隧道工程3讲述

1、1.公路隧道衬砌内轮廓线的求法：主要步骤如下：(1) 确定建筑限界(2)确定弧形(3)计算验证、调整。以上过程是个反复循环的过程衬砌断面的形状直墙式圆弧拱三心圆拱单圆拱2.隧道衬砌断面的轴线：应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。(1)当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；(2)主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；(3)当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。3.什么是隧道衬砌？它是一种超静定支护结构,是隧道的主体建筑物4.隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度

2、范围内任何物体不得侵入的限界5.隧道净空：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间6.建筑限界：是指隧道衬砌等任何建筑物不得侵入的一种限界。7.隧道的纵坡类型：单向坡、人字坡8.隧道内纵面线形设计应综合考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求。综合各方面要求，隧道规范要求纵坡应不小于0.3，并不大于3；隧道如双向对头掘进，为施工排水，可采用“人”字坡。单向通行时，设置向下的单坡对通风有利。9.隧道平面线形，一般采用直线、避免曲线。如必须设置曲线时，应尽量采用大半径曲线， 并确保视距要求。10.洞口位置选择的一般原则和要求：洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方；洞口不宜设在

3、垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；洞口应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；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，隧道洞口标高应在洪水位以上。为洞口稳定和安全边坡及仰坡均不宜开挖过高不使新开出的暴露面太大。若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，设置桥涵净空不宜太小，以免后患。若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面；、洞口以外应当留有生产活动的场所。总之，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，最后才从经济方面进行比较。11.泥石

4、流地区：首先应判明泥石流的成因、规模、发展趋势，以决定隧道方案的可 行性。充分考虑如下因素对隧道产生的最不利影响：(1)预计河床最大下切及侵蚀基准面对隧道影响；(2)泥石流可能的改道和变迁对洞身的影响；(3)充分预计隧道防排水的处理难度；(4)施工爆破可能带来的危害。12.不良地质系指滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、涌水及第四纪堆积层等不良地段。如线路难以绕避或绕避而有损于线路的总体性时，在技术经济合理的条件下，亦可因地制宜地采取相应工程措施通过13.地质条件与隧道位置的关系：(1)无论是越岭线路或沿河傍山线路，都力求选择在 地质构造简单，岩性较好的稳固地层

5、中通过；(2)尽量避免通过断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、偏压显著、地下水丰富等地质不良地段；当绕避困难时，应尽量采取必要的工程措施。14.平面位置选择是指隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口选择，着重考虑以下因素：路线总方向上的垭口，地质条件，隧道长度，两侧展线难易程度，工程量大小，路、桥、隧总体线形15.垭口位置的选择一般可利用小比例尺地形图、航空照片、卫星照片等。根据 线路的总方向和克服、越岭高程的不同要求在较大范围内选线，寻求可供越岭的几个垭口位置的比选。比选时应考虑以下原则：优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，此时垭口在两侧具备有良好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。虽远离线路总

6、方向，但垭口两侧有良好的展线条件，又不损失越岭高程的垭口；隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接近处。工程地质和水文地质条件良好的垭口。经隧道长度、施工难度、运营条件等综合比选多个方案，最后确定最佳方案。16.什么叫做垭口：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处17.直墙式衬砌适用条件：垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；一般适用于、 级围岩，有时也可用于级围岩18.曲墙式衬砌适用条件：通常用在级以下的围岩水平压力较大的情况下19.偏压衬砌当山体地面坡陡于1：2.5，线路外侧山体覆盖较薄，或于地质构造造成的偏压，衬砌为承受这种不对称围岩压力而

7、采用20圆形断面隧道为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道也可以采用圆形或近似圆形断面;盾构法沉管法施工的隧道。21.矩形断面衬砌沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断面衬砌22.初期支护(一次支护):木支撑、型钢支撑、格栅支撑、锚喷支护等。23.永久支护(二次支护、二次衬砌):整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌及锚喷衬砌等4种。24.隧道结构构造：洞身衬砌 洞门 明洞斜井与竖井内装、顶棚与路面隧道的防水与排水25.洞门的概念：洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。26.洞门的主要作用：保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定；汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减少洞口土石

