华南理工大学隧道工程复习资料(2015级地下结构)

1、盾构法、顶管法、沉管法盾构法：盾构法 (Shield Method) 是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌， 同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。为保证盾构机顺利始发，需进行一系列的准备工作，主要包括：端头加固；洞门凿除及环板安装；地面相关配套设施安装调试；盾构机托架及反力架安装；轨道铺设；盾构机下井、组装调试等。联络通道多用钢管片，可用降水法，水泥系加固法，冻结法。顶管法：顶管法是指，隧道或地下管道穿越铁路、

2、道路、 河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。沉管法：沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（ 河面 ） 现场， 并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。新奥法修建隧道的

3、基本理念：新奥法修建隧道的主要施工方法新奥法修建隧道的主要施工方法及其特点新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时的进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则。主要施工方法：钻爆开挖，锚喷支护，二次支护，定时量测新奥法施工特点：1、及时性 ，新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护， 加之喷射混凝土的早强

4、和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性；2、封闭性 ， 由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。3、粘结性，喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用：联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别危岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。复和作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同

5、支护围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C 和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。4、柔性喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，

6、使围岩的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发 生松动破坏。承载地应力的主要是围岩体本身，而采用初次喷锚柔性支护的作用，是使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥，第二次衬砌主要是起安全储备和装饰美化作用。新奥法隧道复合支护结构体系新奥法隧道支护结构体系的组成及其作用锚喷支护以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。分为初期支护和二次衬砌，初期支护一般有喷射混凝土、喷射混凝土加锚

7、杆、喷射混凝土锚杆与钢架联合支护等形式、施作后即成为永久性承载结构的一部分，与围岩共同构成永久的隧道工程结构承载体系。二次衬砌一般是混凝土或钢筋混凝土结构。在隧道已经进行初期支护的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌，以达到加固支护、优化路线防排水系统、美化外观、方便设置通讯、照明、监测等设施的作用。初期支护加二次衬砌，构成复合式衬砌。必要时可做超前支护，保持围岩的稳定性。中隔壁法（CD 法）CD 法是在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁，然后再开挖另一侧的施工方法，主要应用于双线隧道级围岩深埋硬质岩地段以及老黄土隧道（级围岩）地段。交叉中隔壁法（CRD 法）在软弱围岩大跨隧

8、道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板， 再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法。采用短台阶法难确保掌子面的稳定时，宜采用分部尺寸小的CRD法，该工法对控制变形是比较有利的。CD法和CRD法的比较：CD 法是“ Center Diaphragm”的简称，而CRD法则是“Cross Diaphragm”的简称。 两者既有联系又有区别。它们都用于比较软弱地层中而且是大断面隧道的场合。 而前者是在用钢支撑和喷混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法；后者则是用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割闭合进行开挖的方法，

9、是在地质条件要求分部断面及时封闭的条件下采用的方法。新奥法隧道的主要监测项目洞内、外挂测，隧道周边位移测量，隧道拱顶下降量测量，地表下沉测量。山岭隧道的防排水原则：防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理。山岭隧道的防排水原则：以堵为主，限量排放。它综合了 “以排为主”和 “以堵为主”两种技术的优点，既可以降低工程造价，又能保护生态环境。以堵为主、限量排放，以混凝土自防水为主，外贴防水层为辅，接缝防水为重点，多道设防，综合治理。如何合理确定隧道的间距地铁线路规划考虑的主要因素：客流、引导地铁路网、线路规划需考虑的主要因素1) 客流量地铁路网、线路规划首先必须很好地分析及预测其相关区域的客流需求，

10、因为迅速有效地运送客流是轨道交通建设的直接且主要目的。其相关因素有：1 城市的性质及地位。城市现在及其所规划的性质与地位，在战略上决定着城市的人口、用地发展规模及潜力，也决定着对其外部区域的影响力。2 城市人口及土地的利用规模及分布形态。城市人口密度、房屋建筑密度、工作岗位及商业区的集中程度对客流的产生及其流向有重要的影响，因此， 要分析现状及规划的城市人口分布及大型客流集散分布，包括重要的工业区、商业网点、文化中心、旅游点、住宅区等。3 市内公共交通枢纽及对外交通枢纽。城市内部公交枢纽、火车站、码头、航空港等是客流集散的重要场所，其当前位置及规划位置对城市客流的分布也有着重要的影响。2) 制

11、约条件要保证轨道交通能够顺利建成并正常投入运营，其线路位置必须满足城市地形、地质、历史文物等自然条件及人文地理条件的限制要求。其相关因素有：1 城市自然地理条件。城市的地质、地形、 地貌等自然条件会限制城市轨道交通的线路走向及位置。2 城市人文地理条件。必须遵守国家对历史文物、自然风景区的保护等方面的法规，当轨道交通的线路位置与之相抵时必须避让或者重新确定线路的走向。另外， 城市既有的地面建筑物、地下建筑物、地下管线对轨道交通选线也有一定 的影响。3 城市经济基础。轨道交通建设需要花费巨大的投资，城市的经济实力会影响城市轨道交通网的合理规模的确定，也会影响规划路网的实施进度。4 轨道交通的建筑

