隧道工程 试卷及答案 共3套

PAGE第4页共4页试卷一参考答案一、名词解释5×2分=10分1.隧道工程：广义指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支。2.建筑限界：指为了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范围。3.纵向通风：在通风机的作用下使风流沿着隧道全长方向流动的通风方式。4.蠕变：指在应力恒定的情况下岩石变形随时间发展的现象。5.光面爆破：通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整性和稳定性的爆破技术。二、填空题10×1分=10分1.隧道按地层分为土质隧道和岩质隧道。2.隧道纵坡形式有单坡、人字坡两种。3.锚杆的支护效应主要体现在悬吊效应、组合梁、加固等方面。4.复合式衬砌通常由初期支护、防水层、二次衬砌等组成。5.长隧道的照明可分为接近段、洞口段、过渡段、中间段、出口段五个区段。三、问答题6×10分=60分1.隧道洞门型式有哪些？并从工程地质条件、地形条件和周边环境情况对隧道洞门进行分类，分析它们的特点和作用。答：洞门结构类型有：环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、削竹式洞门、新型洞门-遮光洞门/高速铁路隧道洞门等。1)环框式洞门当洞口岩层坚硬而稳定(Ⅰ级)围岩，地形陡峻而又无排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。它能起到加固洞口和减少雨后洞口滴水的作用。(2)端墙式洞门适用于地形开阔、岩层稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将仰坡水流汇集排出。(3)翼墙式洞门当洞口地质较差，山体水平推力较大时，可在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙，称为翼墙式洞门。(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，以增加端墙的稳定性。(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露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形特点，减少仰坡土石方开挖量，同时也有一定的美化作用。(6)削竹式洞门当隧道洞口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，可采用削竹式洞门。(7)遮光棚式洞门当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。2.什么是围岩压力？围岩压力的影响因素有哪些？答：分广义和狭义两种，狭义为作用在支护结构上的力；广义为围岩和支护结构共同承载过程中受到的力。围岩压力的影响因素有㈠地质因素：岩体初始应力状态、岩石力学性质、岩体结构面、.地下水等㈡工程因素：施工方法、支护设置时间、支护本身刚度、隧道断面形状等。3.新奥法施工产生的科学技术背景及其主要内容？新奥法采用钻爆法施工的作业循环性很强，简述钻爆法施工的作业循环主要有哪些工序？答：新奥法施工产生的科学技术背景：锚杆支护在２０世纪初出现；喷射混凝土机在20世纪40年代末研制成功；岩石力学的发展为新奥法提供了科学依据。主要内容：新奥法是以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法，以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道工程理念，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。钻爆法施工的作业循环主要有工序：钻眼→装药→联接导火线→引爆开挖；排除危石(俗称“找顶”)；喷射混凝土，必要时安设锚杆；装碴运输；开始下一轮循环；施作二次衬砌。4.水对隧道的危害主要有哪些？