中南大學(xué)隧道工程課后習(xí)題及參考答案

1、第 1 章 隧道工程勘測設(shè)計1. 隧道選址與線路選線有什么關(guān)系？2. 確定洞口位置的原則是什么？請解釋其工程含義。3. 在按地質(zhì)條件選擇隧道位置時， 所需要的地質(zhì)資料有哪些？如何考慮地形條件對隧道 位置的影響？第 2 章 隧道主體建筑結(jié)構(gòu)1某新建鐵路非電化曲線隧道，已知圓曲線半徑R= 1200m，緩和曲線長l=50m，遠期行車速度 V=160km/h，隧道里程為： 進口 DK150+310;出口 DK150+810; ZH 點 DK150+320; YH 點 DK151+000。試求：各段加寬值與隧道中線偏移值。要求按教材P32圖2-7所示，表示清楚，并注明不同加寬的分段里程。（注：超高值以0

2、.5cm取整，最大采用15cm;加寬值取為10cm的整數(shù)倍;偏移值取至小數(shù)點后 2 位）2. 為什么說臺階式洞門能降低邊仰坡開挖高度？第 3 章 隧道附屬建筑1. 什么是避車洞？避車洞的設(shè)置間距是多少？在布置避車洞時應(yīng)該避開哪些地方？2. 營運隧道的通風(fēng)方式有哪些？什么是風(fēng)流中性點？它與通風(fēng)方式的關(guān)系怎樣？3. 為什么公路隧道要設(shè)置不同的照明亮度段？它們各自的作用是什么？第 4 章 隧道圍巖分類與圍巖壓力1. 影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素有哪些？圍巖分級主要考慮什么因素？圍巖分級的基本 要素是哪幾種？我國鐵路隧道圍巖分級主要考慮哪些因素？已知某隧道所處圍巖節(jié)理發(fā)育， Rb= 26MPa，試問這是屬

3、于哪一級圍巖？2. 某隧道內(nèi)空凈寬6.4m，凈高8m,W級圍巖。已知：圍巖容重 丫 = 20KN/m3，圍巖似 摩擦角$ = 530,摩擦角0 = 300,試求埋深為3m、7m , 15m處的圍巖壓力。第 5 章 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算1已知作用在襯砌基底面上的軸力 N=870KN,彎矩M=43.5KN.m,墻底厚度h=0.6m ,圍巖 抗力系數(shù)為 150MPa/m 。試求墻底中心的下沉量及墻底發(fā)生的轉(zhuǎn)角。2. 什么情況下將圍巖抗力彈簧徑向設(shè)置？試推導(dǎo)徑向設(shè)置的圍巖抗力單元剛度矩陣。 （注：抗力方向以擠壓圍巖為正 ）3對稱等厚平拱，襯砌厚度為50 cm，已知內(nèi)力如圖示，墻底抗力系數(shù)Kd=350 MP

4、a/m, 請求出墻底中心水平位移、垂直位移以及墻底截面轉(zhuǎn)角（注：圖中 1、 2、 3為截面編號 ）。第 6 章 隧道施工方法1. 采用臺階法施工時， 影響臺階長度的主要因素是什么？環(huán)形開挖留核心土法是如何穩(wěn) 定開挖工作面的？2. 在隧道分部開挖施工中，這些術(shù)語指的是開挖的哪些部位？落底、拉中槽、導(dǎo)坑、挖 馬口。3. 指出錯誤，并改正之：某隧道位于軟弱破碎地層中， 采用長臺階法施工。 施工過程中發(fā)現(xiàn)洞室周邊位移加速度 等于零，因而斷定圍巖變形已經(jīng)穩(wěn)定。4. 指出錯誤，并改正之：新奧法施工時， 隧道開挖后，為了調(diào)動圍巖的承載能力， 不宜立即噴射混凝土，而應(yīng)經(jīng) 量測后， 再施噴。 為了隧道的穩(wěn)定，

5、復(fù)合式襯砌應(yīng)在錨噴支護完畢后立即修筑內(nèi)層模筑混凝 土襯砌。第 7 章 隧道鉆爆施工作業(yè)1. 請解釋“臨時支護” 、“初期支護”與“永久支護”的含義，并各舉一例說明之。2某隧道的導(dǎo)坑，尺寸為2.8m x 2.8m，級圍巖，巖石等級為堅石f=8,采用斜眼掏槽，2 號巖石硝銨炸藥，藥卷直徑 32mm, 裝藥系數(shù)可取為 0.6。試問：炸藥用量；炮眼深度；炮眼數(shù)量。 第 8 章 隧道施工的輔助坑道及輔助作業(yè)1. 隧道施工的輔助作業(yè)有哪些？2. 為什么有的隧道必須采用輔助坑道？選擇輔助坑道時必須考慮哪些條件？3. 隧道施工通風(fēng)有幾種方式？用得最多的是哪一種？它又分為幾種什么樣的方式？4一座隧道，1級圍巖，

