西南交大本科课程 山岭隧道 简答题Word文档下载推荐.docx
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岩体自重应力场的变化规律为：
1、地应力随深度线性增加；
2、水平应力总是小于于垂直应力；
3、地质构造形态改变了自重应力场的状态，这在实际工程中不容忽视；
4、深度对初始应力状态有重大影响。
2、构造应力场
构造应力场的变化规律为：
1、地质构造形态的变化不仅改变了自重应力场，除了以各种构造形态获得释放外，还以各种形式积蓄在岩体内，其中残余应力将对地下工程产生重大影响；
2、构造应力场在不深的地方已普遍存在，最大构造应力的方向多近似水平，且水平应力普遍大于自重应力场中水平应力分量，甚至大于垂直分量。
2、围岩的基本工程性质
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。
地下结构围岩（岩体+土体）的工程性质，一般包括三个方面：
物理性质、水理性质和力学性质。
其中力学性质对围岩的稳定性影响最大。
3、围岩的分级方法
作为分级的基本要素有四大类：
第Ⅰ类：
与岩性有关的要素，例如分为硬岩、软岩、膨胀性岩类等；
第Ⅱ类：
与地质构造有关的要素，如软弱结构面的分布与形态、风化程度等；
第Ⅲ类：
与地下水有关的要素。
第Ⅳ类：
与隧道跨度和施工方法有关的要素
考虑上面四大要素，按其性质主要分为：
（1）以岩石强度指标单参数位代表的分级方法。
（2）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法。
（3）与地质勘探手段相联系的分级方法。
4、我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
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。
岩石坚硬程度和岩体完整程度可采用定性划分和定量指标两种方法确定，并指出围岩级别应在基本级别基础上，考虑地下水状态和初始状态修正。
4、隧道位置的选择
1、地形条件与隧道位置的选择
隧道是克服地形障碍的有利手段，隧道位置的选择很大程度上受地形的制约。
地形障碍有高程障碍和平面障碍两方面。
1、高程障碍：
有三种方案供选择
绕行方案：
深路堑方案:
越岭隧道方案:
2、平面障碍:
两种解决
沿河傍山绕行方案：
隧道直穿方案：
2、地质条件与隧道位置的选择
在选择隧道位置时，都应力求选择在地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过。
尽量避免通过断层、崩坍、滑坡、流砂、溶洞、陷穴以及偏压显著、地下水丰富等地质不良地段，当绕避有困难时，应尽量采取必要的工程措施。
1、单斜构造与隧道位置的选择
单斜构造是指成层的岩层向一个方向倾斜的地质构造。
常见的工程地质问题为不均匀的地层压力、偏压、顺层滑动等现象。
按岩层的倾角不同，可分为三种情况：
（1）水平或缓倾角岩层
当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。
若通过很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为最好。
图
（1）
（2）陡倾角岩层
陡倾角岩层一般有偏压和不均匀压力存在，当有软弱夹层伴以有害节理切割时，易产生坍方和顺层滑动。
隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，避免将隧道置于两种不同岩层软弱构造（破碎）带，图a；
宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中，图b。