8、方开挖量；作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要协调27.内装：为确保行车安全，在隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持较好水平，墙面须用适当的材料加以内装处理，其作用如下：改善隧道内环境，起诱导作用；提高墙面的反射率，增强照明效果；吸收噪音28.常用的隧道内装材料块状混凝土材料；饰面板、镶板等质地致密材料；瓷砖镶面材料；油漆材料。29.隧道内装材料应具有如下性质：耐火性，在高温条件下仍能维持原状，不燃烧、不分解有害成分等；耐蚀性，长期在油垢及有害气体下不变质；不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水的浸泡下，在潮湿环境中不变质、不霉烂；材料来源广

9、泛，价格相对便宜。能吸收噪音；颜色淡，易清洁；具有阻燃性。30.路面材料主要有两种：砼和改性沥青；31.路面材料应具备如下性能：路面材料应具有抵御水冲刷和含有化学物质的水的浸蚀能力应具有较高的抗侧滑的能力；抗裂性、耐久性；容易修补。32.隧道防排水原则：隧道防排水应视水文地质条件因地制宜地采取“以排为主，防、排、 截、堵相结合”的综合治理原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。33.隧道防排水要求：对地表水、地下水应采取妥善的处理，使洞内外形成一个完整的畅通的防排水系统。一般公路隧道应做到：1拱部不摘水、边墙不滴水。2路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水。3冻害地区隧道衬砌背后

10、不积水，排水沟不冻结。汽车专用公路隧道则应达到拱部、墙部及设备箱洞处均不渗水34.洞内防排水措施：排水措施a洞内排水沟b衬砌背后盲沟c泄水洞或洞外井点降水d中心排水沟或路侧排水沟防水措施a防水板b喷膜防水层c混凝土自防水堵水措施a喷射混凝土堵水b塑料板堵水c注浆堵水d模注混凝土衬砌堵水35.围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体36.围岩压力：是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构 的主要荷载之一。其性质、大小、方向以及发生和发展的规律，对正确地进行隧道设计与施工有很重要的影响。37.地质环境：隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、

11、开 挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等38.围岩分级的目的：作为选择施工方法的依据；进行科学管理及正确评价经济效益；确定结构上的荷载（松散荷载）；给出衬砌结构的类型及其尺寸制定劳动定额、材料消耗标准基础等39围岩的自稳时间：从隧道开挖到顶部开始发生可察觉的移动、松弛所经历的时间， 被认为是综合岩性指标。40.劳费(H.Lauffer)根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度，将围岩分为：稳定的、 易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力等七级41.目前国内外围岩的分级方法，考虑上述三大基本要素，按其性质主要分为：以岩石强度或物理指标为代表的分级方法以岩体构造特征

12、为代表的分级方法以地质勘探手段相联系的分级方法组合多种因素的分级方法以工程对象为代表的分级法42.以岩石强度或物理指标为代表的分级方法：按岩石强度为单一岩性指标的分级法:把岩石分为坚石、次坚石、松石及土以岩石的物性指标为基础的分级方法：具有代表意义的是我国工程界广泛采用的岩石坚固系数“f”值分级法；优点：指标单一，使用方便；缺点：不能全面反映岩体固有的性态43.以岩体综合物性为指标的分级法：优点：正确的考虑了地质构造特征、风化状况、 地下水情况等多因素对围岩的影响。缺点：分级指标缺乏定量描述。44.围岩压力按作用力发生形态分为：松散压力：形变压力：膨胀压力：冲击压力：45.隧道的埋深：实践证明

13、，只有当隧道埋深超过某一临界值时，才有可能形成自然拱。 习惯上称这种隧道为深埋隧道，否则为浅埋隧道46.隧道的形状和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度越大，则自然拱越高，围岩松散压力 也越大；47.施工因素：如爆破所产生的震动，常常是引起塌方的重要原因之一，造成围岩压力过 大，又如分部开挖多次扰动围岩，也会引起围岩失稳，加大自然拱范围。直接量测法：是一种切合实际的方法，对隧道工程而言，也是研究发展的方向；但由于受量测设备和技术水平的制约，目前还不能普遍常用。48.经验法或工程类比法：是根据大量以前工程的实际资料的统计和总结，按不同围岩分级提出围岩压力的经验数值，作为后建隧道工程确定围岩压力的依据的方法

