隧道工程复习概要

中国最长隧道：位于陕西的终南山隧道，长全长18.4公里，道路等级按高速公路，上下行双洞双车道设计，安全等级一级。贵州第一隧道：崇遵高速线上的凉风垭隧道，单向分离式，双洞隧道，左右隧道相距33m，双线长8170m。隧道：以某种用途在地下用任何施工方式按规定形状和尺寸修建的断面大于2平方米的洞室。现在隧道的发展特点：隧道越修越长，曲线隧道多，纵向式通风方式占主导地位，双洞取代单洞，隧道功能多样化。隧道的分类:1）按地质：岩石隧道，土质隧道，2）按所处位置：山岭隧道，城市隧道，水底隧道，3）施工方法：矿山法，明挖法，盾构法，沉埋法，掘进机法，4）按埋深：浅埋，深埋，5）按断面形式：圆形，马蹄形，矩形，6）按断面大小：特大（＞100m2）,大（50--100），中等（10--50）小（3--10），极小（＜3）.7）按长度：特长（＞3km），长（1km—3km），中长（0.5km—1km），短（＜0.5km），8）按用途：交通隧道，水工，市政，矿山，9）按车道数：单车道，双车道，多车道。交通隧道的内容：公路（供汽车用），铁路（火车），水底（供汽车和火车），地铁，航空隧道，人行隧道。隧道勘察的目的：查明隧道所处的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响;为规划、设计、施工提供所需要的勘察资料，并对存在的岩土工程问题，环境问题进行分析评价，提出合理的设计方案好施工措施的意见建议，从而使隧道经济、合理、安全。隧道勘察的主要方法：收集与研究既有资料、调查和测绘、勘探、实验与长期观察物探：凡是以各种岩土物理性质的差别为基础，采用专门的仪器，观测天然或人工的物理场变化，来判断地下地质情况的方法。隧道勘察阶段的划分：可行性研究勘察，初步勘察，详细勘察。初勘的手段：以调查和测绘为主，配合物探，并充分利用以往地质资料。详细勘察的方法和手段：测绘、物探、坑探、槽探、钻探。隧道与地下水的关系：1）隧道内涌水，这将恶化围岩稳定状态，导致施工困难，增加工程造价，2）地表枯水，造成工业用水及饮水困难。现有生态保护的内容：水资源保护、植被保护、特殊保护区、特殊地段、特殊地质断、对环境污染的防治（防水处理、粉尘污染、噪声、振动、有害物质），弃物处理。越岭隧道：线路为穿越分水岭而修建的隧道。傍山隧道：傍山依和而行的隧道。越岭隧道平面位置的选择：隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口选择。选择时要着重考虑在路线总方向上的垭口，地质条件和隧道长度，另外还考虑两侧展线的难易程度、线性和工程量大小。越岭隧道高程选择：隧道高程越高，隧道长度约断，相应施工工期也越短，但两边展线长度增加，出现隧道群，并且线路拔起高度大，运营条件差，线路通过能力低：而低高程隧道则与之相反，但施工难度增加，施工期较长。隧道的组成：主体建筑物（洞门、洞身衬砌、明洞）附属建筑物通风、照明、防排水系统、安全设施、电力通信设施）隧道平面：是指隧道中心线在水平方向的投影。隧道纵断面：是指隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线有单面坡（3%）和人字坡（1%）两种。隧道的合理纵坡0.3%--3%。隧道净空：指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道建筑限界：是为了保证隧道内各种交通的正常运行和安全，而规定在一定高度和宽带范围内不得有任何障碍物的空间界限。隧道建筑限界由行车宽度，侧向宽度，人行道或检修道等组成。21、 设计衬砌断面主要解决内轮廓线、轴线和厚度三个问题。衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。衬砌外轮廓线：是指为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度的外缘线（最小开挖线）。实际开挖线：为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，采用钻爆发开挖时，实际开挖线不可避免的形成不规则形状。因为比衬砌外轮廓线大，又称为超挖线，超挖部分的大小叫超挖量。22、 三星圆拱和直强式衬砌：主要可用于承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力；五星园曲强式衬砌:主要用于承受竖向压力和较大侧压力时，当有沉陷可能和受底部压力时，宜加设仰拱曲墙衬砌。23、 衬砌：是为控制和防止围岩的变形和坍塌，确保围岩的稳定或为处理涌水和漏水或为隧道内整齐和美观等目的，将隧道周边的围岩覆盖起来的结构物。