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隧道施工技术平时作业题 湖北三峡职业技术学院•交通学院 《隧道施工技术》课程习题集 任务一：了解隧道常识 解释名词 1、隧道——建筑在地下的通道建筑物。工程中还常将未加护的毛洞称为坑道。 2、围护——指坑道周围一定范围内，对坑道稳定有影响的那部分岩体。或表述为：坑道周围一定范围内，受隧道工程施工和使用中车辆荷载影响的那部分岩体。 3、支护——为维护围岩稳定而施作的人工结构。 4、隧道工程理论——是人们对隧道及地下洞室工程问题的基本认识（即概念）、力学模型的模拟建立、工程措施的选择原则以及工艺流程的设计思想的总和或核心表述。它体现人们对工程问题的基本认识和解决工程问题的基本策略。 5、隧道工程设计——是出于开拓并持续安全应用地下通道空间的目的，勘察地形、地质、地物等环境条件，确定隧道位置，并根据隧道围岩自稳能力的强弱，选择确定为保持隧道稳定所需提供帮助的多少——即需要的加固范围，以及 2、隧道的种类、规模和工程特点？ 种类： 行业习惯上常按隧道的作用将其划分为交通隧道、输水隧道、市政隧道、矿山隧道四类。专业上按隧道所处的地质条件来分，可以分为土质隧道和石质隧道；按埋置的深度来分，可以分为浅埋隧道的深埋隧道；按隧道所在的位置来分，可以分为山岭隧道、水下隧道、水底隧道和地铁隧道等。 规模： 一般可从长度和断面两个方面来加以区分： 1）我国公路（铁路）隧道的长度等级划分为： ①长度在500m及以下为短隧道； ②长度在500m以上至1000m为中长隧道（铁路隧道500m-3000m）； ③长度在1000m以上至3000m为长隧道（铁路隧道3000m-10000m）； ④长度在3000m以上为特长隧道（铁路隧道10000m以上） 2）我国铁路隧道的开挖断面等级划分为： ①断面积在10㎡及以下为小断面； ②断面积在10㎡以上至50㎡为中等断面； ③断面积在50㎡以上至100㎡为大断面； ④断面积在100㎡以上为特大断面。 特点 1）隧道工程主体结构埋设于地面以下，因此，隧道周围区域的工程地质和水文地质条件对隧道施工是否能够顺利进行，起着重要的、甚至决定性的作用。地质条件不同，则施工方案会有较大的差异。 2）隧道是一个狭长的建筑物，作业面受限，施工速度比较慢。往往使一些长大隧道的工期也比较长，成为新建线路上控制工程。 3）与桥梁和线路工程相比，隧道施工受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件的影响较小，因此一般均可以常年全天候稳定地安排施工，但在浅埋区段受地下水影响明显时，应注意规避。 4）地下工程的施工环境较差，在施工过程中还可能进一步恶化。 5）隧道是一种埋设于地下的大型隐蔽工程，建成困难，建好困囊，一旦建成要更改就更困难。 6）隧道大多穿越崇山峻岭，工地一般都位于偏僻的深山峡谷之中，往往远离已有交通线，运输不便，物资供应困难。 3、现代隧道施工技术的几个基本概念 1）隧道工程设计 隧道工程设计是出于开拓并持续安全应用地下通道空间的目的，勘察地形、地质、地物等环境条件，确定隧道位置，并根据隧道围岩自稳能力的强弱，选择确定为保持隧道稳定所需提供帮助的多少——即需要的加固范围，以及选择确定支护的材料种类、结构形式、力学性能、参与时机、施作方法、监测方法、质量标准等支护技术参数，并评估支护的有效性和经济性的一系列工程规划活动。 2）隧道工程施工 隧道工程施工是指按照规划的使用目的、规划的设计要求、规定的技术标准，使用适当的人员、资金、机械、材料，运用适当的施工方法、施工技术和施工管理，在指定的地层中修建隧道及地下洞室建筑物的建筑活动。 3）隧道施工方法 隧道施工方法是开挖和支护等工序的组合。隧道工程常用的施工方法有：新奥法（NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘进机法、沉埋法。 