工程等

第一章

【克服地形条件带来的高程障碍：绕行方案 路堑 隧道 【山岭隧道：越岭隧道 河谷傍山隧道

【地质条件选隧道位置：1.地质构造2.岩体强度3.水文地质条件4.不良地质

【隧道工程勘察的基本内容是什么？地质调查后应提供的主要资料有哪些？基本内容：（1）隧道工程调查；（2）隧道线路确定；（3）洞口位置选择 提供资料：概述；地形地质说明；应交付的图文（线路地形图、洞口附近地形图、地质平面图、地质纵断面图、洞口附近地质纵断面图及洞口附近地质横断面图若干、说明书） 【越岭隧道选择位置时要考虑的主要因素是什么？

（1）垭口位置的选定：从地形上考虑，隧道宜选在山体比较狭隘的鞍部即垭口附近的底部通过，因为垭口处的山体相对较薄，隧道的穿越长度较短，有利于降低工程投资，但地质条件对垭口位置影响也较大，应优先选择地质相对较好的垭口。（2）隧道高程的确定：综合考虑工程造价和运营效率等要素对隧道进行比选，给出最佳方案。

【选择洞口位置时应遵循的原则是什么？其工程意义是什么？ 原则：早进晚出。

工程意义：在决定洞口位置时，为了施工及运营的安全，宁可早一点进洞，晚一点出洞，虽然使隧道长了些，但却较安全可靠。应把握好合理的边、仰坡的坡率、和刷坡高度的衡量尺度，科学合理的选择洞口位置。

【能否解释隧道纵坡的形式、适用条件及限制坡度？ 纵坡的形式：单坡和人字坡。适用条件：（1）单坡。多用于线路的紧坡地段或是展线的地区及河谷隧道中，可以争取高程。（2）人字坡。多用于越岭隧道、大长隧道，尤其是越岭隧道。限制坡度：对于车辆的行驶，线路的坡度以平坡最好，既不要冲坡也不要带制动行驶，产生的废气最少，这对于封闭的隧道是最有利的，为满足排水需要，最小坡度不宜小于3‰，一般情况下，最大坡度不宜大于3﹪。 对于铁路而言，不同的线路等级有不同的限坡，隧道内线路的最大允许坡度应在明线最大限制坡度上乘以一个折减系数。

第二章

【隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间。 【隧道建筑限界：为了保证隧道内各种交通工具的正常运行与安全，规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围

【曲线隧道加宽的原因是什么？如何加宽？

列车在曲线上行驶时，由于车体内倾和平移，使得所需横断面积有所增加，为了保证列车在曲线隧道中安全通过，隧道中曲线段的净空必须加大，铁路曲线隧道的净空加宽值是由以下的需要来决定。

①车辆通过曲线时，转向架中心点沿线运行，而车辆是刚性体，其矩形形状这就使得车厢两端产生向曲线外侧的偏移。车厢中间部分则向曲线侧偏移。 ②由于曲线上存在外轨超高，导致车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界的各个控制点在水平向

上向内移动了一个距离因此，曲线隧道净空的加宽值由三部分--

d内1，d内2，d外组成。

单线铁路隧道加宽：d内1=l2／8R d内2=H?E／150 E=0.76v2／R 近似取d内2=2.7E 故隧道内侧总加宽值：d内= d内1+ d内2=4050／R+2.7E 车辆两端向曲线外侧的偏移量：d外=(L2-l2)／8R 隧道外侧加宽值：d外=4400／R 单线铁路隧道总加宽值为：d总= d内1+ d内2+ d外=4050／R+2.7E+4400／R=8450／R+2.7E 双线隧道加宽值：内侧加宽值与外侧加宽值同单线隧道，内外侧线路中线间的加宽值d中=8450／R+1.2E

曲线隧道中线与线路中线偏移距离： d偏= （d内+ d外）／2

d偏内=200+（d中+ d外-d内）／2 d偏外=200+（d中+ d内-d外）／2

【隧道衬砌有哪些类型？各自的适用条件是什么？

1）整体式混凝土衬砌：是指就地灌注混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。其工艺流程为，先立模，再灌注，然后养生、最后拆模。模筑衬砌的特点是：对地层条件的适应性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌台车等。