14、。是目前使用较多的方法。49.深埋隧道围岩压力的确定(工程类比法)q= 0.45 ×2s-1×(kN/m2)适用条件 H/B < 1.7，式中H为隧道高度；深埋隧道；不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道；采用钻爆法施工的隧道50.间接量测：利用量测隧道衬砌的应变、变形来推算作用在其上的围岩压力的方法，即 间接量测法。如电阻应变片、钢筋应变计、遥测应变计、混凝土应变砖等51.隧道自稳时间：是指从开挖后到顶部开始发生可以察觉到的移动、松弛时为止所经历的时间。52.隧道结构上的荷载及其类型：主动荷载是主动作用于结构、并引起结构

15、变形的荷载；被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。附加恒载：伴随隧道运营的各种设备设施的荷载等53.荷载组合：结构自重围岩压力附加恒载（基本）；结构自重土压力公路荷载附加恒载；结构自重土压力附加恒载施工荷载温度作用力；结构自重土压力附加恒载地震作用54.附加恒载：伴随隧道运营的各种设备设施的荷载等  55.半衬砌的计算基本假定：在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形，不产生弹性抗力；拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变，计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影响；拱脚没有径向位移，只有切向位移；对称的垂直分位移对

16、拱圈内力不产生影响；拱脚的转角和切向位移的水平分位移是必须考虑的56.现代支护结构特点：围岩和支护结构共同组成了承载的支护体系，其中围岩是承载主体，而支护结构是辅助性的，但也不可缺少。57.支护结构基本要求：支护必须与周围岩体大面积的牢固接触，即保证支护围岩作为一个统一的支护体系而共同工作；重视初期支护的作用，并使初期支护与二次支护相互配合，协调一致的工作；要允许围岩及支护结构产生有限的变形，以发挥围岩承载作用而减少支护结构的受力。必须保证支护结构及时施作。如支护施作过晚，会使围岩暴露时间过长，产生过渡的位移而濒临破坏支护结构要根据隧道围岩的实际动态，及时进行调整和修改，以适应不断变化的围岩状

17、态；58.锚喷支护与传统支护的区别：传统支护理论：围岩压力由洞室塌落的围岩“松散压力”造成的;现代支护理论：围岩具有自承能力，围岩作用于支护的压力不是松散压力，是阻止围岩变形的形变压力。传统支护理论：将围岩与支护分开考虑，视为“荷载-结构”体系。锚喷支护理论：将围岩和支护视为统一体，二者组成“围岩-支护”体系共同参与工作。传统支护理论：支护只是为了承受荷载；锚喷支护理论：支护是为了及时稳定和加固围岩。传统支护理论：主要是确定作用在支护上的荷载；锚喷支护理论：设计的作用荷载是岩体的地应力，围岩和支护共同承载；传统支护理论：模注混凝土，锚喷支护理论：施工方法简单灵活，不需模板，无需回填，在围岩松动

18、之前能及时加固围岩。59.锚喷支护的特点：及时性：喷射砼，如早强，能迅速给围岩提供支护抗力；粘 贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结，粘结力一般可达70kg/cm3；柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥自承能力；深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈；灵活性：支护类型、参数、数量可灵活调整。封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。60.锚杆的力学作用悬吊作用减跨作用组合梁作用整体加固作用61.锚杆的设计与计算锚杆承载力计算锚杆锚固长度确定锚杆直径的确定锚杆间距的确定62.喷射砼：是将水泥、砂子、石子、速凝剂按一定的比例均匀的搅拌后送入喷射机，以高速喷射到岩壁表面凝

