隧道工程作业

1、绪论思考题1. 什么是隧道?2. 隧道的种类有哪些？3. 隧道设计包括的内容有哪些 ？4. 和地面结构相比，隧道工程有哪些特点？5. 试从隧道的广泛用途上论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。6. 你认为隧道工程需要解决的难题有哪些？第二章思考题1、隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？2、施工地质超前预报的内容有哪些？3、简述岩石与岩体的区别。4、岩体的工程性质有哪些？5、围岩的定义，围岩分级的目的？6、围岩分级的基本因素有哪些？7、影响围岩稳定性的主要因素有哪些？8、简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。第三章思考题：1、影响隧道位置选择的因素有哪些？2、越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们

2、在位置的选择上采取什么原则？3、地质条件对隧道位置选择有哪些影响？4、隧道洞口位置的选择遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？5、什么是隧道净空？6、铁路隧道的横断面是根据什么设计的？7、简述曲线铁路隧道加宽的原因和方法。8、 曲线铁路隧道和直线隧道衔接的方法是什么？向直线方向延长13m和 22m的理由是 什么？9、公路隧道建筑限界包含哪些内容？10、隧道衬砌断面设计的原则是什么？计算题1、某隧道位于半径 R=800m的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线加宽40cm,中线偏移值d=12.5cm，外轨超高值 E=9.5cm，隧道竣工后，测得 DK23+15 DK23+20 DK

3、23+25各起拱线处内外侧宽值如表1所示，试按隧限一2A计算各点侵限情况。表1桩号外侧宽/m内侧宽/mDK23+152.532.77DK23+202.542.76DK23+252.5452.752、某单线铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m缓和曲线长 Lc=100m的曲线上，曲线全长 L=309.44m，隧道进口桩号 DK27+844,出口 DK28+344, ZH点桩号 DK27+958,设计最高行车 速度为120km/h。试计算隧道加宽值 W中线偏移值d,并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线和隧道中 线的关系。1. 解：E = 9.5cm : 15cm，d_W2)/2 =12.5cm，曲

4、线加宽 W3W2 =40cm则：内侧加宽 W)=32.5cm，外侧加宽 W2=7.5cm。由“隧限一2A”的图3-4-2 (教材)所示：隧道起拱线处曲线半径为2.44m。则对该隧道，不侵限的条件为：外侧：2.44+7.5/100=2.515m ;内侧：2.44+32.5/100=2.765m因此：DK23+15 DK23+20 DK23+25外侧都不侵限；DK23+15内侧不侵限，DK23+20 DK23+25内侧侵限。2. 解:外轨超高值为：22V21202E =0.760.7610.94cm :：: 15cmR1000内侧加宽值为：40504050W2.7E2.7 10.94 -33.6c

5、mR1000外侧加宽值为：44004400,W24.4cmR1000总加宽值为： W3 =Wr "W? =33.6 :，4.4 = 38.0cm中线偏移值为：d 二 _W2)/2 =(33.6 _4.4)2 =14.6cm则分段里程：d总与d偏断面：ZH点DK27+944+ 993d总 /2 与 d偏 /2 断面：DK27+993出口 DK28+344示意图如下:隧道断面变化平面示竟凰第四章习题:1、隧道衬砌的类型及适用条件？2、洞门有何作用，有哪些洞门形式，适用于什么地质条件？3、什么是明洞？试述明洞的结构类型、受力特点和适用条件？4、如何做好隧道的防水与排水？5、避车洞布置的原则

6、是什么？其底面标高是如何确定的？6、高速铁路隧道出口设置缓冲结构的原因是什么？有哪些相应的工程措施？7、 某单线曲线隧道，设计行车速度 160km/h，位于II级围岩内，采用直墙式衬砌， 衬砌厚度为40cm,加宽值 W=30cm中线偏距d=10cm线路上部建筑为次重型，试查表确定 其主要尺寸，并绘制衬砌施工断面图。7. 见教材图4-1-4，设计参数见表4-1-1第五章作业1.31. 某公路隧道进口 30米处围岩是IV级，容重25kN/m，开挖断面宽度12米，净高为8m 隧道上覆岩体厚度 8米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？2. 川级围岩中的一直墙型隧道，埋深26m,围岩容重丫= 22KN