整体式混凝土衬砌又分为整体式混凝土直墙式和曲墙式衬砌两种形式。

整体式混凝土直墙式：适用于地质条件比较好，属于我国交通隧道围岩分级中的I、II、III级围岩。曲墙式衬砌：适用于地质比较差，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。

2）拼装式衬砌：是指由若干在工厂或现场预先制备的构件运入坑道内，然后用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。由于拼装式衬砌存在着一些缺点，目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中应用，在我国铁路和公路隧道上，未能推广使用。

3）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合料和水混合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成。在围岩不够稳定时，可加设锚杆和金属网，构成一种支护形式，简称喷锚支护。适用范围广，并能适应软弱和膨胀性地层隧道开挖及可用于整治坍方和隧道衬砌的裂损。

4）复合式衬砌：把衬砌结构分成不止一层，在不同的时间上先后施作的。可广泛应用于各种隧道工程中，多用于公路隧道中。

5）连拱衬砌：就是将两隧道之间的岩体用混凝土取代，或者说是将隧道相邻的边墙连接成一个整体，形成双洞拱墙相连的一种结构形式。一般只适用于长度不超过500米的短隧道。 【隧道洞门的作用、结构类型及其适用条件。

作用：减少洞口土石方开挖量，稳定边坡，引离地表流水，装饰洞口。

结构类型：①洞口环框：当洞口石质为坚硬而稳定的I级围岩，地形陡峻而又无法排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。

②端墙式洞门：适用于地形开阔，岩质基本稳定的I~III级围岩地区，支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。

③翼墙式洞门：当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门意外，增加单侧或双侧的翼墙，即翼墙式洞门。

④柱式洞门：当地形较陡，地质条件较差，仰坡有下滑的可能性，而又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩，以增加断墙的稳定性。 ⑤台阶式洞门：当洞门处于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外漏坡

长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式。

⑥斜交洞门：当线路方向与地形等高线斜交时，也可将洞门做成与地形等高线一致，使洞门左右可以仍保持近似对称。 ⑦削竹式洞门：当隧道洞门段有一节较长的明洞衬砌时，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大时地形相对比较对称和不太陡峻，可采用削竹式洞门。 【明洞的结构类型及其适用条件。 明洞的结构类型因地形、地质和功能的不同而有许多种形式，采用最多的是拱式明洞和棚式明洞。 拱式明洞：当洞口的地形或地质条件难于用暗挖的方法修建隧道时，唱唱需要修筑拱式明洞来防护。按照它所在的地位可以分为：①路堑式拱形明洞：又可以分为对称式和偏压式。对称式使用于路堑式边坡处于对称或接近对称，边坡岩层基本稳定，仅防边坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口破碎，覆盖层较薄而难以用暗挖法修建的隧道。偏压式明洞适用于两侧边坡高差较大的不对称路堑。②半路堑式拱形明洞：在傍山隧道的洞口或傍山线路上，一侧边坡陡立且有塌方、落石的可能，对行车安全有威胁时，或隧道必须通过不良地质地段而急需提前进洞时，都宜修建半路堑式拱形明洞。又分为偏压斜墙式和单压耳墙式。偏压斜墙式适用于地形倾斜，低侧处路堑有较宽的地面供回填土石，以增加明洞抵抗侧向压力的能力。单压耳墙式适用于外侧地形低下，不能保持回填土的天然稳定坡度，或是按天然稳定坡度则边坡将延伸很远时的情况。

棚式明洞：当山坡的塌方、落石数量较少，山体侧向压力不大，或因地质、地形限制，难以修建拱式明洞时可以采用。又分为盖板式、钢架式和悬臂式三种。盖板式：当基岩层完整，坡面较陡，地下水不大，采用重力式内墙开挖量较大时，可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。钢架式：当地形狭窄，山坡较陡，基岩埋置较深而上部地基稳定性差时，为了使基础置于基岩上且减少基础工程，可采用钢架式外墙。悬臂式：对稳定而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重的情况，可修建悬臂式棚洞。