4）隧道施工技术 隧道施工技术是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中所需的各项技术手段和措施。 5）隧道施工管理 隧道施工管理是以履行施工合同为目的，建立和运行隧道施工管理体系，并在运行的过程中加以改进的过程方法。即对施工过程的计划、实施、检查、改进（PDCA）的程序和方法。 6）隧道工程理论 隧道工程理论是人们对隧道及地下洞室工程问题的基本认识（即概念）、力学模型的模拟建立、工程措施的选择原则以及工程流程的设计思想的总和或核心表达。它体现人们对工程问题的基本认识和解决工程问题的基本策略。 4、隧道及地下工程的两大理论体系其核心内容是如何表述的？有何区别？ “松弛荷载理论”的核心内容是：稳定地岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。 “围岩承载理论”的核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。 两种理论的根本区别是：在开挖坑道后或预计围岩稳定能力不足时，传统的松弛荷载理论由于当时的技术、材料的限制和对围岩认识的不透，主要着力研究如何对围岩施加外部的支撑（包括临时性的钢木构件和永久性的混凝土初衬），即更注意结果和对结果的处理。亦即将围岩视为荷载的来源，继而被动接受了开挖坑道后围岩的任何变化结果，并采取直观简单的方法和结构来承受围岩压力，以期维持围岩的稳定。而现代“围岩承载理论”则是由于新技术、新材料的成功应用和对围岩认识的加深，主要着力研究如何对围岩施加内部的加固，即更注重过程和对过程的控制。亦即将围岩视为隧道的结构主体和承载主体，继而主动控制开挖坑道后围岩的变化过程，并采取积极有效地方法和措施以加固围岩，以期充分利用围岩固有的自稳能力。 5、现代隧道施工技术的发展方向表现在哪些方面？ 1）加强对施工中隧道地质勘探和预报技术研究 加强对施工中隧道地质勘探和预报技术的研究和应用，避免发生突水、突泥、坍方等重大、特大工程事故，在今后隧道施工中将更为重要和突出。 2）加强对围岩动态量测技术及预报分析技术研究 隧道施工阶段，在凭经验不能准确有效地判断围岩稳定程度及其发展趋势时，量测就是对围岩稳定程度和发展趋势进行准确判断的有效手段，更是预报围岩动态和指导施工、保障安全的可靠依据。 3）加强对隧道施工机械化与成本关系的研究 在我国人力资源丰富的条件下，机械化达到什么程度，才是技术、经济、工期、投资、社会等各方面都可以接受的平衡点，机械化程度与隧道工程投资（或施工成本）的关系如何，是值得深入研究的问题。 4）加强对山岭隧道掘进技术的研究 开发更高效环保爆破器材，推广应用高效节能的凿岩机械。 5）加强对初期支护技术及其耐久性的研究 完善初期支护施工工艺（如使用液压凿岩台车钻眼等），提高初期支护的有效性，是保证施工质量、保证施工安全的基本条件。如何保证结构的可靠度，尤其是如何保证初期支护具有足够的耐久性。 6）加强对提高内层衬砌施工速度及其整体性、防水性能的研究 在高速铁路和高速公路线上的隧道中，为增强衬砌的整体性，已经不再允许先作墙拱后作仰拱，而是明确要求“完全顺作”，也不再允许将仰拱分成左右两幅施作。防水方面采取“多重防水技术”。“分区隔离防排水技术”。 7）加强对注浆加固（地层改良）技术的应用研究 应特别加强地层改良技术如注浆加固技术、冷冻固结技术、电渗固结技术、超前小导管或超强管棚注浆加固技术的应用研究，以提高在不良地质条件下隧道施工的安全性，具有十分重要的意义。 8）加强对隧道施工现代管理方法的应用研究 9）促进勘察、设计、施工一体化趋势 在隧道施工过程中根据实际围岩动态来进行支护设计当然是最经济、合理和有效地。勘察、设计、施工一体化的做法。 任务二：认识隧道结构 单层衬砌——主要是采用混凝土或钢筋混凝土为材料就地模筑而成，也称为“模筑衬砌”结构层次单一、形状比较复杂，受力不太合理，已经很少使用。 复合衬砌——由初期支护和内层衬砌组成。 拼装衬砌——是将衬砌分解为管片，进行工厂预制，然后运到现场安装。