12、特点。轨道交通线路位于地下隧道内，还是在高架桥或地面上，所考虑的因素都有所不同。3) 运营快速轨道交通建成后往往要使用百年以上，为了节省运输成本，减少乘客的出行时间，提高路网的运输效率，规划时应当充分考虑到轨道交通路网的运营特点。4)引导应考虑到线路对人流，商业发展等产业的引导作用，尽量在设计规划时加以利用，避免引导作用导致的人口和商业分布无序的现象。盾构机选型应考虑的主要因素盾构机选型考虑的因素：工程地质与水文地质条件、隧道断面形状、隧道外形尺寸、隧道埋深、地下障碍物、地下管线及构筑物、地面建筑物、地表隆沉要求等，经过技术、经济比较后确定。土压和泥水平衡盾构的特点：EPS、 SPS。土压平衡

13、盾构vs.泥水盾构泥水盾构土压平衡盾构整体构造简洁，有利于学习 整体构造复杂（相对于学习 ，操作及维护，操作及维护）适用地质范围更广对地质要求更严格对渣土改良材料需求员更少对于掌停面的塌陷量可以控 制需要额外的添加剂掌停面一旦塌陷，塌陷最相 当大土压平衡盾构VS,泥水盾构土压平衡盾构泥水盾构出渣及时围岩比较稳定的情况下 能够掘进总装和始发需求空间较 小 需要一个泥水分离厂 围岩比较稳定的情况下 不能掘进（有一定的局 限性） 需要的工地规模更大对环境ww如何设计地铁隧道的纵坡：节能坡地铁屏蔽门的主要作用防止乘客误入或有意闯入轨行区与设备区，同时也可以避免异物掉落进入轨行区，影响列车正常运行。避免

14、乘客被不停靠上下客列车高速驶过时产生的强大负压吸住酿成惨剧。由于安装屏蔽门后无需设置近一米的安全黄线距离，可以为地铁站台腾出一些空间。将隧道和车站隔离开来，使二者互不影响。一方面可以减少车站空调制冷的负荷，从而达到节省能源的目的。另一方面方便对隧道空间内气流进行组织，可以减少列车行驶过程中的阻力，并保持隧道内空气“新鲜”如空车救火时列车会飞站，而给车站高峰期客流控制与车务调动提供方便。很多人看到列车进站会习惯往前靠，人太多会发生第一二点所述的意外。屏蔽门具有隔音效果，可以减轻站台上听到的噪音响度，尤其是列车在进站前弯道的行驶噪音。由于气候适宜，昆明的屏蔽门不需要到顶，也能保证隧道空气温度适宜；

15、而广州地铁为了保持地铁车厢及隧道里的温度适宜，屏蔽门为从地面到墙顶。系统锚杆和局部锚杆的主要区别系统锚杆就是为保证地下洞室围岩、地面边坡、地基的稳定安全而采用的一种锚固措施，一般是全开挖面网格布设，针对整体地质条件差的洞室或者边坡，采用系统锚杆，叫整体支护。针对整体地质条件较好的地下洞室或者边坡，仅在局部地质条件差的部位采用锚杆进行锚固，叫随机锚杆，局部支护(局部锚杆)，是防止岩体失稳，在局部岩面上布设的锚杆。隧道设计常采用的四种计算模型目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：1、以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；2、以现场量测和实验 室试验为主的实用设计方

16、法如收敛约束法；3、作用与反作用模型，即荷 载结构模型；4、连续介质模型，包括解析法和数值法。盾构管片拼装方式的优缺点：通缝、错缝通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐，拼装较为方便，容易定位，衬砌圆环的施工应力较小，但其缺点是环面不平整的误差容易积累。错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/21/3 。 错缝拼装的衬砌整体性好，但当环面不平整时，容易引起较大的施工应力。盾构隧道的通用管片、楔形管片盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、 地下水压力以及一些特殊荷载的作用。包括标准块(B) ， 邻接块 (L) 和封顶块 (F) 三类。将最后一块管片沿隧道轴线方