7、/m3，计算内摩擦角32°,隧道宽6m高8m。试按浅埋隧道确定围岩压力。3. 某隧道埋深为30m,围岩为V级，净宽为12m,净高为10m,围岩天然容重 20KN/ni,试计算该隧道围岩压力。4. 沙性土质隧道，埋深 h=40m,围岩容重丫 = 20KN/m ,内摩擦角$ = 28：隧道宽6m,高 8m试确定围岩压力。5. 某隧道内空净宽 6.4m，净高8m, W级围岩。已知：围岩容重丫= 20KN/R1 ,围岩似摩擦角$ = 53°,摩擦角0 = 30°,试求埋深为3m 7m 15m处的围岩压力。.36. 一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深40m,围岩岩石容重

8、丫 = 23KN/m ,内摩檫角 $=360 ,岩石抗压强度 Rb =8Mpa隧道宽6m高8m,使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压 力。7. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深50m围岩容重丫 = 24KN/m , $ = 36° ,岩体抗压强度Q=12Mpa隧道宽6m,高8m,试确定围岩压力。答案：1.某公路隧道进口 30米处围岩是IV级，容重25kN/m3 ,开挖断面宽度12米，净高为8m 隧道上覆岩体厚度 8米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？解：用=10.1(12 - 5) =1.7q =0.45 24七宀4用=0.45 8 25 1.7 =153Kpahq空 

9、4;2m25= (22.5)hq=(2 2.56.12 (12.24 15.3) m>8m属于浅埋隧道。.302. 川级围岩中的一直墙型隧道，埋深26m,围岩容重y= 22KN/m，计算内摩擦角 $= 32 ,隧道宽6m高8m试确定隧道围岩压力。解： =10.1(6 一5) =1.1q = 0.45 23川=0.45 4 22 1.1 =43.56Kpahq) A3/22=2.0mH q = (2 2.5)hq = (2 2.5) 2(4 5) m <26m属于深埋隧道。q = 0.45 2- 0.45 4 22 1.1 = 43.56 Kpae = 0.15q =6.5 Kpa3

10、. 某隧道埋深为30m,围岩为V级，净宽为 12m,净高为10m,围岩天然容重 20KN/ni，试 计算该隧道围岩压力。解： =10.1(12 -5) = 1.751斗= 0.45 2 f 爼：=0.45 16 20 1.7 =244.8Kpahq土 =12.24m20Hq =(2 2.5)hq =(2 2.5) 12.24 (24.5 30.6) m属于深埋隧道。q=0.45 25°'用=0.45 16 20 1.7 =244.8 Kpae (0.3 0.5) q (0.3 0.5) 244.8=73.44122.4 Kpa4. 沙性土质隧道，埋深h=40m,围岩容重丫 =

11、 20KN/R1 ,内摩擦角$ = 28°,隧道宽6m,高8m,试确定围岩压力。解：此时令侧压力系数 =1,上覆土体产生围岩压力，则隧道顶部垂直压力：40 p+8tan(45。一笋Ptan280_=812KPa水平压力:28 = 812 tan (45驾=294KPa2e2(812 -20 8廿屛(45-竺)=351 KPa25. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m,W级围岩。已知：围岩容重丫= 20KN/ni，围岩似摩擦角$ = 530，摩擦角0 = 300，试求埋深为3m 7m 15m处的围岩压力。解：求自然拱高度；判断深浅埋分界；分别按浅或深埋隧道求围岩压力。结果（小数点后四舍五

12、入）：=10.1(6.4 -5) =1.144 1A.q =0.45 2 ：，»用=0.45 8 20 1.14 =82.08 KPahqq 82.08厂20=4.104mHq =(22.5)hq =(22.5) 4.104 (8.208 10.26) m 1 . 2 0 $埋深 3m时，属于浅埋。q= h=60KPa, e= (qH t )tan (450) =15.67KPa;2 2埋深7剧，属于浅埋。怡喻°, （； ：暮：°咛378tan P -tan$0。口佔tan ： 1 tan : (tan 0 - tan tan 0 tan - 1-h tan )

13、=143.67 KPaBe2 = H =42.42 KPa埋深 15m时，属于深埋。q mhq=82.1KPa , e=(12.3 24.6)KPa6. 一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深40m,围岩岩石容重 丫 = 23KN/m，内摩擦角 $=360,岩石抗压强度 Rb =8Mpa隧道宽6m高8m,使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压 力。解：(1)泰沙基理论计算：确定自然平衡拱的半跨：B 00'0a!Ht tan(45)=3 8tan(45-) = 7.08m2 2 2确定自然平衡拱的宽度：bi二一也 =9.74mta n®隧道的垂直压力为： p =2方 =2x23x3x