隧道工程对于地下水处理的原则是什么？各有哪些措施？答：水对地下水的危害是多方面的：施工阶段，影响施工，如劣化围岩，涌水等；运营阶段，危害衬砌的耐久性，恶化运营条件；严寒地区，衬砌会冻胀开裂,形成冰楞清入限界。城市，影响周边地表沉陷等。隧道防排水原则为：防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理；防有防水层、二次衬砌-多道防线，排有环/纵盲管、排水管、排水沟，截有截（排）水沟，堵有注浆等。5.台阶法在新奥法隧道中应用非常广泛，根据实际情况，台阶长度可以有哪些不同的变化？台阶长度一般根据哪几个条件进行确定？答：按长度分为：长台阶法、短台阶法、以及超短台阶法。台阶长度选择应考虑以下几个因素：①初期支护闭合环的时间要求围岩越差,闭合时间要求越短,台阶必须缩短.②施工机械的效率效率高,则可以缩短支护闭合时间,台阶可适当加长.原则：希望初期支护尽快闭合.围岩不好时，应以条件①为主.围岩较好时，应以条件②为主.6.什么是辅助施工措施？辅助施工措施有哪些?以及如何选用辅助施工措施？答：在开挖面不能自稳或地表沉陷过大的情况下，为了确保隧道工程顺利施工，必须采取一定措施进行预支护或预加固，称为辅助施工措施。有超前锚杆、超前小导管、超前管棚、注浆加固、地表锚杆加固、预留核心土、临时仰拱、喷射混凝土封闭掌子面等。辅助措施的选用，应视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等因素综合而定，可以单独使用一种措施，也可以几种联合使用。一般在设计阶段应对辅助施工措施有初步考虑，并在设计图中表示出来。在施工阶段往往还要根据开挖的具体情况予以修改，或是加强，或是减弱甚至取消。四、分析题1×10分=10分为了进一步理解围岩与支护的共同作用，将围岩位移曲线与支护特性曲线放在同一坐标系统上来考察，由此得到的曲线图称为支护特性曲线与围岩特性曲线关系如图所示。请你分析一下在A、D点的围岩受力和变形特性，并分析在什么条件下施作初期支护比较合理。答“”如下图所示，=1\*GB3①隧道开挖后，如支护特别快，且支护刚度又很大，没有或很少变形，则在图中A点取得平衡，支护需提供很大支护力Pamax，围岩仅负担产生弹性变形u0的压力Pa-Pamax,故刚度大的支护是不合理的(不经济)。=2\*GB3②如隧道开挖后不加支护，或支护很不及时，也就是容许围岩自由变形。在图中是曲线DB，这时洞室周边位移达到最大值umax，支护压力Pa很小或接近于零。这在实际中也是不容许的，因为实际上周边位移达到某一位移值时，围岩就会出现松弛、散落、坍塌的情况。这时，围岩对支护的压力就不是形变压力，而是围岩坍塌下来的岩石重量，即松动压力，此时，已不适于作喷锚支护，只能按传统施工方法施作模筑混凝土衬砌。=3\*GB3③较佳的支护工作点应当在D点以左，邻近D点处，如图中的E点。在该点附近即能让围岩产生较大的变形(u0+uE)，较多的分担岩体压力(P0-PE)，支护分担的形变压力较小(PE)，又保证围岩不产生松弛、失稳，局部岩石脱落、坍塌的现象。合理的支护与施工，就应该掌握在该点附近。图1围岩位移曲线与支护特性曲线五、计算题1×10分=10分某隧道围岩级别为Ⅴ级围岩，计算摩擦角为30°，开挖尺寸为：净宽15m，净高7m，围岩的天然重度为25kN/m3，埋深是250m，确定垂直(竖向)围岩压力是多少？开挖尺寸不变，如果隧道埋深为4m，则隧道的竖向压力是多少？解：坍落拱高度：=14.4m埋深250>2.5hq为深埋隧道。所以，竖向围岩压力为q=25×14.4=360kPa.埋深为4m时，4<hq，浅埋隧道，按土柱理论，竖向围岩压力q=25×4=100kPa.试卷二参考答案一、名词解释5×2分=10分1.共同管沟：把电线、给排水管线、通讯线、煤气管道等放在一个管沟里，这个管沟称为共同沟。2.围岩：隧道开挖后对其周边有影响的那部分土体或岩体称为围岩。3.衬砌：在地下洞室开挖后，修筑的支护结构，称为衬砌。4.洞门:在隧道洞口用圬工砌筑并加以一定建筑装饰的支挡结构物称为洞门。5.