（1）（a）（b）
（3）直立岩层
隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，如图。
当层状岩层较薄，并有软弱夹层，伴有微量地下水活动时，亦可产生不对称压力，在隧道开挖中，易产生坍塌，甚至导致大的坍方，致使地面形成“天窗”。
（3）
2、褶皱构造与隧道位置的选择
褶皱构造有向斜和背斜，隧道通过褶皱时，尽量避免将隧道置于向斜或
背斜的轴部。
如图中（a）、（b），而应将隧道置于翼部，如图（c），隧道所处的地质条件类似于单斜构造。
轴部岩层均比翼部破碎；
背斜较向斜略好，向斜容易富水。
3、断裂构造、接触带与隧道位置的选择
断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育，并有被挤压呈破碎的块碎石角砾及断层泥存在，地下水量也较大，常呈突水涌出。
（1）切忌沿着（或靠近平行）断层带或破碎带修建隧道，如图；
（2）隧道必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，如图。
3、不良地质与特殊地质地区隧道位置的选择
（1）滑坡地区隧道位置的选择
①采取隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋深在滑床（可能的滑动面）以下一定厚度的稳固地层中
②当隧道或明洞必须通过滑坡体时，应在查明滑坡的成因、性质、类型、构造的基础上，采取上部减载、下部支挡、抗滑桩（墙）、地表及地下排水、加强衬砌结构等工程措施。
③当隧道穿山皮进洞，通过不稳定并有软弱夹层的岩体时，多有引起山体滑动的可能，为此，选择隧道位置时，应充分预计由于施工开挖和爆破、河岸冲刷和剥蚀、人文活动等影响所导致软弱夹层的不稳定和山体的滑动。
（2）岩堆、崩坍、错落、堆积层以及危岩落石地区隧道位置的选择
岩堆：
常处在极限平衡状态或趋于暂时稳定的过渡状态，一经外界扰动，即会丧失平衡，向下滑移或坍落。
崩坍：
破坏是急剧、猛烈的，规模大者达万方以上，可导致砸毁隧道洞口或明洞衬砌，中断行车，甚至堵塞河道。
错落：
在外形和成因方面与滑坡有些类似，但它的错动面或软弱带不像滑坡面那样光滑和有规律。
堆积层：
一般呈松散状态，隧道开挖后容易引起坍塌，情况严重者常导致地表开裂、坍陷。
在上述不良地质地区，应将洞身置身于稳定的地层，当隧道必须通过时，应分析其稳定性，且采取有效措施。
另外在运营期间，危岩、落石常常危害运营安全，引起断道。
（3）泥石流地区隧道位置的选择
隧道位置应使洞身置于基岩中或稳定的地层内，并保证有足够的顶板覆盖厚度。
在受彼岸山嘴或洪积扇影响而压缩河床，导致冲刷侧蚀威胁线路安全时，线路位置宜往里靠。
（4）岩溶地区隧道位置选择
当洞身不能避开时，宜使隧道与岩溶间壁有足够的岩壁厚度，或采取相应的工程处理措施，如图，并要选择在岩溶水不发育的地带通过，特别注意岩溶水突然袭击的可能性。
2、特殊地质地区隧道位置选择
（1）膨胀岩（土）地区隧道位置的选择
当隧道通过膨胀岩（土）地区时，应在确认膨胀性围岩的范围后，以通过地段最短，地下水含量少者为宜。
（2）含盐地层隧道位置的选择
当隧道通过含盐地层时，宜选择在干燥无水或地下水位低、含盐量最小的地段通过，并对衬砌采取相应的加强措施。
（3）煤系地层隧道位置的选择
应设法避开有害气体含量较高和煤窑采空密集地段，当不可避免时，应选择影响最小的方案通过，同时保证底部隔层有足够厚度或预留煤柱，以减少其对隧道工程的威胁，确保施工安全和结构稳定。
（4）黄土地区隧道位置的选择
应避开沟壑及有地下水后动与地面陷穴密集的地区。
（5）多年冻土地区隧道位置的选择
选择好隧道位置与洞口位置，防止隧道病害发生，减少施工和运营养护的困难。
（6）地震区隧道位置的选择