14、9.74 =1344.12 KPa1 20 甲水平侧压力为： e(2b1 h)ta n2(45°) =82.2 KPa2 2(2 )普氏理论计算：确定自然平衡拱的跨度：0申B1 = Bt 2Ht tan(45° - -)36。=6 2仙海盲八体伽平衡拱高度为：b14.16/2h8.85mfkb8/10水平压力© = 203.55ta n2(450360)=52.94 Kpa隧道的垂直压力为：q = h = 23 8.85 = 203.55 Kpa丄2036e2 =(203.5523 8)tan (45) =100.8 Kpa27. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，

15、埋深50m围岩容重丫 = 24KN/R1 , $ = 36° ,岩体抗压强度R,=12Mpa隧道宽6m,高8m,试确定围岩压力。解：岩石坚固性系数 fkb=12/10=1.2 ,B丄0®丄0%a1H t tan(45)=3 8tan(45-)=7.08m2 2 2ai压力拱咼h为h=5.9m1.2隧道顶部垂直压力 q二 h =24 X 5.9=141.6 Kpaei= 141.6 ta n2(450型)=36.76 Kpa2= (141.624 8)tan2(45 - 茅)=86.6 Kpa第5章作业31.隧道结构的受力特点？隧道结构体系的概念?2.试绘出半衬砌拱圈的弯矩图

16、和轴力图的大致形状。3.什么是围岩弹性抗力？计算模型中有哪几种处理方式？温氏假定与它有什么关系?4.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。5. 一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm,已知内力如下图示，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4.解：运用温氏假定解之。h 0.6450即卅，1匚maxoh14503 二 9.67mm k 150 103crmax6M 6 牛 7255宀0.627253 =

17、 4.83mmk 150 103墙底中心下沉量 、：=r丄我2 =9.67+4.83=14.5mm墙底转角申=- = 4.83 =i6 1x10radh/20.6/25.解：求墙底中心水平位移：在轴力N作用下:墙底中心应力；中287 =574KN /m20.5由温氏假定：、中5741.64mmk 350 103则：墙底中心水平位移=1.64 cos60° = 0.82mm墙底中心垂直位移=1.64 sin 600 = 1.42mm在弯矩M作用下：墙底边缘应力匚边二6Mh24=360© /m20.5十360由温氏假定：边缘垂直于墙底面的位移边- =1.0 3mm边 k 350

18、 汉103墙底截面转角03 104.12 10radh/20.5/2第六章作业1. 隧道施工方法的种类和选择依据。2. 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？3. 比较新奥法和隧道围岩变形控制分析工法。4. 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。指出错误，并改正之。5. 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。指出错误，并改正之。4. 应该是：

19、改为短台阶法；并未稳定。5. 应该是：立即喷射混凝土；经监控量测，围岩基本稳定后，再修筑内层模筑混凝土 衬砌。第七章作业1. 某隧道在开挖过程中用多点位移计 对拱顶围岩内部位移进行了量测，不同时 刻各点的位移值不同，结果绘于右图。试 据此图判断拱顶围岩的松动范围；如用锚 杆加固，其长度如何确定？2. 某隧道在钢支撑架设时，在同一架钢支撑上安装了三支液压测力计（图a）,测得各测力计的压力一一时间关系曲线，如图b。试据此分析该断面的压力特征，并说明加强初期支护时应采取的措施。mn/ 3. 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围岩容重丫 =20KN/m3,弹性模量E=

20、ldMPa粘结力C=1.5MPa围岩内摩擦角0 = 30° ,侧压力系数 入=1 , 泊松比卩=0.2。试问： 开挖后不支护状态下，围岩是否出现塑性区? 如果出现，问塑性区半径是多少？假定支护阻力P=8.5MPa,问洞室周边位移是多少?4. 某公路隧道，对量测数据进行回归分析后，知位移时态曲线方程为“ =20+131n(i +1)。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。5.某铁路隧道，位移时态曲线方程为 u =12 6.321 n(1t)。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？1. 解：由图可见，在距岩面 3m处，位移随时间变化不大，围岩的松动范围应该在该处附近。如用锚杆加固，锚杆长度应该超过围岩松动范围，锚杆长度应采用3.54m为宜。2. 解：该段地层断面I和断面III明显压力