中南大学隧道工程答案Word文件下载.docx

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长沙天际岭隧道单洞开挖跨度达17m以上（图2），隧道位于长沙市植物园下面，围岩软弱（Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩），隧道最大埋深仅40m，为保护地表的珍稀树种，要求严格控制地表沉降，确定其合理施工方法和必要的辅助施工措施（说明选定方案的理由，画出纵横向施工工序图）。

图2

试题三：

岳阳市金鹗隧道进口段设计为半明半暗结构形式（图3），围岩条件为Ⅴ级，确定其合理施工方法和必要的辅助施工措施（说明选定方案的理由，画出纵横向施工工序图）。

图3

试题四：

某隧道由于岩层节理发育明显，在隧道施工过程中出现坍方事故，具体如图4所示，坍方高度约18m，确定其具体处理方法。

（说明选定方案的理由）。

图4

《隧道工程》答卷

本人承诺：

本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。

签名：

______________

学号：

____________________专业：

__________________学习中心：

_________________

题号

一

二

三

四

总分（百分制）

评阅人签字

成绩

第一题答案：

一、穿越溶槽方式主要有堵填或架梁跨越等。

桐油山隧道溶槽范围大，基底换填不切实际，注浆加固溶槽充填物的技术要求高，不易保证客观效果。

经过慎密的研究，决定采用架梁跨越方式穿过。

这种方式能确保隧道结构不会出现由于基底承载强度的弱化而发生沿线路纵向或横向的开裂，为保证良好的隧道质量创造了条件。

1、弹性地基梁设计

为使隧道安全通过，在左、右边墙及中墙基溶槽底各设一根纵向钢筋混凝土梁（简称地基梁）跨越。

梁长30m，梁高1m。

为了分散墙底压力，设计边墙地基梁宽1.3m，中墙地基梁宽2.7m，各超出墙底宽度15～35cm，梁的纵向两端各留5m置于基岩（Ⅲ类围岩）上，梁中段置于溶槽充填物上。

2、穿越溶槽施工工序

弹性地基梁设计[1]双跨隧道一般不宜两洞同时施工，以避免在同一断面上出现大跨度而影响围岩的稳定。

该隧道段位于不良地层中，需要穿越溶槽，更应谨慎行事，任何一道工序的错乱都有可能导致严重的后果。

因此，施工方案总的思路是首先开挖一侧隧道（单跨），将衬砌完成后再进行另一侧隧道的施工。

3、主要支护形式

为稳定围岩（特别是溶槽粘土充填物），设置了超前注浆小导管预支护作为辅助施工措施。

采用长4.5m的φ42钢管，沿隧道拱圈布置，环向布置间距35cm，沿隧道纵向每2m布设一环。

同时架设I18工字钢钢拱架，钢拱架纵向间距0.5m。

二次模筑衬砌的设计通过荷载-结构模型计算分析后确定。

考虑到初期支护担负着一定的围岩荷载，且辅助施工措施采用了小导管注浆加固也有利于减少围岩压力，故将上覆全部土体自重的80%作为二次衬砌的垂直压力，侧压力比照处理，中墙在中导洞的高度范围内无侧压力。

隧道在施工过程中有2种结构状态，即单跨衬砌结构状态与双跨衬砌结构状态。

先行施作的单跨衬砌结构是偏压结构，而最终完成的双跨衬砌结构是对称结构，显然单跨衬砌结构是最不利的受力结构。

衬砌基底压力计算结果（每延米）为：

中墙基底2460kN，边墙基底2200kN。

作用在地基梁上的荷载为：

中墙地基梁宽2.7m，作用荷载2460/（2.7×

1.0）=911kN/m2；

边墙地基梁宽1.0m，作用荷载2200/（1.0×

1.0）=2200kN/m2。

要说明的是，由于隧道采用了钢筋混凝土仰拱，对照图2的施工步骤可知，不论是单跨结构还是双跨结构，最终完成的工序都是拱圈衬砌，即在地基梁承受地层荷载之前隧道就已经形成了闭合支护结构，仰拱将分散相当一部分压力。

