地下工程复习总结

PAGE8-地下工程复习总结一、名词解释：

1.地下工程围岩：是指地层中受开挖作用影响的那一部分岩体。2.岩体：岩体是在漫长的地质历史中，经过岩石建造、构造形变和次生蜕变而形成的地质体。它被许许多多不同方向、不同规模的断层面、层理面、节理面和裂隙面等各种地质界面切割为大小不等，形状各异的各种块体。3.结构面：工程地质中将这些地质界面称之为结构面，将这些块体称之为结构体。地质体：并将岩体看做是由结构面和结构体组合而成的具有结构特征的地质体。4.岩爆：岩性坚硬的整体状和块状岩体，在高应力区，由于洞周应力集中，使岩石成碎片射出并发出破裂响声，这种现象称为“岩爆”。5.初始应力场：由于岩体的自重和地质构造作用，在地下工程开挖前岩体就已经存在着一定的地应力场，人们称之为围岩的初始应力场。6.围岩二次应力场：洞室开挖后，使得围岩在开挖边界处解除了约束，失去平衡，此时洞室周边的应力都为0，其结果引起了洞室变形，产生应力重分布，形成围岩的新的应力场，称为围岩二次应力场。7.自重应力场：地心引力和离心惯性力共同作用而形成的应力场。8.岩石质量指标（RQD）：是指钻探时岩芯复原率，或称岩芯采取率，是反映岩体破碎程度和岩石强度的综合指标。9.围岩特征曲线：在围岩强度和稳定所允许的范围内，围岩在设置支护前的收敛越大，支护所需要约束的围岩剩余收敛就越小，即支护受到的围岩剩余形变荷载越小。但如果围岩出现塑性破坏，则因为塑性和坍落范围的增大，围岩在设置反抗前的收敛越大，支护所需要抵抗的围岩坍落荷载也越大。可以把这种关系在围岩收敛与围岩荷载构成的直角坐标系中表示出来，称为围岩特征曲线。10.支护特征曲线：在弹性范围内，支护的变形越大，支护所能提供的抗力就超大；在围岩收敛与支护抗力构成的直角坐标系中，这种关系称为支护特征曲线。11.特征曲线法：这种利用围岩与支护共同作用特性来选择支护参数的方法叫做特征曲线法。12.主动围岩压力：主要表现为形变压力和松动压力，分别是在围岩发生向着地下结构的变形和松动时因受到结构的约束而作用在结构上的力。13.围岩被动反力：是指结构向着围岩变形时受到的约束力。14.天然拱：当洞室的埋深足以使开挖作用局限在地表以下时，上覆地层的变形-松动-坍塌过程会在地表以下某个相对稳定的范围内终止，就好像在这个坍塌范围的周边出现一架能够承受以上地层全部重量的“压力拱结构”。这种现象被称作地层的成拱作用，似拱结构被称作天然拱。15.极浅埋：地下结构的埋深小于或等于天然拱高度。16.浅埋：地下结构的埋深大于天然拱高度、但小于开挖的有效影响高度。17.深埋：地下结构的埋深大于开挖的有效影响高度。18.弹性抗力：当围岩处弹性状态时，围岩对结构变形的反力称为弹性抗力。19.水土分算：在计算水土压力的时候，用独立于地层而单独计算地下水压力的做法称作水土分算，相应的地层压力要用地层的有效重度来计算。20.水土合算：在黏性土中，孔隙地下水的流动微弱且与土颗粒结合紧密，地下水对结构的静水压力作用可以纳入地层压力一同计算，即采用地层的饱和重度计算饱水地层的压力，这就是所谓的水土合算。21.收敛：地下工程开挖时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种位移称之为收敛。22.围岩特征曲线：弹塑性状态下，支护阻力与洞壁的相对径向位移的关系曲线。23.支护特征曲线：支护结构所能提供的支护阻力是随支护结构的刚度而增大；所以这条曲线又称为支护补给曲线，或称为支护特性曲线。24.逆作法：在地下结构施工时不架设临时支撑，而以结构本身既作为挡墙又作为支撑，从上向下依次开挖土方和修筑主体结构。