它既可以按传统松弛荷载理论设计为单层衬砌，也可以按现代围岩承载理论设计为内衬砌，是一种有一定发展前途的衬砌形式。立即承载荷载，施工速度快，但整体性差，受力状态不太好，防水性能较差，在富水地层需要有较多的支持措施。 初期支护——初期支护是帮助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间的安全，以便挖除坑道内岩体的一系列支护结构和工程措施。 后期支护（内层衬砌）——内层衬砌一般是在施作初期支护并使围岩变形基本稳定后再施作的。 锚喷支护——锚喷支护是初期支护最基本的结构形式，也是在常规条件下的隧道工程中使用最多的工程措施。锚喷支护就是锚杆（系统锚杆和局部锚杆），加喷射混凝土（素喷、网喷或钢纤维喷射混凝土），有时加设钢拱架（型钢拱架或格栅钢架）的组合。 超前支护——针对掌子面前方围岩（包括将被挖出的岩体）而采用的一系列支护措施。 地层改良——注浆加固是为了改良松散地层的工程力学性能，而将适宜的胶结材料按一定的注浆工艺注入到松散地层中的工程措施。也称为“地层改良”。 锚杆——锚杆或锚索是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。 喷射混凝土——以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上并迅速凝结而成的细石混凝土。 钢拱架——钢拱架因其整体刚度和强度均较大，对围岩松弛变形的限制作用更强，可及时阻止有害松动，也可以承受已发生的松弛荷载，保证坑道稳定与安全，还可以作为超前支护的反支点。 6、隧道支护结构有哪几种类型？其力学意义有何区别？ 单层衬砌，复合衬砌，拼装衬砌。 初期支护是帮助围岩获得初步稳定，并保证隧道施工期间的安全。内层衬砌主要是承受后期围岩压力并提供安全储备，保证隧道的长期稳定和行车安全。 7、隧道洞门有哪几种结构类型？ 洞口环框、端墙式洞门、翼墙式洞门三种 8、隧道附属设施有哪几种？ 安全避让设施（大小避车洞）、排水设施和电力及通讯信号的安放设施等。还有一些专门的构造设备。如洞门的检查梯、仰坡的截水沟、洞内变压器洞库、电力牵引接触网的绝缘梯车间、无人值守增音室等。 9、隧道附属设施的标高设计要求？ 对于10km以上的特长隧道还应考虑设置方向装换场地（或称回车道设置）。隧道内紧急停车带的间距一般可取为500-800m。超过2km以上的隧道必须考虑设置宽2.5m、长25-40m的紧急停车带，间隔约为750m。除了长度在100m以下，且常年干燥无水的地层以外，一般水文地质条件下的隧道均应设置排水设施。 任务三：认识围岩稳定性 9、成洞的三种情形及影响围岩稳定地因素？ 1、围岩工程地质条件：主要是指围岩所处的原始应力状态；围岩的破碎程度和结构特征；围岩的强度特性和变形特性；地下水的作用等条件。 2、隧道工程结构条件：主要是指隧道所处的位置；坑道的形状（尤其是顶部形状）；坑道的大小（跨度和高度）等条件。 3、隧道工程施工条件：主要是指施工方法（即对围岩的扰动程度）；施工速度（即围岩的暴露时间）；支护的施作时间（即其发挥作用的时机）；支护的力学性能及其与围岩的接触状态。 自然成拱作用？ 即自然界地层的天然洞室，其顶部形状都趋向于形成穹隆形（拱形） 10、地质体——工程地质学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，并将岩体看作是由结构面和结构体组成的具有结构特征的地质体。 岩体——岩体是在漫长的地质历史中，经过造岩、构造变形和次生蜕变而成的地质体。 围岩——指坑道周围一定范围内，对坑道稳定有影响的那部分岩体。或表述为：坑道周围一定范围内，受隧道工程施工和使用中车辆荷载影响的那部分岩体。 结构体——工程地质学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。 结构面——工程地质学中将这些地质界面称之为结构面。 填充物——？ 结构特