要注意地形、地质及洞深埋藏深度。
（7）水库地区隧道位置的选择
隧道位置应置于牢固的基岩中，或坍岸范围以外，高程均应设于水库设计正常水位以上规定高度。
五、隧道洞口位置的选择
隧道洞口位置选择原则
1、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，一般情况垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的环节。
此外，地表流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑开挖，破坏山体原有的平衡，更容易引起坍方。
所以，洞口最好选在沟谷一侧。
2、当隧道线路通过岩壁陡立、基岩裸露处时，最好不刷动或少刷动原生地
表，以保持山体的天然平衡，适当设置明洞。
3、洞口线路宜与等高线正交
4、对于傍山隧道限于地形，无法与等高线正交，只能斜交进洞时，其交角不应太小（不小于45°
）此时按隧道低侧基础不露空并有足够的承载力及稳定
性、高侧边坡挖方高度不超过15m确定洞口里程，洞门型式根据地面横坡及仰坡情况采用台阶式洞门或明洞门。
5、为了确保洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高、
总之，隧道洞口位置的选择，应根据地形、地质条件，考虑边坡、仰坡的稳定，结合洞外有关工程及施工难易程度，本着“早进晚出”的指导思想，全面综合地分析确定。
隧道设计
1、隧道纵断面
隧道纵断面是中心线展直后在垂直面上的投影。
纵断面设计主要包括隧道内线路的坡道形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的衔接等内容。
2、隧道横断面
隧道净空（如何确定）
隧道净空根据“隧道建筑限界”确定，“隧道建筑限界”根据“基本建筑限界”制定，“基本建筑限界”根据“机车车辆限界”制定。
隧道建筑限界：
是隧道建筑物不得侵入的一种限界。
基本建筑限界：
指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。
它的用途是保证机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害。
3、高速铁路隧道净空（空气动力学效应）
高速铁路隧道与常速铁路隧道最大的区别就是当列车以高速通过隧道时，产生的空气动力学效应对行车、旅客舒适度、列车相关性能和洞口环境的不利影响十分明显，因此隧道断面的确定必须考虑如何缓解和消减旅客列车进入隧道时诱发的空气动力学效应的影响。
高速铁路隧道断面设计时主要应考虑下列因素：
1、隧道建筑限界。
2、轨道数量和线间距；
3、缓解空气动力学效应所需要的空间；
4、需预留的空间，如安全空间、避难和救援空间、养护维修作业空间；
5、设备安装空间等。
4、隧道结构
隧道可分为主体建筑物和附属建筑物。
前者是为了保持隧道的稳定，保证隧道正常使用而修建的，由洞身结构及洞门组成。
后者指保证隧道正常使用所需的各种辅助设施。
5、复合式衬砌的构造
宏观构造：
初期支护；
二次衬砌；
防水构造；
其他结构：
水沟、电缆槽、填充等。
6、根据隧道围岩与支护结构相互作用的机理，理想的支护结构应满足怎样的基本要求？
具有一定弹性且保证变形小，承载能力大，耐久性好。
7、隧道洞门的作用
减小洞口土石方开挖量；
稳定边、仰坡；
引离地表水流；
装饰洞口。
8、传统墙式洞门的稳定性计算包括：
抗倾覆、抗水平滑动以及抗洞门基础沉陷。
8、隧道洞门形式
洞口环框洞门；
端墙式（一字式）洞门；
翼墙式（八字式）洞门；
柱式洞门；
台阶式洞；
门削竹式（斜切式）洞门；
喇叭口式洞门。
10、明洞修建的作用及形式
它是隧道洞口或线路上起防护作用的重要建筑物。