24、 隧道围岩：是指隧道（坑道）周围一定范围内，对隧道（坑道）稳定性能产生影响的岩（土）体。围岩压力：围岩变形受到支护结构的阻挡而在支护与围岩的接触面上所产生的压力。包括松动压力和变形压力。25、 围岩分级的因素指标：单一的岩性指标（单一指标只能表达岩体特征的一个方面），单一的综合岩性指标（岩体的弹性波传播速度、岩石质量指标RQD=10cm以上岩心累计长度/单位钻孔长度x100%、围岩的自稳时间）、复合指标（Q复合指标、RMR复合指标、岩体基本质量指标）。26、 隧道围岩分级方法：1）按分级目的的不同：地质分级和工程分级：2）按分级的用途：质量分级、稳定性分级、可钻性分级、爆破性分级；3）按不同行业：水利水电围岩、公路围岩、铁路围岩、矿山巷道围岩等；4）按工程类别不同：大坝分级、岩石地基分级、边坡分级等；5）按采用的地质勘查手段：锤击、强度试验、回弹法、弹性波探测等。总而言之隧道围岩分级方法：1、按岩石强度为单一岩性指标的分级法。2、按岩体构造和岩性特征为代表的分级法，3、与地质勘察手段相联系的分级法，4、多种因素的组合分级法，以工程对象为代表的分类法。我国公路隧道围岩分级需考虑的指标和因素：1、岩体的结构特征和完整性。2、岩石强度。27、 围岩的基本质量指标BQ。地下水等影响因素。28、 BQ值的计算：BQ=90+3Rc+250Kv条件：Rc>90Ky+30时，以Rc=90Ky+30代人上式计算；Kv>0.04Rc+0.4时：以K：=0.04Rc+0.4代人上式计算。考虑地下水的影响对BQ值进行修正：【BQ】=Bq—100（K]+K2+K3））K]----地下水修正系数；K2主要软弱结构面产状影响修正系数，K3初始应力状态影响。29、 岩石等级的划分：饱和极限抗压强度Rc，Rc>60（MPa）坚硬岩，30<Rc<60较坚硬，15<Rc<30较软岩,5<Rc<15软岩,Rc<5级软岩。30、围岩应力的产生：1围岩的初始应力场（自重应力场9*=b^ ）=W）、构造应力场（把构造体系和构造形式在形成过程中的应力状态称为构造应力场））。2、隧道开挖后的应力场（分为三个区：1区为低力区、2区为高应力区3区为原始应力区）。31、 围岩压力的确定方法：1、直接测量法。2、经验法或工程类比法。3、理论估算法。32、 深、浅埋隧道围岩应力的确定：B<5时i=0.2；B>5时i=0.1.q=0.45x2s-1x仰(kN/m2)有1+i(B-5)B<5时i=0.2；B>5时i=0.1.H/B<1.7的深埋隧道。1、2时为0；3时为0.15q；4时为（0.15〜0.3q）0.3〜0.50.5〜1.0浅埋时：Hp=（2〜2.5）hp hp=q/r（r围岩重度）埋深H小于或等于等效荷载高度hp时：q=rH.。浅埋隧道围岩压力：竖向压力：q=m侧向压力：e=Y（H+0.5Htan2（45o-6/2））i影响围岩稳定的因素：地质因素，施工（人为）因素，前者是基本的，后者通过前者起作用。地质因素：岩土体结构状态、岩土的工程性质、地下水状态、围岩初始应力场。施工因素：埋深、施工方法、支护方法和时间、隧道形状和尺寸。整体式衬砌：在隧道内树立模板拱架，然后浇筑混凝土。复合式衬砌：型钢拱架或格栅拱架、锚杆、初期喷射混凝土、二衬混凝土组成的一种组合支护结构。喷锚衬砌：锚杆支护和喷射混凝土支护共同形成的一种组合结构。洞门：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，其作用是保证洞口的仰坡的稳定和安全、引离地表水，减少洞口土方开挖量。洞门的形式及其使用条件：端墙式，翼墙式、削竹式。端墙式适用于岩质较好的围岩，以及地形开阔的地区。翼墙式适用于岩质较差的围岩，以及需要开挖路堑的地方。削竹式洞口岩层坚硬、整体性较好、节理不发育，且不易风化，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时采用。辅助坑道：横洞、平行导坑、竖井、斜井、使用于通风的竖井。明洞：当隧道埋深较浅，上覆岩土体较薄，则应采用明挖法来开挖隧道，这种用明挖法修筑的隧道称为明洞。类型及其适用条件：拱式明洞（路堑对称型、路堑偏压型、半路堑偏压型、半路堑单压型），棚式明洞（墙式棚洞、刚架式棚洞、柱式棚洞、悬臂式棚洞）路堑对称型适用于洞顶地面平缓，路堑两侧地质条件基本相同，原山坡有少量坍塌、落石以及隧道洞口岩层破碎，洞顶覆盖较薄，难以暗挖法修建的隧道地段。路堑偏压型适用于两侧山坡高差较大的路路堑，高侧边坡有坍塌、落石或泥石流，低侧边坡明洞墙顶以下部分为挖方，且能满足外侧边墙嵌入基岩要求的地段。