二、简答题1.地面结构与地下结构的区别：地面结构体系一般都是由结构和地基所组成。而地下结构体系则是由地层和支护结构所组成，其中，以地层为主，支护常用来约束地层，不使它产生过大的变形而破坏、坍塌，在地层稳固的情况下，体系中甚至可以不设支护结构而只留下地层。地下结构所承受的荷载又主要来自结构体系的本身——地层，故称为地层压力或围岩压力。所以说，在地下结构体系中，地层是承载结构的基本组成部分，又是造成荷载的主要来源，这种合二为一的作用机理与地面结构是完全不同的。2.什么叫构造应力场？构造应力场可以分为如下两类：1）构造残余应力：由于过去地质构造动力，譬如断层、褶曲、层间错动等所引起的，虽然外部作用力移去后有了部分恢复，但现在仍残存在岩体中的应力；岩石在形成过程中，由于热力和构造作用所引起的，虽经过风化、卸载，部分释放，现在仍残存着的原生内应力。这两种都称为构造残余应力。2）新构造应力：现在正在活动和变化的构造运动，譬如地层升降、板块运动等所引起的应力，称为新构造应力，地震的产生正是新构造应力的反映。3.影响围岩稳定性的主要因素？1）.地质因素（1）岩体结构特征（2）结构面性质和空间的组合（3）岩石的力学性质（4）围岩的初始应力场（5）地下水状况2）工程活动所造成的人为因素（1）地下洞室尺寸和形状（2）施工中采用的开挖方法4.分级（分类）的因素指标有哪些？请举例说明。1）单一的岩性指标。包括岩石的抗压和抗拉强度、岩石坚固性系数、弹性模量等物理力学参数，以及如抗钻性、抗爆性等工程指标。在单一岩性指标中，多采用岩石的饱和极限抗压强度作为基本的分级（类）指标。2）单一的综合岩性指标有：弹性波传播速度，岩石质量指标（RQD），围岩自稳时间等。其中RQD（%）=（10cm以上岩芯累计长度）/（单位钻孔长度）*1003）复合指标有：巴顿等人所提出的“岩体质量——Q”；有我国总参工程兵坑道工程围岩分类中所采用的岩体质量指标和应力比；有《水工隧洞设计规范》所采用的围岩/岩体强度应力比S；还有《工程岩体分级标准》采用的两个复合指标——岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标[BQ]，等等。5.按地形条件进行山岭隧道位置选择应注意哪些问题？1）高程障碍，应以选择垭口和隧道高程为依据；2）平面障碍，如河流、山丘等；3）工程难易程度；4）投资的数额；5）工期的要求；6）施工技术现有的水平；7）售后的运营条件（线路条件）。6.按地质条件进行山岭隧道位置选择应哪些问题？1）隧道位置应尽量选择在稳定性良好的地层中，应该尽量避开不良地质区域，当不得不通过一些稳定性差或不良地质地段时，应具备充分的理由和可靠的工程措施。2）对于断层构造，由于断层带中的岩体破碎、强度低，且往往是地下水主要通道，隧道走向应与断层走向尽可能地接近正交。3）对于单斜构造中的软弱结构面，隧道应尽可能避开，不得已时，至少不要把隧道走向设置成与软弱结构面走向一致或平行，交角尽量接近垂直。4）在褶曲构造区域里，隧道应尽量选在背斜，而避开向斜和褶曲的两翼。7.隧道的纵断面设计应如何考虑？铁路隧道纵断面设计就是选定隧道内线路的坡道形式、坡度大小、起伏长度和坡段之间的衔接，应该从以下4个方面考虑：1）隧道内线路的坡道型式一般比较简单，常用的有单坡型和人字型。2）由于隧道的排水要求使得隧道内的线路不得设置平坡，且坡度不得小于最小允许限制坡度（如3%）。线路的最大允许坡度等于直线地段的最大限制坡度减去曲线阻力的当量坡度。3）隧道内坡段的长度应该适合隧道的排水和列车的运行，宜设长坡段；当隧道位于凸形纵断面的分坡平段上，允许坡段长度缩短至200m。