17、向上设计成一头宽一头窄的楔形，窄的一端朝向已成型的隧道。拼装时， 先将楔形块相对于管片环偏移一定距离，然后沿直径方向由内向外将楔形块推送到管片环的对应缺口位置，用推进油缸将楔形块顶推到安装位置。螺栓固定，完成一环的拼装。该楔形块就是所谓的封顶块(F) ，施工单位通常叫它“K块” 。围岩分级应考虑的主要因素单一的岩性指标，包括岩石的抗压抗拉强度，岩石坚固性系数f，弹性模量等，以及抗钻性抗爆性等工程指标单一的综合岩性指标: 指标是单一的，反映的因素是综合的。岩石质量指标 (RQD)=10cm以上岩芯累计长度/单位钻孔长度*100%复合指标: 是一种用两种或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复

18、合性指标( 岩体质量-Q，岩体质量指标Rm，应力比S，岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标)多因素定性和定量的指标相结合: 是目前国内外应用最多的。包括早期应用较广的太沙基的分级法；我国国家标准的工程岩体分级、铁路隧道规范中的围岩分级。 该方法正确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稳定性的影响。小净距隧道、连拱隧道、分离式隧道小净距隧道：在工程实践中衍生出一种新的结构形式小净距隧道。 小净距隧道双洞的中夹岩柱宽度介于连拱隧道和双线隧道之间，一般小于1.5 倍隧道开挖断面的宽度。连拱隧道：双连拱隧道是在通过山势不高，纵向长度较短，横坡较陡，下行线， 公路上，下行线在此

19、分不开的情况下，设置双跨连拱隧道，其单跨断面为单心圆结构，边墙为曲墙，中隔墙也为曲墙，单跨净宽10.8 11.0M，净高7.8M 8.0M，开挖断面为 9.9 M 10.0M，上下行线通过厚3M的钢筋砼中隔墙相连，初支采用工字钢（正洞）和钢花拱锚杆，挂网锚，喷砼与单跨隧道基本相同，二衬采用钢筋砼结构。分离式隧道：分离式隧道是深埋长大高速公路隧道施工的主要方式，鉴于两洞的施工进度不同，利用先开挖洞的岩爆发生情况，对后开挖洞的岩爆发生情况进行了预测，并采用有限元数值模拟进行计算分析。分离式隧道是区别于小净距隧道和连拱隧道的一种隧道形式，两洞间隔较远，开挖对彼此的影响较小。隧道“早进晚出”原则隧道

20、“早进晚出”原则： 适当延长洞口和隧道的长度, 尽量避免对山体的大挖大刷， 提倡零开挖洞口。让隧道洞口周围的植被得到妥善保护, 维护原有的生态地貌。即“未到山体之前先进洞，尽量远离山体后再出洞”。盾构法施工中的“地层损失”基本概念盾构法施工中的“地层损失”：盾构法在软土层中推进，会导致不同程度的地面和隧道沉降、隆起， 即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些变形。地层损失是盾构施工中挖土体体积和建成隧道体积之差。建成隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积，地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比表示。锚喷支护与传统支护的主要区别(1)对围岩和围岩压力的认识上:传统支护理论：围岩压力由洞室崩落

21、的围岩“松散压力”造成的;现代支护理论：的岩具有自承能力, 国岩作用于支护的压力不是松散压力, 是阻止闱岩变形的形变压力。7* £道的*济W3J8在围岩和支护间的相互关系匕传统支护理论：将岩与支护分开考虑，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。(3)在支护功能和作用原理上：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。是指通过正确选择爆破参光面爆破 隧道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一。数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制

22、爆破技术。与采用普通的爆破法相比，具有以下优点:1、能减少超挖。2、爆破后成形规整，提高了轮廓质量。3、爆破后围岩不产生或很少产生爆破裂缝，支护工作量小，材料消耗小。4、加快掘进速度，降低成本，保证施工安全。围岩压力：松弛压力和形变压力围岩压力：是指隧道开挖后，围岩（隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体）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。松散压力：是指由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构的压力。形变压力：是指由于围岩变形受到与之密贴的支护的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。深埋、浅埋隧道的判断深埋、浅埋隧道

23、的判断：Hp=22.5hq hq 为荷载等效高度软弱围岩取大值， 好围岩可认为埋深大于22.5 倍隧道洞径即为深埋光面爆破的基本概念光面爆破的基本概念：解释1：光面爆破是指通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，分区分段微差爆破，达到爆破后轮廓线符合设计要求，临空面平整规则的一种控制爆破技术。是支撑新奥法原理的重要技术之一。解释2：光面爆破是控制开挖轮廓超欠挖和平整度的爆破技术。它沿开挖轮廓周边布孔，利用掏槽眼和掘进孔爆破后形成的良好临空面，在光爆层中起爆，借以减少光爆层爆破时内侧岩层对光爆层的夹制作用，降低炸药单耗，减少一次起爆药量，降低爆破震动效应，减小对周边围岩的破坏，使其获得平滑的开挖廓