第三章

【铁路隧道的附属建筑有哪些？

有避车洞，电力及通讯设施，运营通风设施。 【公路隧道的附属建筑有哪些？

紧急停车带，行人、行车横洞和预留洞室，运营通风建筑物，运营照明设施。 【铁路隧道大小避车洞的作用各是什么？如何布置？

作用：当列车通过隧道时，为了保证洞内行人、维修人员及维修设备的安全，需要在隧道两侧边墙上均匀交错的修建洞室，用于躲避列车，称为避车洞。 大避车洞：在碎石道床的隧道内，每侧相隔300m布置一个大避车洞、在整体道床的隧道内，因人员待避车比较方便，且维修工作量较小，故每侧相隔420m布置一个大避车洞。 当隧道长度在300~400m时，可在隧道中间布置一个大避车洞；隧道长度在300m以下时，可不布置大避车洞；如果两端洞口接桥或路堑，当桥上无避车台或路堑两边侧沟外无平台时，应与隧道一并考虑布置大避车洞。

小避车洞：布置时应结合大避车洞考虑，有大避车洞的地点就不再设置小避车洞。同时，还应注意不得将避车洞设于衬砌断面变化处、不同衬砌类型衔接处 或变形缝处。如隧道邻近有农村市镇，估计由隧道通行的人较多，或曲线半径小，视距较短时，小避车洞还可以加密。 【隧道通风方式：纵向式通风（射流式通风 风道式 集中排气式）半横向式通风 全横向式 混合式

【我国隧道工程的治水原则是？治水措施主要有哪些？

“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的治水原则。 防：采用防水混凝土使衬砌

本身达到一定的抗渗强度，采用止水带封闭衬砌变形缝，设置防水层等。排：采用弹塑软式透水管、打孔波纹管等暗管在衬砌与围岩之间组成纵横交错的排水管网，然后将水经由暗管引入隧道内，再从洞内水沟排走。截：在洞口边、仰坡开挖线5m以外，设置排水沟，并加以铺砌，将地表水拦截在边、仰坡范围之外；或对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。堵：普遍采用的方法是压浆，还可以采用压浆分段堵水，使地下水集中在一处或几处后再引入隧道内排出。

第四章

【围岩及围岩分级的定义是什么？P73, P79 围岩：是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体。

围岩分级：根据一个或几个主要指标将无限的岩体划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩归为一类，将全部围岩划分为若干类，这就是隧道围岩稳定性分类，或简称为围岩分类。

【岩体应力应变曲线：压密阶段 弹性 塑性 破裂破坏 【简述围岩压力的定义及其影响因素。P87

围岩压力：是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。影响因素：通常可以分为两类，一类是地质因素，它包括原始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面等；另一类是工程因素，它包括施工方法、支护设置时间、支护本身刚度、隧道断面形状等。

【围岩分级方法今后的发展趋势分级应主要以岩体为对象 分级宜与地质勘探手段有机地联系起来 分级要有明确的工程对象和工程目的 分组宜逐渐定量化 【围岩分级因素：岩石坚强程度 岩石完整性 地下水 初始地应力 【深浅隧道如何划分？P92

确定深、浅埋隧道的界限，一般情况下应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。深浅埋隧道的分界深度至少应大于坍方的平均高度，且具有一定的余量。根据经验，这个深度通常为2~2.5倍的坍方平均高度。即 ，当隧道覆盖层厚度 时为深埋， 时为浅埋。

【简述深、浅隧道围岩松动压力的确定方法。P88,P93

深埋隧道围岩松动压力的确定方法：1，我国隧道审计规范所推荐的方法。根据隧道结构按破损阶段法或概率极限状态法设计的不同而采用不同的公式。2，普氏理论。按普氏理论算得的围岩松动压力，对软质围岩来说比实际情况偏小，对坚硬围岩则偏大，一般在松散、破碎围岩中较为适用。3，泰沙基理论。 浅埋隧道围岩松动压力的确定方法：计算浅埋隧道围岩松动压力分两种情况，一种是隧道埋深h等于或小于等效荷载高度 ，因上覆岩体很薄，滑动面上的阻力很小，为安全起见，计算时可省略滑面上的摩擦阻力，则围岩垂直匀布压力为： ,围岩水平匀布压力按郎金公计算。另一种是隧道埋置深度h大于等效荷载高度 ，在计算围岩压力时，必须考虑滑面上阻力的影响。

第五章

【岩体力学模式求解方法：解析法 数值法 特征曲线法和剪切滑移破坏法 【隧道工程受力特点：1.荷载的模糊性2.围岩物理学参数难以准确获得3.围岩压力承载体系4.设计参数受施工方法和施作时机的影响很大5.隧道与地面结构受力的不同点--围岩抗力的存在