拱式明洞和棚式明洞。
3、隧道附属结构
（1）铁路隧道的附属结构？
1、避车洞。
2、电力及通信槽。
3、长大隧道中为加强洞内外空气更换而设
的机械通风设施以及必要的消防、报警装置等等。
（2）公路隧道的附属结构物？
1、内装、顶棚、路面。
2、其他附属设施；
如紧急停车带，横通道。
4、隧道设计方法
围岩压力的种类；
变形压力、松动压力、冲击压力、膨胀压力。
掌握松动压力的计算【最后的计算题很可能就是松动压力的计算】
松动压力计算见书的（p141和p211）
要弄懂深埋、浅埋判断标准；
应用结构力学方法对隧道结构进行计算时，常用的计算模型？
（1）主动荷载模型。
（2）假定弹性反力模型。
（3）计算弹性反力模型。
隧道结构的荷载—结构模式的计算模型的建立过程？
主要步骤有1、结构体系的理想化。
包括结构的理想化和围岩的理想化。
2、外荷载理想化。
将所有荷载转化为节点荷载。
3、边界条件。
新奥法（就是我国采用的矿山法）
新奥法以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过检测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工的一种隧道施工法。
其核心内容是充分发挥围岩的自承能力，围岩是承载的主题，结构式安全贮备。
二次衬砌的作用
1、隧道内设施的保持功能；
2、防水功能（冻结、漏水）；
3、内装功能（确保美观）；
4、提高支护的安全系数。
六、洞口景观及空气动力学问题
高速铁路隧道洞口景观设计应遵循实用性、经济性、美观性的基本原则
影响瞬变压力的因素
影响瞬变压力的因素包括列车速度、列车长度、车形、列车横截面积、列车表面摩擦系数以及隧道净空有效而积、隧道长度、隧道壁面摩擦系数等。
研究表明，诸因素中，列车速度和阻塞比β是具有最大影响的因素。
解决空气动力学效应的措施主要有；
1、提高车辆密封性
2、扩大断面尺寸
3、采用辅助坑道
4、设置入口缓冲结构（出口）
通过提高车辆密封指数，能有效控制车厢内瞬变压力的程度。
【选择题，判断题】
缓冲结构有哪几种型式：
1、传统的在洞口处加设缓冲棚。
2、现代的加帽檐切削式洞门缓冲结构，形成类似喇叭口形入口。
支护结构的特征曲线
指作用在支护上的荷载与支护变形的关系曲线，支护结构所能提供的支护阻力随着支护结构刚度增大而增大。
支护结构的刚度和支护与围岩的接触状态有关。
有：
（1）混凝土或喷混凝土的支护特征曲线
（2）钢支撑的支护特征曲线
（3）灌浆锚杆的支护特征曲线
特征曲线设计法的图解
（1）不同刚度的支护结构与围岩达成平衡时的
和
是不同的图中，锚杆的支护结构特征曲线①没有
能和围岩特征曲线相交，说明锚杆的刚度太小，它
所能提供的支护阻力满足不了围岩稳定性的需求，
这种供不应求的状况最终将导致围岩失稳。
当然，
增加支护结构的刚度并不意味着要增加支护结构的
尺寸和数量，重要的是支护结构及早地形成闭合断面
（2）同样刚度的支护结构，假设时间不同，最后达
成平衡状态也不同如图中曲线②和④。
支护结构架
设的越早，它所承受的围岩压力就越大。
但这不于说
支护结构参与相互作用的时间愈迟愈好，因为初始变
形不加控制会导致围岩迅速松弛而崩塌。
当然，这个
范围的大小视围岩的特性和埋置深度而变。
（①—锚杆支护曲线；
②、④—喷混凝土支护曲线；
③—组合结构支护曲线）
特征曲线法的基本原理是利用围岩特征曲线和支护结构特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件。
支护结构特征曲线与围岩特征曲线交点处的横坐标为形成平衡体系时洞周发生的位移。
交点纵坐标以下的部分为支护结构上承受的荷载，以上部分由围岩来承担。
刚度大的支护结构承受较大的围岩作用力（压力）；