6、斷面積約為75m2,鉆爆法施工，洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)為35人。請按保證洞內(nèi)人員新鮮空氣要求計算通風(fēng)機應(yīng)提供的風(fēng)量。第 9 章 新奧法1已知一座深埋圓形隧道， 開挖直徑10m,拱頂以上巖層覆蓋厚度 495m，圍巖容重丫 =20KN/m3，彈性模量 E=104MPa,粘結(jié)力C=1.5MPa,圍巖內(nèi)摩擦角300，側(cè)壓力系數(shù)入=1，泊松比=0.2 o試問： 開挖后不支護狀態(tài)下，圍巖是否出現(xiàn)塑性區(qū)？ 如果出現(xiàn)，問塑性區(qū)半徑是多少？ 假定支護阻力Pa=8.5MPa,問洞室周邊位移是多少？2某單線鐵路隧道，對量測數(shù)據(jù)進行回歸分析后，知位移時態(tài)曲線方程為。已知隧道極 限相對位移值為144mm，開挖6天后洞周

7、實測相對位移值為64mm。試從位移值、位移速度、位移加速度三方面判斷開挖6天后的隧道穩(wěn)定性。3某單線鐵路隧道，位移時態(tài)曲線方程為。若以位移速度小于0.2mm/日為隧道穩(wěn)定的判斷準(zhǔn)則，試從位移速度和位移加速度這兩方面判斷隧道能否穩(wěn)定？需要多長時間才能穩(wěn) 定？是否需要采取加強措施？ 第 10 章 隧道掘進機施工巖石掘進機的適應(yīng)條件？ 巖石掘進機有哪些類型？第11章 高速鐵路的隧道施工1. 高速鐵路隧道會產(chǎn)生怎樣的空氣動力學(xué)效應(yīng)？2. 如何克服空氣動力學(xué)的不良效應(yīng)影響？ 第 12 章 隧道施工組織與管理1. 隧道現(xiàn)場施工的特點是什么？2. 如何加快施工進度？第 13 章 隧道的營運管理與養(yǎng)護維修1.

8、 隧道養(yǎng)護工作的原則是什么？2. 隧道病害治理的主要內(nèi)容有哪些？3. 襯砌裂縫的延展方向與隧道的穩(wěn)定性有何關(guān)系？ 習(xí)題參考答案第1章 隧道工程勘測設(shè)計1答：依隧道類型不同而不同：對于長大隧道，線路選線應(yīng)服從于隧道選址；對于 中、短隧道，選址應(yīng)服從于線路。2. 答：早進晚出。保護洞口邊仰坡的穩(wěn)定。3答： 地質(zhì)構(gòu)造、 巖體強度、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)；越嶺線隧道的位置應(yīng)選擇穿越埡口； 河谷線隧道應(yīng)使隧道外側(cè)最小覆蓋厚度滿足工程要求，以避免偏壓。 第 2 章 隧道主體建筑結(jié)構(gòu)1解：超高 E= 0.76 x V2/R=16.21cm 15cm 取為 15cmd 內(nèi)=4050/1200+2.7E=43.

9、9cmd 外=4400/1200=3.7cmd 總=d 內(nèi)+ d 外=47.6cm （取為 50cm） d 偏=（d 內(nèi)d 外）/2=（43.9-3.7）/2=20.1cm分段里程：d總 與d偏 斷面： 進口 DK150+310+ 345d 總 /2 與 d 偏 /2 斷面： DK150+345出口 DK150+8102. 答：因臺階的不同高差逐漸改變了起坡點的高度，起坡點越高則刷坡點越低。 第 3 章 隧道附屬建筑1. 答： 鐵路隧道中供行人躲避列車， 或堆放維修器材的洞室； 大避車洞： 碎石道床， 對側(cè)150m間距； 整體道床，對側(cè) 210m間距；小避車洞：對側(cè) 30m間距；應(yīng)避開不同 襯

10、砌類型銜接處、變形縫處、不同斷面加寬處、不同圍巖分界處。2. 答：有自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩種基本方式，而機械通風(fēng)又有： 洞口風(fēng)道式通風(fēng)、噴阻式通風(fēng)、 輔助坑道通風(fēng)以及射流式通風(fēng)。 風(fēng)流中性點指風(fēng)速為零的點， 它不會出現(xiàn)在縱 向式通風(fēng)中，而只會出現(xiàn)在半橫向式和全橫向式通風(fēng)之中。3. 答：為了讓司機的眼睛逐漸適應(yīng)洞內(nèi)外的亮度狀況；接近段 在洞口前，從注視點到適應(yīng)點之間的一段道路，不需設(shè)照明；入口段 進入隧道洞口的第一段，使司機的視力開始適應(yīng)隧道內(nèi)的照明光線；過渡段介于入口段和中間段之間的照明區(qū)段， 解決從入口段的高亮度到中間段的 低亮度之間的的劇烈變化；中間段 司機已基本適應(yīng)洞內(nèi)的照明光線，中間段的