24、面及降低超欠挖的一种施工技术。工法的特点1）光爆周边眼钻眼精度要求高、装药技术要求较高；2）适用于各种围岩类型；3）开挖轮廓外观质量好，对围岩扰动少，增加施工安全，具有良好经济效益；4）施工参数因地而异，方法灵活。适用范围本工法适用软岩、硬岩等地质条件下的铁路、公路、 水工等隧道和岩石边坡处理。结合广州地铁，论述修建地铁换乘车站应考虑的主要影响因素1）加强线网的合理规划，使客流合理分流，避免某些换乘站客流承受压力太大。 同时加强线网客流的预测工作，为换乘车站规模提供可靠的依据。例如三号线体育西路站和珠江新城站的经验教训，五号线鱼珠站目前人流过大的困境2）加强地铁施工阶段对换乘节点的研究，尽量为

25、换乘车站预留宽松的换乘条件。如一号线各个通道换乘的车站，和十三号线夏园站，应该在施工时预留换乘节点，尽量避免站厅换乘和通道换乘3）在线网稳定的前提下，新线与新线间换乘应多以节点换乘或平行换乘形式出现，或者预留换乘条件。例如二号线广州南站，八号线沙园站，十三号线新塘站，均预留了平行换乘，为后续建设提供了方便盾构隧道的防水体系第一道：管片自防水。由管片的高强度，高精度，高抗渗性保证第二道：衬砌外防水，在有特殊要求的地质（如高腐蚀）条件下，应涂抹外防水涂层。第三道：接缝防水，通过管片的止水条第四道：壁后注浆以管片自防水为主，接缝防水为重点，对特殊部位进行防水处理。隧道全断面、台阶和分部施工法的适用性

26、三种施工方法对比：全断面施工法：按隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法，适用于较完整的、坚硬围岩，如、级围岩。断面最好在50 平方米以下台阶法： 台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分一般是根据台阶长度来决定的。适用条件为跨度较大，围岩较破碎的情况。长台阶法适用于在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况。短台阶法适用范围很广，- 级围岩都能采用，尤其适用于、级围岩，是新奥法施工中主要采用的方法之一。超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。分部开挖法：分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖

27、法、单侧壁导坑法、 双侧壁导坑法。台阶分部开挖适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。双侧壁导坑法适用于当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时。列举隧道施工常用的辅助措施隧道施工常用的辅助措施隧道施工中常用稳定开挖工作面的辅助措施有:(1) 环形开挖留核心土挡护开挖面;(2) 喷射混凝土封闭开挖工作面;(3) 超前锚杆锚固前方围岩( 超前支护 );(4) 管棚超前支护前方围岩( 包括短管棚、长管棚、插板);(5) 超前小导管注浆加固围岩和堵水;(6) 超前深孔围幕预注浆加固围岩和堵水;(7)

28、临时仰拱封底;(8) 隧道开挖工作面及围岩预注浆加固。论述轨道交通建设的困难？地铁与轻轨的异同点城市轨道交通的概念盾构机的三大密封系统：主、尾、铰接如何预防盾构施工结泥饼事故盾尾间隙如何有效进行广州地铁安全保护工作1、明确落实外部作业报送地铁公司征询意见的要求，规范地保区外部作业的流程。2、做好外部作业施工图的审核，重大项目要做好安全预案。外部作业业主应监督落实保护方案，同时地铁方应积极进行检查，同时应用技术手段建立变形破坏预警系统。3、发生安全险情时应第一时间启动应急预案，加密结构检测。同时开展外部作业施工过程分析，评估地铁当前安全状态，督促落实加固方案和现场实施。新奥法修建山岭隧道的主要理

29、念及问题仰拱的主要作用仰拱： 为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，通俗解释为向上仰的拱。1、解决基础承载力不够，减少下沉；防止底鼓的隆起变形，调整衬砌应力的作用；2、封闭围岩，防止围岩变形过大，提高机构的整体承载力；3、增加底部和墙部的支撑抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。盾构机始发和接收的定义盾构始发：盾构由工作井（始发井）进入正常掘进的一段过程。包括准备阶段、 始发阶段、扩延阶段。始发阶段是指凿除洞门至盾构主机完全进入地层并建立土压平衡、实施同步注浆的过程。盾构接收：盾构临近及进入另一工作井（接收井）的一段施工过程。包括准备阶段、临近阶段、接受阶段。接受阶段是指盾构破除洞口土体，完全进入接收井，管片与洞门可靠封闭。盾构注浆系统：同步注浆和二次注浆；跟踪注浆同步注浆和二次注浆。管片是在盾构机内部进行拼装的，那应该就好理解盾构机的外径是比管片的外径大，也就是说管片脱出盾构机时，管片和土体之间是有空隙的，如果这个空隙没有及时的进行填补，那可以想象隧道上（管片上）的土体会塌陷下来，从而造成地面的沉降，而隧道下没有东西支撑了，隧道也会陷下去， 发生