4）隧道内相邻坡段之间的连接不宜过于突然，即坡差不宜太大，以避免车辆之间俯仰不一、车钩承受扭力。8.试说明单坡型和人字型铁路隧道的优缺点。1）单坡的特点是争取高程，施工和测量相对简单，有利于自然通风，正坡施工的工作面易排水。缺点是施工时不便于出渣运输。2）人字坡多用于长隧道（尤其是越岭隧道），其优点是施工时便于排水和出渣运输，缺点是运营期间机械通风不容易排出两坡段之间顶峰处受到污染的空气。9.交通隧道的限界有哪些？它们如何作用？车辆限界为车辆断面的限制范围，设备限界为车辆限界之外、考虑沿线设备安装的限制范围，隧道建筑限界是在车辆限界和设备限界的基础上制定的。车辆限界、设备限界和建筑限界分别控制车辆运行、设备安装和土建工程的作用空间，合理地制定这些限界、控制车辆通行的有效净空断面，有利于控制建筑工程规模、保障运行安全、倡导车辆生产标准化和降低工程整体造价。10.铁路隧道曲线地段断面加宽的原因有哪些？1）在直线地段车辆中心线在水平面的投影与线路中心线重合，而在曲线地段，两者不再重合。2）在直线地段，两条钢轨处于相同的水平面上；而在曲线地段，由于克服车辆离心力的需要，外侧钢轨高于内侧钢轨（即外轨超高），车辆横断面向黄线的内侧倾斜。3）由于车辆依稀和外轨超高带来的车体内倾，曲线地段的铁路隧道需要采用大于直线隧道建筑限界的净空。综合考虑，曲线隧道净空的加宽值由外轨超高引起的车体内倾距离、车体中轴线在车体中部相对于线路向曲线内侧的平移距离、车体中轴线在车体两端部分线路向曲线外侧的平移距离3个部分组成。11.为什么隧道洞口位置确定应坚持“早进晚出”的原则？1）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2）有利于将洞口山体保持稳定状态3）避免由于过多开挖引起山体的二次扰动下滑4）防止洞口上方松散体坠落，确保线路运营安全12.对弹性抗力的处理方法有哪些？1）假定抗力法2）弹性支撑链杆法3）弹性地基梁法13.对支护结构的基本要求有哪些：1）必需能与围岩大面积地牢固接触，即保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作。2）要允许地下结构体系能产生有限制的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少支护结构的作用，使两者更加协调地工作3）要能分期施工，并使早期支护和后期支护相互配合，主动控制围岩的变形。4）作为支护结构还要满足易于架设，构件可以互换，断面类型单一等施工技术上的要求。14.地下工程防排水系统有哪几类？1）全包式防水系统。2）半包式防排水系统3）控制排水型全包式防排水系统15.使用膨润土防水的基本条件1）只有在密闭的空间（有压力）才能防水2）与水接触后发挥防水性能3）膨润土和结构的结合16.简要说明明挖法程序在围护结构的保护下，从地表向下开挖基坑至设计标高，然后自下向上构筑防水设施和主体结构，最后回填恢复路面。17.明挖法施工有围护结构的型式有哪几种？桩板式墙、钢板桩墙、钢管桩、预制混凝土板桩、灌注桩、地下连续墙、SMW工法、水泥土搅拌桩挡墙等。18.逆作法的优缺点（可以得出逆作法与顺作法的区别）优点：1）由于结构本身用来支撑，所以它具有相当高的刚度，这样使挡墙的变形减少，减少了临时支撑的工程量，提高了工程施工的安全性。由于能在最短时间内恢复交通，也减少了对周边环境的影响。2）由于最先修筑好顶板，这样地下、地上结构施工可以并行，缩短了整个工程的工期。3）由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，降低了地基回弹量。