【隧道结构体系的计算模型有哪些？特点？1.结构力学模型 特点：以支护结构作为承载主体 围岩对支护结构的作用间接地体现为1.围岩压力2.围岩弹性抗力 采用结构力学方法计算 适用于：模筑砼衬砌 2.岩体理学模型 特点：支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，

且围岩作为承载主体 支护结构约束围岩变形 采用岩体力学计算方法 围岩体现为形变压力 适用于：锚喷支护

【简述直刚法基本原理和计算步骤 矩阵位移法又叫直接刚度法，它是以结构节点位移为基本未知量，连接在同一节点各单元的节点位移应该相等，并等于该点结构节点位移，同时作用于某一结构节点的荷载必须与该节点上作用的各单元节点力相平衡

【简述隧道洞门检算时检算部位的选取及具体检算内容计算选取不利位置进行1.柱式、端墙式洞门2.有挡、翼墙的洞门（翼墙式洞门 偏压式洞门）内容:墙身偏心及强度、绕墙趾的抗倾覆性、沿基地滑动的稳定性以及基地压应力

第六章 隧道施工方法

【导坑定义和作用：定义：先行开挖，为后续开挖提供施工便利的坑道。作用：1.为后续工作面创造临空面，提高爆破效果2.查明前方地质情况3.排除地下水4.铺设三管两线：水管 压缩风管 通风管 电线 运输线5.改善施工通风条件 【隧道工程施工特点：1.施工全过程受制于地质条件2.大型隐避工程3.施工环境差4.多处偏远山区5.工作面很少6.施工不受气候影响

【隧道施工方法：1.矿山法（传统 新奥）2.明挖法3.掘进机法4.盾构法5.沉管法6.顶进法 【影响施工方法因素：1.工程重要性2.工程地质与水文地质条件3.施工技术水平4.施工动力和原材料供应情况5.工程投资和运营后社会效益和经济效益6.对环境保护要求7.施工单位习惯做法

【新奥法施工原则：少扰动 早喷锚 勤量测 紧封闭 【新奥法的施工方法有？它们各自的特点及适用条件？

1）全断面法其优点是：工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于开展大型机械化施工；开挖一次成型，对围岩的扰动次数少，有利于围岩的稳定；施工进度快，这是矿山法中进度最快的方法。

全断面法原则上适用于Ⅳ~Ⅰ级围岩中的铁路单线隧道、Ⅲ~Ⅰ级围岩中的铁路双线和公路双车道隧道；必须具备大型施工机械；隧道长度或施工区段长度不宜太短，否则采用机械化施工的经济性差，根据经验，这个长度不宜小于1km。

2）台阶法，分为：①长台阶法，②短台阶法，③超短台阶法。其共同特点是初期支护能尽快闭合。长台阶法适用范围较全断面法广泛，当全断面缺乏大型机械，或者短隧道施工调用大型机械不划算时，都可以考虑改用长台阶法，长台阶法一般用于Ⅲ~Ⅰ级围岩中的双线铁路隧道，或Ⅳ级围岩中的单线铁路隧道，以及公路隧道中开挖宽度相当的隧道。短台阶法缺点是长度有限，出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业，可以用于稳定性较差的围岩，主要用于Ⅴ、Ⅳ级围岩。超短台阶法适用于在软弱地层中开挖的施工方法，一般在爆破施工难度较大的地层（如膨胀性围岩、土质地层等）中采用。

3）分部开挖法，分为：①环形开挖留核心土法，②单侧壁导坑法，③双侧壁导坑法。环形开挖留核心土法（台阶分部开挖法、留核心土法）主要优点：①开挖工作面稳定性较好。②施工安全性好。③施工速度可加快。适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩。单侧壁导坑法主要优点是明显地提高了围岩的稳定性，缺点是提高工程的造价。适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩。双侧壁导坑法特点是施工安全，但进度慢，成本高。适用于在软弱围岩中，当隧道跨度更大，或因环境要求，对地表沉陷需严格控制时。

4）其它施工方法。中隔墙法（简称“CD”法）和交叉中隔墙法（简称“CRD”法），适用于软弱地层的施工方法，特别是对于控制地表沉陷有很好的效果，一般主要用于城市地铁隧道施工中。

【与传统矿山法比，新奥法有什么优势?新奥法与传统矿山法相比，除了能节省大量木材外，还能及时施作，因而能有效的控制围岩变形，并充分发挥围岩的承载能力。强调闭合支护使

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