反之，柔性较好的支护结构所承受的围岩压力要小得多。
所以，我们在工程中强调采用柔性支护以节约成本，但它也应有必要的刚度，以便有效地控制围岩变形，而达到稳定。
围岩松动圈
围岩破裂过程中的岩石碎胀变形（碎胀力）是支护的对象，并把在围岩中发展的这个破裂区定义为围岩松动圈；
在国内外首先提出了“围岩松动圈支护理论”。
其主要包括三部分：
围岩松动圈支护理论、围岩松动圈分类方法以及围岩松动圈喷锚支护技术。
围岩松动圈是围岩应力超过岩体强度之后而在洞室周边形成的破裂带，其物理状态表现为破裂缝的增加及岩体应力水平的降低。
松动圈测试
松动圈测试就是检测隧道开挖后新的破坏裂缝及其分布范围，围岩中有新破裂缝与没有破裂缝的界面位置就是松动圈的边界。
围岩松动圈的测试技术主要有：
超声波测井探测法及地质雷达法。
单层衬砌设计
单层衬砌是由单层或多层混凝土构成的支护体系，支护层与衬砌层是一体的，各层间能够充分传递剪力的支护体系，称为单层衬砌。
最新的定义：
取消防水板的前提下，洞室开挖后立即喷射一层具有防水性能的混凝土，并根据围岩级别设置必要的支护构件，如锚杆、钢拱架等，然后根据耐久性及平整度的要求，再施作（喷射或模筑）一层或多层混凝土，构成层间具有很强粘接力并可充分传递剪力的支护体系。
单层衬砌设计过程中分两阶段进行设计
根据对围岩稳定性的分析评价及单层衬砌的作用机理分析，在单层衬砌设计过程中，分两阶段进行设计：
即施工前的预设计和施工过程中的修正设计。
单层衬砌稳定性分级远期应该与国际接轨，推荐采用为与Q系统相同的9级。
根据我们的研究，提出了两阶段单层衬砌隧道稳定性分级。
预设计阶段单层衬砌隧道稳定性分级
施工阶段单层衬砌隧道稳定性分级
检算衬砌截面强度方法
粘结强度有两种：
抗拉粘结强度与抗剪粘结强度。
抗拉粘结强度是衡量喷射混凝土在受到垂直于结合界面上的拉应力时保持粘结的能力；
而抗剪粘结强度则是抵抗平行于结合面上作用力的能力。
喷射混凝土与围岩的粘结强度I、II级围岩不应低于0.8MPa，III级围岩不应低于0.5MPa
公路隧道运营通风
自然通风：
没有通风设备，利用洞口间的天然压差和汽车行驶的活塞作用共同产生的风力达到通风的目的。
采用自然通风的条件：
◆单向交通隧道：
L×
N≤2×
105
◆双向交通隧道：
N≤6×
L—隧道长度，单位m；
N—设计交通流量，辆/h。
纵向式通风：
在通风机的作用下，使风流沿着隧道全长方向（不设任何风道）流动的通风方式。
半横向式通风：
只设送风道，将新鲜空气经送风道直接吹向汽车的排气孔高度附近，直接稀释排气，污染空气在隧道上部扩散，经过两端洞门排出洞外。
横向式通风：
设有送风道和排风道，风在隧道的横断面方向流动，一般不发生纵向流动，因此有害气体的浓度在隧道轴线方向的分布均匀。
该通风方式有利于防止火灾蔓延和处理烟雾。
组合式通风：
根据隧道的具体条件和需要，由竖井与各种通风方式组合成为最合理的通风系统。
隧道类型与通风方式选择
水底隧道—全横向式通风
城市隧道—全横向式和半横向式
山岭隧道—纵向式通风和半横
（P—洞口（或棚口）；
S—接近段起点（注视点）；
A—适应点；
d—适应距离；
L20（S）—洞外亮度；
L20（A）—适应点亮度；
Lth—入口段亮度；
Ltr1、Ltr2、Ltr3—过渡段亮度；
Lin—中间段亮度；
Dtr1、Dtr2、Dtr3—过渡段；
1、2、3—分段长度）
公路隧道照明设置一般分为五个区段：
接近段、入口段、过渡段、中间段以及出口段。
★洞口接近段
在洞口前，从注视点到适应点之间的一段道路，在照明上称为接近段。
司机开始注视之点称为注视点。
继续接近洞口时，司机视野中外界景物会逐渐减少，当行驶至某位置时，外界景物会全部消失，在司机眼前看到的仅洞口，这时距洞口的距离约为10m，这点称为适应点。
★入口段
指进入隧道洞口的第一段，如设置了遮阳棚等光过渡建筑，则其入口为该段的开始点。