缺点：1）需要设临时立柱和立柱桩，增加了施工费用，且由于支撑为建筑结构本身，自重在，为防止不均匀沉降，要求立柱具有足够的承载力。2）为便于出土，需要在顶板处设置临时出土孔，因此需对顶板采取加强措施。3）地下结构的土方开挖和结构施工在顶板覆盖下进行，因此大型施工机械难于展开，降低了施工效率。4）混凝土的浇注在逆作施工的各个阶段都有先后之分，这不仅给施工带来不便，而且给结构的稳定性及结构防水带来一些问题。19.逆作法的适用条件1）大平面地下工程2）大深度的地下工程3）复杂结构的地下工程4）周边状况苛刻，对环境要求较高5）作业空间狭小6）工期要求紧迫7）要求尽快恢复地面交通的工程20新奥法的基本思想和特点1）新奥法的基本思想是：充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、量测来指导地下工程的设计与施工。2）新奥法的主要特点如下：（1）充分保护围岩，减少对围岩的扰动。（2）充分发挥围岩的自承能力。（3）尽快使支护结构闭合。（4）加强监测，根据监测数据指导施工21.新奥法与明挖法的区别1）适用条件不一样。新奥法适用于山岭隧道，围岩多为岩土，整个工程埋设于地下。明挖法多用于城市或城市郊区的地下空间开挖，围岩多为松散的沉积土层，且覆盖层厚度较浅，采用基坑或放坡开挖。2）支护形式不一样。新奥法以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段；而明挖法根据具体的施工工况可采用多种支护型式。3）设计思想不一样。新奥法的设计思想是充分利用围岩的自承能力；而明挖法则避免围岩自承能力的发挥。4）对周围环境的影响不一样。明挖法对周围环境影响有严格的控制，而新奥法由于大多穿越崇山峻岭，对周边环境的影响无严格的要求。22.浅埋暗挖法的施工原则？“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”管超前——在工作面开挖前，沿隧道拱部周边按设计打入超前小导管；严注浆——在打设超前小导管后注浆加固地层，使松散、松软的墙体胶结成整体。增强墙体的自稳能力，和超前小导管一起形成纵向超前支护，防止工作面失稳。此外，严注浆还包括初支背后注浆和二衬背后注浆。短开挖——每次开挖循环进尺要短，开挖和支护时间尽可能短。早封闭——开挖后初期支护要尽早封闭成环，以改善受力条件。勤量测——量测是对施工过程中围岩结构变化情况进行动态跟踪的重要手段，是对围岩和支护结构的变形监测，根据监测数据绘制位移—时间曲线出现反弯点时，表明围岩和支护已呈不稳定状态，需要加密监视、加强支护，以确保施工安全。23.浅埋暗挖法的优缺点？1）优点：造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰或少干扰地面交通和周围环境。2）缺点：机械化程度低，劳动强度大，施工风险大，工期较长。24.控制地层沉降的主要措施1）把住超前支护关2）及时施工初期支护3）加强初支拱背回填注浆4）加强二衬背后压浆5）加强施工组织，合理安排工序。25.盾构法施工地面沉降防治措施有哪些？1）保持开挖面的稳定性2）及时、有效、足量地注浆，充填衬砌的间隙3）严格控制盾构施工中的偏差量26.地下工程施工监测获得的信息可分为哪两类？每一类主要包括哪些项目？可分为位移信息和应力信息两大类。1）位移信息主要有基坑围护结构的变形、隧道周边位移、围岩或地层内部位移、地表变形、建筑物或桥梁基础沉降与倾斜、管线变形等。