加固拱效应：按一定间距在隧道周边呈放射状布置的成组锚杆（或称系统锚杆），可使一定厚度范围内有节理、裂隙的破裂岩体或软弱岩体紧压在一起形成连续压缩带，给压缩外的围岩提供了径向支护抗力，使围岩接近于三向受力状态，增加了围岩的稳定性。二、填空题10×1分=10分1.隧道按埋深分为浅埋和深埋。2.长隧道的照明可分为接近段、洞口段、过渡段、中间段、出口段五个区段。3.半路堑拱形明洞一般外侧衬砌加厚，棚式明洞一般内侧衬砌加厚，明洞顶部一般用黏土做防水隔水层。三、问答题6×10分=60分1.对于长隧道，常修建一些辅助通道，一般辅助通道有哪些类型？其作用有哪些？答：辅助施工通道：有竖井、斜井、横洞、平导、横通道等。作用：施工阶段可以超前探明地质，并且能够增加工作面，加快施工进度；对于平导还可以以用于施工通风；竖井、斜井等宜可用于施工与运营阶段的通风等。2.洞门结构有哪些类型及其适用条件？洞门验算包括哪些方面内容的验算？答：洞门结构类型有：环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、削竹式洞门、新型洞门-遮光洞门/高速铁路隧道洞门等。(1)环框式洞门当洞口岩层坚硬而稳定(Ⅰ级)围岩，地形陡峻而又无排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。它能起到加固洞口和减少雨后洞口滴水的作用。(2)端墙式洞门适用于地形开阔、岩层稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将仰坡水流汇集排出。(3)翼墙式洞门当洞口地质较差，山体水平推力较大时，可在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙，称为翼墙式洞门。(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，以增加端墙的稳定性。(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露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形特点，减少仰坡土石方开挖量，同时也有一定的美化作用。(6)削竹式洞门当隧道洞口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，可采用削竹式洞门。(7)遮光棚式洞门当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。(8)高速铁路隧道洞门：缓冲式的，主要是减少空气动力学效应。洞门验算包括抗滑移、抗倾覆、基底应力、墙身材料强度、偏心距等的验算内容。3.衬砌的类型有哪些？以及各自的适用条件？答：衬砌类型有复合式衬砌、整体式衬砌、装配式衬砌和喷锚衬砌等。复合式衬砌适用于暗挖/钻爆法，整体式衬砌适用于明洞/明挖法，装配式衬砌/管片适用于盾构法隧道，喷锚衬砌适用于复合式的初期支护，现在有将其作为单层衬砌的研究。4.新奥法NATM有哪些开挖方法？并详细阐述新奥法施工的基本原则？答：新奥法NATM开挖方案有全断面开挖、台阶法、环形开挖留核心土、双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、CD法、CRD法等。新奥法施工的基本原则“少扰动，早支护，勤量测，紧封闭”。少扰动，是指在进行隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间；早支护，是指开挖后及时施作初期喷锚支护，使围岩的变形进入受控制状态；勤量测，是指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式和开挖方法，确保施工得以安全和顺利地进行；紧封闭，是指要尽快形成对围岩的封闭形支护，这样做可以有效控制围岩变形，使得支护和围岩共同进入良好的工作状态。5.地下水的危害有哪些？隧道防排水的原则是什么？各有哪些措施？实际应用中，对于地下水的处理，又有哪些类型？答：水对地下水的危害是多方面的：施工阶段，影响施工，如劣化围岩，涌水等；运营阶段，危害衬砌的耐久性，恶化运营条件；严寒地区，衬砌会冻胀开裂,形成冰楞清入限界。