★过渡段
介于入口段和中间段之间的区段。
其任务是解决从入口段的高亮度到中间段的低亮度之间的的剧烈变化（可差数十倍）给司机造成的不适应现象，使之能有充分的适应时间。
★中间段
也称基本段，此时司机已适应洞内光线。
★出口段
单向交通隧道中，应设置出口段照明，以便缓和白洞效应带来的不利影响。
双向交通隧道中，可不设出口段照明。
“黑洞”、“黑框”等现象
刚进入隧道由于白天隧道外的亮度相对于隧道内的高很多，如果隧道足够长，驾驶员看到的是黑乎乎的一个洞，这就是“黑洞”现象；
如果隧道很短的话，在驾驶员面前就出一个“黑框”
高速铁路隧道防灾救援设计的基本原则
1、贯彻“以防为主，以消为辅，防消结合，立足自救”的消防工作方针，体现“以人为本”的设计理念；
2、采取经济、可靠的防火措施和消防手段；
3、发生火灾后，列车能运行的话，遵循“先将列车拉出洞外再进行列车解体及火灾事故处理”的原则；
如不能运行，考虑在洞内组织实施快速疏散和消防救援。
4、隧道内应设置贯通的救援通道和必要的紧急出口；
隧道施工（矿山法）
一、隧道开挖
1、爆破作用
药包在介质中爆炸，它的爆破作用半径达到或超过临空面的距离时，岩层将在药包和临空面之间被炸成一个漏斗形凹槽，这个凹槽叫做爆破漏斗。
爆破作用（粉碎区、放射状径向裂缝）
当炸药在岩石内爆炸后，瞬间对周围岩石产生强烈冲击，在岩体内产生冲击压力波，这是一个压缩应力波。
紧靠药包围围的岩石直接受到炸药爆轰压力的作用，它的压力很高，可达几万至几十万个大气压，任何岩石都经受不住这样大的压力，将使药包周围内的岩石被击得粉碎，形成一个粉碎区。
在应力波以药包为中心向外传播的过程中，将迫使岩石质点做径向位移，岩石属一种脆性材料，其抗拉强度是抗压强度的1/15～1/20，当大于岩石的抗拉强度时，岩石被拉断，因此药包周围将产生一系列的放射状径向裂缝。
爆破设计（内容较多，详见课件ppt）
隧道开挖爆破是单临空面的岩石爆破，其关键技术是掏槽，其次是周边光面爆破。
1、炮眼布置
2、钻爆设计
掏槽（详见ppt）
光面爆破和预裂爆破的异同点
光面爆破：
是一种控制硬质岩体开挖轮廓线，使之光滑、平整，通过一系列措施对开挖轮廓周边实施正确的钻眼和装药，并使周边眼最后起爆的爆破方法。
预裂爆破：
是一种控制软质岩体开挖轮廓线，使之光滑、平整，在整个爆破循环中要最先起爆周边眼，在岩体中沿着周边炮眼之间要先炸出一道裂缝，减少对保留区围岩产生的扰动和破坏。
（1）相同点：
他们都属于控制爆破，其目的是使开挖轮廓线光滑、平整。
减少超欠挖，减少对围岩的扰动。
（2）不同点：
光面爆破适用于硬岩，预裂爆破适用于软岩。
光面爆破先起爆掏槽眼，其次辅助眼，最后周边眼；
而预裂爆破先起爆周边眼，其次掏槽眼，最后辅助眼。
二、出碴运输
装碴运输作业的分类？
（1）有轨装碴－有轨运输
（2）无轨装碴－无轨运输（3）无轨装碴－有轨运输
【判断题】牵引机车是轨行式隧道内牵引车辆的动力，在同一洞口，应尽可能选配同型号的牵引机车？
【对】考虑到方便使用、管理和维修。
3、隧道施工方法
（1）山岭隧道矿山法的基本施工方法？
全断面法、台阶法、分部开挖法等。
（2）台阶法根据台阶长度分类及确定工法时的条件？
台阶法根据台阶长度不同，可划分为长台阶法、短台阶法和超短台阶法三种。
两个条件：
1）初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩稳定性越差，要求闭合
时间越短；
2）上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备所需空间大
小的要求。
四、复合式衬砌结构施工
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