2）应力信息主要有围岩与支护结构之间的接触应力（压力）、围岩内部应力、支护结构内部应力、支撑体系的内部应力、锚杆或锚索的轴力等。27.监测的目的？1）掌握地下工程施工过程中周围地层、支护结构、地下管线和周边建筑物的动态，预防工程破坏事故和环境事故的发生。2）将现场量测结果与预测值相比较，以判别前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步施工参数，从而指导现场施工，做到信息化施工。3）将量测结果用于优化设计，使设计达到优质安全、经济合理，另外还可将现场监测结果与理论预测值相比较，用反分析法导出更为接近实际的公式，用于指导其他工程的施工。三、论述题1.试论述《铁路隧道设计规范》围岩分级的指标和方法。答：分两步确定围岩的分级。1）围岩基本分级围岩基本分级由岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素确定，而岩石坚硬程度和岩体完整程度分级采用定性划分和定量指标两种方法综合确定。其中，岩石坚硬程度根据定量指标——岩石单轴饱和抗压强度划分；岩体完整程度根据结构面特征、结构面发育的组数和岩体结构类型等定性特征及定量指标——岩体完整性指数划分。以岩石坚硬程度和岩体完整程度的分级为基础，结合定量指标——围岩弹性纵波速度先确定围岩基本分级。2）隧道围岩分级修正根据岩石坚硬程度和岩体完整程度两个因素对围岩的基本分级，结合考虑地下水状态和初始地应力状态对基本分级进行修正，得到隧道围岩Ⅰ~Ⅵ的分级表。2试论述地下结构的受力特点答：概括地说，地下结构的受力至少有以下6个方面的特点1）除了承受使用荷载以外，地下结构还要承受周围岩土体和地下水的作用，而且后者往往构成地下结构的主要荷载。2）地下结构的围岩既是荷载的来源，又可以在某些情况下与结构共同构成承载体系。结构的功能主要是加固或支撑围岩、维持和发挥围岩自身的承载和稳定能力。3）地下水对结构的力学作用与岩土材料组成、地下水流场及结构防水系统等因素有关。4）当地下结构的进团深度足够大时，由于地层的成拱效应，结构所承受的围岩竖向压力总是小于其上覆地层的自重压力。5）地下结构的受力可能受到结构与围岩相互作用及施工过程的显著影响。6）地下结构的荷载与众多的、随机必和时空效应明显的、往往难以量化的自然和工程因素有关。3.试论述常见支护结构类型及其特点。1）木支撑。强度低，耐久性差，仅在塌方抢救时用来作为临时支撑。2）钢支撑。有钢拱和格栅拱两种型式，它们都可以迅速架设，并能提供足够的支护阻力。钢支撑与围岩的接触条件取决于楔块的数目和楔块打紧的程度。现在主要是用来作为早期支护；但在大多数情况下都是将它灌入混凝土，作为永久支护结构的一部分。3）锚杆。是一种特殊的支护类型，它主要是超加固岩体的作用，只有预应力和两端锚固型锚杆才能形成主动的支护阻力。能迅速并能立即起任用；故广泛地被用作早期支护，尤其适应于多变的地质条件、块裂岩体及形状复杂的地下洞室。而且锚杆不占用作业空间，洞室的开挖体积要比使用其他类型支护结构时小。4）喷射混凝土。施喷迅速，能与围岩紧密结合，并具有足够的柔性；对岩体条件和隧道形状具有很好的适应性；而且这种支护可根据它的变形情况随时补喷加强。主要用作早期支护。5）立模板灌注混凝土支护。有人工灌注和混凝土泵灌注两种型式。泵灌混凝土支护因取消了回填层；故能和围岩大面积的牢固接触，是当前比较通用的一种支护型式。它的刚度大，强度高，表面光滑。但由于现浇混凝土需要有一定的结硬时间，不能立即承受荷载；故这种支护结构通常都用作后期支护，在早期支护的变形基本稳定后再灌注。6）复合式支护结构。7）盾构4.论述浅埋暗挖法的中隔壁法（CD