因此，实际作用在地基梁上的压力应该比计算值要小，但出于准确判断的难度与顾及到施工中可能出现一些意料不到的不利因素，未予以折减。

此外，二次模筑混凝土衬砌浇注后将与增设的弹性地基梁共同工作，相当于增加了地基梁的刚度，这样处理后的荷载应当偏于安全。

按照计算结果，二次衬砌必须采用钢筋混凝土结构。

应说明的是，地基梁置于两端基岩上的长度对于梁的内力状态影响较大，留置过长会造成浪费，过短又不安全，而且不管是过长还是过短，都会使梁的内力分布不合理。

因本工程必须尽快对溶槽进行处理，以免造成塌方事故，所以没有时间作更深入的分析。

建议类似的工程可以考虑对梁在基岩上的留置长度及梁的截面高宽比作进一步的优化处理。

软弱围岩隧道通常被列为重难点控制工程,对工期、安全、质量、投资均产生重大影响。

本隧道断面跨度大、围岩软弱、防护要求高，所以要严格选择施工方法及辅助措施。

1软岩隧道地质工程特点

1.1地质特点

软岩,主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。

范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层,人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。

普遍具有内磨擦角小,粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。

一般南方地区软土含水量偏大,扰动易液化呈液态流动,北方地区软土含水量较小,失水后易呈固态流动,扰动易崩坍。

北方地区软土浸水饱和,极易流失并很快失去承载力。

1.2工程特性

软岩扰动后,自稳能力下降,松动圈不断扩大,围岩压力逐渐增加,再次稳定的时间很长,支护及衬砌结构承受围岩压力,极易引起支护结构变形、收敛、下沉和衬砌结构开裂等事故和病害,同时往往伴随地表下沉,失水等环境问题。

软岩由于具有稳定性差,易崩塌溜滑等特点。

洞口段拉槽施工极易引起大范围牵连性滑动,因而难以接近仰坡,进洞困难。

洞内施工,由于承载力不足,易导致支护结构下沉收敛,同时掌子面围岩自稳力差,易涌出和坍塌,施工困难,危险性大。

软岩自稳时间短,一般采取化大为小,分部施工的方法,因而工序繁多,应力转换频,封闭环形成的时间长,安全与进度、进度与质量的矛盾突出。

软岩常处于地质变化复杂的地带,预设计难以一次摸清地质,因而施工标准、方法、设计参数必须及时随围岩变化调整,没有固定的模式。

软岩隧道施工风险大,常给管理者和施工人员带来极大的精神压力,施工过程对管理者、技术人员和施工队伍都是一次严峻的考验。

2施工方法

隧道采用喷锚构筑法施工、复合衬砌。

喷锚构筑法是根据新奥法原理,以岩土力学原理为基础,合理地利用围岩的自承能力,尽量减少开挖隧道对围岩的扰动,使围岩成为支护体系的组成部分。

监控量测是喷锚构筑法的重要内容,通过监控量测指导隧道的设计和施工。

据此,施工中我们遵循了下列原则:

合理利用围岩的自稳能力,保持围岩稳定;

以喷射混凝土、锚杆为主要支护手段,必要时采用钢架联合支护,及时支护,及时封闭,使围岩成为支护体系的重要组成部分;

减少开挖作业对围岩的扰动,保持隧道开挖轮廓圆顺;

二次衬砌在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下进行。

2.1洞口段施工

一般来讲,洞口段由于埋深较浅,围岩破碎松散,开挖后,围岩不能形成自然拱,或者不能自稳,或者自稳时间较短,易导致坍塌。

为安全进洞,均采用套拱。

进、出口地质条件较好时清理边仰坡,并对边仰坡进行锚杆挂网和喷混凝土封闭,在拱部3m范围内打三排超前锚杆;

洞口位于地下水、地表水发育地段,对围岩采用40超前小导管进行预加固。

在套拱下施工作业,确保安全。

2.2正洞施工

当围岩软弱、松散时,围岩变形快,侧压力大,自稳时间短,初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求,甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。