城市，影响周边地表沉陷等。隧道防排水原则为：防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理；防有防水层、二次衬砌-多道防线，排有环/纵盲管、排水管、排水沟，截有截（排）水沟，堵有注浆等。实际应用中，对于地下水的处理，有防水型、排水型、限量排放型。6.绘制围岩特性曲线和支护特性曲线图，并结合图解释衬砌支护的合理施作时机？答：围岩特性曲线和支护特性曲线图如下图所示，=1\*GB3①隧道开挖后，如支护特别快，且支护刚度又很大，没有或很少变形，则在图中A点取得平衡，支护需提供很大支护力Pamax，围岩仅负担产生弹性变形u0的压力Pa-Pamax,故刚度大的支护是不合理的(不经济)。=2\*GB3②如隧道开挖后不加支护，或支护很不及时，也就是容许围岩自由变形。在图中是曲线DB，这时洞室周边位移达到最大值umax，支护压力Pa很小或接近于零。这在实际中也是不容许的，因为实际上周边位移达到某一位移值时，围岩就会出现松弛、散落、坍塌的情况。这时，围岩对支护的压力就不是形变压力，而是围岩坍塌下来的岩石重量，即松动压力，此时，已不适于作喷锚支护，只能按传统施工方法施作模筑混凝土衬砌。=3\*GB3③较佳的支护工作点应当在D点以左，邻近D点处，如图中的E点。在该点附近即能让围岩产生较大的变形(u0+uE)，较多的分担岩体压力(P0-PE)，支护分担的形变压力较小(PE)，又保证围岩不产生松弛、失稳，局部岩石脱落、坍塌的现象。合理的支护与施工，就应该掌握在该点附近。四、计算题1×10分=10分某隧道围岩级别为Ⅴ级围岩，计算摩擦角为30°，开挖尺寸为：净宽14m，净高7m，围岩的天然重度为24kN/m3，埋深是200m，确定垂直(竖向)围岩压力是多少？开挖尺寸不变，如果隧道埋深为4m，则隧道的竖向压力是多少？以及隧道顶以及隧道底的水平侧压力各是多少？答：计算坍落拱高度：=13.68m判断深浅埋埋，埋深200m>2.5hq=34.2m，为深埋隧道所以，竖向围岩压力为q=24×13.68=328.32kPa.埋深为4m时，4<hq为浅埋隧道所以竖向围岩压力q=24×4=96kPa.Ka=tan(隧道顶部水平压力：96×Ka=32kPa.隧道底部水平压力：(96+24×7)×Ka=88kPa五、案例分析1×10分=10分沪昆高铁某隧道位于湖南省芷江县境内，为双线隧道。隧道拟采用新奥法施工。①该隧道洞口段为V级围岩，岩体以强风化为主，岩体风化、破碎，节理裂隙发育。请结合材料，论述洞口段工程主要包括哪些工程，提出相应的进洞方法，并绘制进洞开挖方法的横断面、纵断面工序图？答：洞口段工程边仰坡土石方、边仰坡防护、路堑挡护、洞门圬工、洞口排水系统、洞口检查设备安装和洞口段洞身衬砌等。进洞方法：根据地质条件，建议采用管棚支护下进洞，开挖方案建议采用环形开挖留核心土土法，其横、纵断面工序如下图所示。②该隧道洞内一Ⅳ级围岩段内岩体较为破碎，结构松散，围岩自稳能力较差，施工中因爆破参数不合理以及支护不及时等原因，发生了拱顶局部小塌方。请结合材料，提出小坍方治理的措施？答：针对小塌方，可以采取如下措施：塌穴不高，且纵向延伸不长，首先加固塌体两端洞身，并抓紧喷射混凝土或采用锚喷联合支护封闭塌穴顶部和侧部，再进行清渣。在确保安全的前提下，也可在塌渣上架设临时支架，稳定顶部，然后清渣。临时支架的拆除须待浇筑衬砌混凝土达到要求强度后方可进行。最后要用浆砌片石或干砌片石将塌穴填满。试卷三参考答案一、名词解释（每题3分，共15分）1隧道：是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线通行的工程建筑物。2围岩压力：分广义和狭义两种，狭义为作用在支护结构上的力，为围岩压力；广义为围岩和支护结构共同承载过程中受到的力。3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。4弹性抗力：支护结构发生相向围岩方向的变形引起的围岩对支护结构的约束反力。其作用是限制衬砌变形改善衬砌受力状态提高衬砌结构承载力。5二次应力：隧道开挖后的应力状态称为二次应力。二、选择题（每题2分，共20分）1.二次衬砌的施作时间为（