19、结而成的砼。63.喷射砼的作用：充填裂隙加固围岩；找平，封闭围岩表面防止风化；喷砼与围岩组成共同承载结构。64.影响隧道周边最终位移量的因素：岩体的物理力学性质；原始地应力大小；开挖方式（全断面开挖小）；掘进速度（速度越快位移越小）；支护时机及支护方式65.实施锚喷支护施工原则：1采取各种措施，确保围岩不出现有害松动；2使围岩变形适度发展，合理利用围岩自承能力；保证锚喷支护与围岩形成共同体；选择合理支护类型和参数，并充分发挥其功效；合理安排施工程序；依据现场监测数据指导施工；是为了达到以下的目的：（1）技术上可靠（2）经济上合理66.现场量测内容：隧道内目测观察隧道收敛量测地表下沉量测位移反分

20、析，指导施工67.新奥法思想核心：（1）保护围岩：及时封闭围岩阻止围岩围岩裂化；及时支护围岩改变围岩的应力条件，限制围岩有害变形；选择合理的断面形式改善结构的应力状态，使受力均匀；选择合理的施工方法减少对围岩的扰动和破坏：选择合理的支护形式由围岩的物理力学性质决定；光面爆破减少集中及对围岩的扰动。（2）调动和发展围岩的自承能力：选择合理的支护形式与围岩密贴，形成共同的承载体；采用柔性支护允许围岩适度变形分层喷射砼；设置纵向变形缝；先柔后刚；选择合理的支护刚度；适时支护根据围岩性质，选择合理的预留变形缝；依据现场监控量测数据，确定合理的支护时间；调整支护结构的封底时间68.隧道施工方法：矿山法、

21、掘进机法、沉管法、顶进法、明挖法等。69.施工方法选择需要考虑的因素：工程的重要性。一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；地质和水文条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等施工技术条件和机械装备状况施工中动力和原材料供应情况；隧道的横断面积隧道的埋深工期施工中动力和原材料供应情况；工程投资与运营后的社会效益和经济效益；施工安全状况，70.新奥法施工：以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，通过监测控制围岩的变形，动 态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工方法，其核心内容就是充分发挥围岩的 自承能力。新奥法的施工方法及其优点：A全段面法(I-III级)，优点：作业空间大

22、，机械化程度高；施工速度快，工序少，干扰少；便于施工组织于管理；深孔爆破掘进快，扰动少；缺点：开挖空间大，围岩相对稳定性降低；循环工作量相对大，对施工能力要求较高；深孔爆破震动大，要求钻爆设计控制爆破的能力高；B台阶法（IV，V级），优点：有足够的作业空间和较快施工速度，利于开挖面的稳定。缺点：上下部作业会互相干扰，增加了对围岩的扰动次数。C分部开挖法，优点：开挖稳定，施工安全。缺点：开挖慢，扰动次数多，成本高。D中隔墙法（CD法）和交叉中隔墙法（CRD法），优点：适用于软弱地层，控制地表沉陷效果好。缺点：造价高。71.隧道施工中的不良地质类型：溶洞、断层、松散地层、流沙、黄土、膨胀土围岩、

23、岩暴、瓦斯地层72.开挖和支护过程中可能造成的危害：土石坍塌(大塌方或小塌方)、隧道支撑变形、 衬砌结构断裂、严重影响施工进度、瓦斯地层会威胁施工安全73.不良地质地段隧道施工原则：先治水、弱爆破、短开挖、早衬砌、勤量测、强支护、稳 步推进原则74.膨胀土围岩对隧道施工的危害：围岩裂缝、坑道下沉、底膨、围岩膨胀突出和坍塌、衬砌变形和破坏75.膨胀土围岩隧道施工要点：加强观测围岩的压力和流变、合理选择施工方法、 防止围岩湿度变化、合理进行围岩支护76.黄土隧道的施工方法：应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。应做好黄土中构造节理的产状与分布状况的调查。应遵循“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的施工原则，紧凑施工工序，精心组织施工。77.隧道遇到溶洞的处理措施：隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层 的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。78.发生坍方的主要原因：不良地质及水文地质条件、隧道设计考虑不周、施工方法和措施不当，施工组织管理不到位79.溶洞地段隧道施工的注意事项：当施工到达溶洞边缘，各工序