根据本隧道围岩情况,采用超前小导管进行预加固。

由于围岩软弱,且覆盖层较薄，开挖后不宜暴露时间过长,为确保安全,开挖和初期支护参数原则上不能超出Ⅴ、Ⅵ级隧道开挖和初期支护参数。

3.3施工工序

大跨度连拱隧道施工一般采用导坑先行的减跨原则，但由此也带来洞室经多次开挖引起应力频繁的重分布、荷载变化大、工序烦琐。

尤其两隧洞相距较近时，由于两隧洞相互作用，相邻侧的应力明显大于相反侧的应力，这使得选择合理的施工顺序减少应力变化，保证连拱隧道中墙的稳定至关重要。

为此，隧道在本地段采用中导坑单侧先行台阶法施工，如下图：

隧道施工工序图

3软弱围岩隧道施工设备

3.1超前支护作业机具

软岩隧道的超前支护,一般锚杆可采用矿用电煤钻成孔施作,迈式锚杆或WTD锚杆专用风枪钻孔或直接打入,管棚打孔可采用管棚钻机如国产土星881（轨行）、金星900（履带式）或矿用地质钻机打孔。

一般先成孔后顶管,国产设备由于成孔的直线度较差,顶管阻力大,机具作业欠灵活,施作效率较低,一般最大管棚施作长度在40m以内。

瑞典和日本产专用管棚钻机的施作效率和一次施作长度均有很大提高。

另外,采用凿岩台车掘进臂改造后钻孔和顶进管棚,也可以获得很快的施作进度,一般在成孔较好的软岩中可施作20m以内的管棚。

软岩钻孔,一般宜用螺旋钻杆,土质钻头,干钻成孔,孔壁坍塌可选用套管跟进,使用偏心扩孔钻头。

若为粘土层,不易坍孔,可使用水钻成孔。

3.2开挖作业机具

工程规模较大,软岩分布广,如地铁施工采用全护盾式土压或水压平衡盾构机,也可采用履带行走臂式护盾掘进机进行开挖施工,本文主要探讨一般机具条件支持下的施工方法。

一般软弱隧道开挖空间狭窄,大型机械难以施展作业。

洞内开挖一般用人工,普通工具有锹、镐、铲、镢头等,稍硬或风化层使用风镐或电煤钻、风枪打孔微震松动爆破解决。

无轨出碴工具采用0.1-0.3m小型履带挖掘机,风动翻渣机,农用自卸车或小型低高度装载运输车,也可采用履带行走的挖掘装载机。

软岩隧道有轨出碴运输可采用矿用侧卸斗车（0.8-2m）、人力推运或调度卷扬牵引,也可采用8-14t电瓶车牵引,8-16m棱式矿车载运渣。

4结束语

软岩隧道施工,具体情况各有不同,施工方法的选择应以适合围岩特点,操作性强,能够确保安全,最大限度发挥机械作业和人力效率为优化原则。

在制定软岩隧道施工方案之前宜充分汲取以往的施工经验教训,避免重大方案的失误,增加方案的可靠性和可行性。

并且不断在施工中根据各种条件的变化及时调整优化完善方案,确保施工质量。

根据连拱隧道的受力特点及一般连拱隧道的施工工序，拟定了如下3种可行的半明半暗连拱隧道的施工方案。

方案1：

（1）先开挖中导洞，施做临时支护；

（2）修筑中墙；

（3）开挖右侧暗洞并施作初期支护；

（4）修筑暗洞二次衬砌；

（5）开挖左侧明洞基坑；

（6）修筑明洞衬砌；

（7）洞顶回填土石。

方案2：

（3）开挖左侧明洞基坑；

（4）修筑明洞衬砌；

（5）洞顶回填土石；

（6）开挖右侧暗洞并施作初期支护；

（7）修筑暗洞二次衬砌。

方案3：

（1）先开挖左侧明洞基坑（基坑范围保证有足够的空间施作隧道中墙）；

（2）修筑中墙及明洞衬砌；

（3）洞顶回填土石并在靠近右侧暗洞洞顶处采用混凝土材料构筑人工山体；

（4）开挖右侧暗洞并施作初期支护；

（5）修筑暗洞二次衬砌。

以上3种方案中，暗洞施工统一采用先开挖侧导坑，再采用上下台阶法进行开挖的施工方法。

隧