D

）

A、初期支护完成1个月后；B、初期支护完成1.5个月后；C、初期支护完成后；D、围岩和初期支护变形基本稳定后。2.浅埋设洞口加强段不能采用的开挖方法为（

D

）

A、单侧壁坑法

；B、双侧壁导坑法；C、多台阶法；D、全断面法。3.公路隧道按其长度分类可分为短隧道、中隧道、长隧道、特长隧道，中隧道长度为（B

）A、L≤250

；B、1000>L>250；C、3000≥L≥1000；D、L>30004.采用先拱后墙法施工时，边墙马口开挖应（C）

A、左右边墙马口应同时开挖

B、同一侧的马口宜跳段开挖；C、左、右边墙马口应交错开挖，不得对开；D、先开马口，应开在边墙围岩较破碎的区段，且长度不能太长，一般不超过8m，并且及时施工作边墙衬砌5.隧道通过松散地层施工，为了减少对围岩的扰动，施工时常用的手段（

B）

A、先挖后护；B、先护后挖，密闭支撑，边挖边封闭；C、强爆破，弱支护；D、全断面开挖6.汽车专用公路隧道对防排水工程的质量要求为（

C

）

A、拱部边墙不滴水；B、路面不冒水、不积水；C、设备箱洞处不渗水；

D、隧道拱部、墙部、路面、设备洞、车行横通道、人行横通道等均不渗水。7.作为隧道永久性支护的锚喷支护，一般应分两次完成，其主要原因是（B）

A.施工工作面条件的限制；B.为了发挥围岩的自承能力；C.加快隧道施工进度；D.锚喷支护的强度大大增加。

8.围岩内部松弛范围可用（D）进行量测。

A.收敛计；

B.钢卷尺；C.压力盒；D.多点位移计。9.在洞口的选择上，一般应遵循（B）原则。

A.早进洞早出洞；B.早进洞晚出洞；C.晚出洞早进洞；D.晚进洞晚出洞。10.隧道排水系统地下水的流程，以下哪一个流程是对的（D）

A.围岩→纵向排水管→环向排水管→横向盲管→中央排水管；B.围岩→纵向排水管→横向排水管→患向盲管→中央排水管；C.围岩→横向排水管→环向排水管→纵向盲管→中央排水管；D.围岩→环向排水管→纵向排水管→横向盲管→中央排水管。三、简答题（要求原理正确、条理清晰）（每题8分，共40分）1、不良地质地段隧道选址时，主要应考虑哪些问题？答：地质条件在隧道位置选择诸因素中通常起着决定性作用，应尽量使洞身位于地质结构单一完整的地层中，实际上工程地质、水文地质条件是千变万化的，线路不得不要通过各种不良地质地段，此时选择隧道位置应当考虑如下因素：1)崩塌2)滑坡、错落3)泥石流4)流砂5)溶洞、土洞6)瓦斯7)危岩、落石2、水对隧道的危害主要有哪些？隧道照明设计考虑哪5个区段？答：水对隧道的危害是多方面的，施工阶段：造成涌水、或者枯水，地下水会软化围岩，降低抗剪强度，起润滑作用，隧道更容易坍方等。运营阶段：漏水的长期作用，可能造成隧道侵蚀破坏，危害隧道结构的耐久性；严寒地区，隧道衬砌渗水反复的冻融循环，在衬砌内部造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；隧道漏水还将使隧道拱部和侧墙产生冰凌侵入净空；隧道滴水将使路面结冰，降低轮胎与路面的附着力，恶化隧道的营运条件，危及行车安全；隧道渗漏水还将极大地降低隧道内各种设施的使用功能和寿命。长隧道的照明可以分为洞口接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段以及五个区段。3、简述洞门的主要作用，主要有哪些洞门形式（选4种），各适用于什么地质条件？答：洞门作用：洞门可以拦截、汇集地表水并沿排水渠道排离洞门进入道路两侧的排水沟，防止地表水沿洞门漫流。洞门上方女儿墙应有一定高度。(1)环框式洞门当洞口岩层坚硬而稳定(Ⅰ级)围岩，地形陡峻而又无排水要求时，可以设置一种不承载的简单洞口环框。它能起到加固洞口和减少雨后洞口滴水的作用。(2)端墙式洞门适用于地形开阔、岩层稳定的Ⅰ～Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将仰坡水流汇集排出。(3)翼墙式洞门当洞口地质较差，山体水平推力较大时，可在端墙式洞门以外，增加单侧或双侧的翼墙，称为翼墙式洞门。(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，以增加端墙的稳定性。(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露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形特点，减少仰坡土石方开挖量，同时也有一定的美化作用。(6)削竹式洞门当隧道洞口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，可采用削竹式洞门。(7)遮光棚式洞门当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。4、什么是共同变形理论和局部变形理论？二者有何区别？答：局部变形理论认为弹性地基（围岩）某点上施加的外力只引起该点的沉陷，这一理论相当于把地基（围岩）视为一组独立弹簧，在荷载作用下