半路堑偏压型适用于路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不良地质现象，而外侧地面较为宽敞和稳定，上部填土坡面线能与地面相交以平衡山侧压力的地段，半路堑单压型适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形陡峻无法填土地段。墙式棚洞适用于边坡存在坍塌、落石的地段，横向断面类似桥跨结构，刚架式棚洞适用于小量落石，或在连接两座隧道间需要明洞时，为改善隧道通风条件而被采用，柱式棚洞适用于小量落石，地基承载力高，或基岩埋藏浅的地段，悬臂式棚洞用于山坡较陡，坡面有少量落石，并且外侧地基不良或不宜设基础的情况。拱式明洞用于接长明洞或在路堑边坡不稳定地段，棚式门洞用于塌方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞的情况。隧道的治水原则：“截、堵、排相结合”的综合治水原则，并以模筑混凝土衬砌作为防水的基本措施。截，就是在隧道以外将地表水和地下水疏导截流，使之不进入隧道工程范围内。堵，就是以衬砌混凝土为基本防水层，以其他防水材料为辅助防水层，阻隔地下水，使之不进入隧道内的防水措施。排，就是人为设置排水系统，将地下水排出隧道。隧道内装结构：隧道内装、隧道顶棚、隧道路面隧道内噪声的消减隧道结构体系的计算模型：1）荷载一结构计算模型。主要适用于围岩过分变形而发生松弛和崩溃，支护结构主动承担围岩“松动”压力的情况4、连续介质模型。将支护和围岩视为一体作为共同承载的隧道结构体系。局部变形理论的特点：以温克尔假定为基础，这一假定相当于认为围岩是一组各自独立的弹簧，每一个弹簧表示一个小岩柱，这一假定能反映衬砌的应力与变形的主要因素，并且计算简便实用，可以满足工程设计的需要。43、作用在结构上的荷载：永久荷载（围岩压力、土压力、结构自重力、结构附加荷载水压力、混凝土收缩和徐变的影响）、可变荷载（基本可变荷载、其他可变荷载：度变化的影响力、冻胀力、施工荷载）、偶然荷载（地震力、落石头冲击力）锚喷支护：是喷射混领土支护与锚杆支付的简称凝土。喷射混凝土、锚杆和联合支护是新奥法的三大支柱。锚喷支护施工的原则：1）采取各种措施，确保围岩不出现有害松动。2）使围岩变形适当发展，最大限度发挥围岩自承能力。3）保证喷锚支护与围岩形成共同体。4）选择合理的支护类型与参数并且充分发挥其功效。5）采取正确的施工方法。6）依据现场监测数据指导施工。锚喷支护的特点：及时性、紧贴性、柔韧性、深入围岩内部加固、支护组合和设置时间的灵活性、密封性。锚喷支护的力学作用：锚杆支撑结构（锚杆的连接作用、锚杆的减跨作用、锚杆的组合作用、锚杆的支护和整体加固作用），喷混凝土支护结构（喷混凝土支护结构的局部稳定原理（冲减破坏、撕破作用），喷混凝土支护结构的整体稳定原理）混凝土支护结构：喷混凝土支付结构的局部稳定原理（冲切破坏计算、撕开作用计算X喷混凝土支护结构的结构稳定性原理。“及时”对于好的围岩指“适时”，对差的围岩是“尽快”。给与围岩内缘的支持力越小，则围岩体中出现的塑性区越大，围岩出现的塑性区越大，则围岩对支护的形变压力越小，洞室所处的原岩一次应力越大，则塑性区的半径就越大。洞室周边的径向位移的大下主要取决于支护力，当支护力减小时，周边的径向位移增大。矿山法：来自古老的修筑矿山地下工程中采用的方法的总称，它总是与钻眼、爆破技术联系在一起，因此也称爆破法。新奥法：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，及时地进行支护，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测量、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原理。隧道通风的目的：1）对有害气体稀释，保证隧道内卫生条件。2）对烟雾进行稀释，保证隧道内行车安全。3）对异味稀释，提高隧道内行车的舒适性。新奥法的精神：充分发挥围岩的自承能力。新奥法的施工工序：施工准备----确定施工方案-----开挖----初期支付（测量监控）---防水隔水层---二次衬砌---竣工。新奥法的基本原则：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭。少扰动，施工中断面分块不易过多，开挖应当采用光面爆破，预裂爆破或机械掘进。早喷锚：及时地进行喷锚，勤量测：应进行现场测量和监视，及时提出可靠的、数量充足的测量信息，并及时反馈用来指导施工和修改设计。紧封闭：施工中尽快使之闭合，而形成封闭的筒体结构。新奥法的基本施工方法：全断面法、台阶法（长台阶法、短台阶法、超短台阶法、分部开挖法。炮眼布置和周边眼的控制爆破：掏槽眼布置、辅助眼布置、周边眼布置、周边眼的控制爆破.隧道施工预支付技术：超