11、基本任務(wù)就是保證行車照明；出口段 單向交通隧道中，應(yīng)設(shè)置出口段照明，讓司機逐漸適應(yīng)由洞內(nèi)到洞外的 光線變化。而雙向交通隧道中，無出口段照明。第 4 章 隧道圍巖分類與圍巖壓力1. 答：影響圍巖穩(wěn)定性的主要因素：地質(zhì)因素；人為因素圍巖分級主要考慮：地質(zhì)因素圍巖分級的基本要素： 4種 巖性要素強度、變形性質(zhì)等（力學(xué)性質(zhì)）； 地質(zhì)構(gòu)造要素指圍巖的完整性狀態(tài)； 地下水要素地下水對圍巖的軟化作用； 地應(yīng)力要素一一初始地應(yīng)力對圍巖產(chǎn)生巖爆、裂縫、巖體剝離與位移等作用。 我國鐵路隧道圍巖分級主要考慮因素有 4種： 巖體的結(jié)構(gòu)特征與完整性狀態(tài)；巖石強度；地下水；初始地應(yīng)力 這是W級圍巖，軟巖。2. 解：求自然

12、拱高度；判斷深淺埋分界；分別按土柱法、一院法、統(tǒng)計法求圍 巖壓力。結(jié)果 （小數(shù)點后四舍五入 ）：埋深 3m 時： q=128KPa， e=31KPa；埋深 7m 時： q=60KPa， e=16KPa；埋深 15m 時：q=84KPa, e=(1325)KPa； 第 5 章 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算1.解：運用溫氏假定解之。2. 什么情況下將圍巖抗力彈簧徑向設(shè)置？試推導(dǎo)徑向設(shè)置的圍巖抗力單元剛度矩陣。 (注：抗力方向以擠壓圍巖為正 )解：抗力設(shè)置方向提問，見教材P10 8。 見圖 1 ：抗力Ri =Ki.Si .3 i,將其沿x、y方向分解為：Rix=-Ri .sin $ i Riy=Ri .cos

13、i 見圖 2,將節(jié)點產(chǎn)生的水平位移與垂直位移合成為徑向位移：3 i =-uix. sin$ i+uiy. cos$ i故有：Ri = Ki.Si .3 i= Ki.Si .( -uix. sin$ i+uiy. cos$ i)將其代入，得：Rix= Ki.Si .( sin2$ i. uix- sin$ i. cos$ i. uiy)Riy= Ki.Si .( -cos$ i.sin$ i.uix+cos2$ i.uiy)寫成矩陣形式后得抗力單剛(元素 )：Ki.Si . sin2$ i -Ki.Si . cos$ i.sin$ i-Ki.Si . cos$ i.sin$ i Ki.Si .c

14、os2$ i0 00 00 00 03. 解：求墻底中心水平位移：墻底中心應(yīng)力 6中=287k n.m/0.5m=574KN/m2由溫氏假定： 3 中=b 中 /Kd=574 KN/m2 /350000 kn/m3=0.164cm (1Mpa =1000kn/m2)墻底中心水平位移=0.164 x cos 600=0.082cm墻底中心垂直位移=0.164 x sin 600=0.142cm在彎矩M作用下，墻底邊緣應(yīng)力b邊=M/W=15/(0.52/6)=360kn/m2，由溫氏假定：邊緣垂直于墻底面的位移 3 邊=b 邊 /Kd=360/350000=0.00103m=0.103cm墻底截面

15、轉(zhuǎn)角 3 =0.10325=0.00412=0.236 第 6 章 隧道施工方法1. 答：地質(zhì)因素，在軟弱圍巖中，為了及時形成封閉支護結(jié)構(gòu)，應(yīng)減小臺階長度； 進度因素,在較好圍巖中為了加快進度,在機械設(shè)備允許的情況下,應(yīng)適當(dāng)延長臺階長度。 “環(huán)”法：禾U用核心土穩(wěn)定工作面，且能及時施作拱部初期支護。2. 答：落底 開挖隧道底部中槽 開挖隧道中部導(dǎo)坑 于隧道斷面中先行開挖的部分均稱為導(dǎo)坑， 有上部弧形導(dǎo)坑、 側(cè)壁導(dǎo)坑、 中導(dǎo)坑等。挖馬口 先拱后墻法施工中，開挖邊墻。3. 答：錯誤 長臺階法、斷定圍巖變形已經(jīng)穩(wěn)定。4. 答：錯誤 不宜立即噴射混凝土、錨噴支護完畢后立即修筑內(nèi)層模筑混凝土襯砌。 第

16、7 章 隧道鉆爆施工作業(yè)1. 答：臨時支護 僅在開挖過程中對圍巖起支承作用，如木支撐；初期支護 隧道開挖后及時施作， 兼有臨時支護與加強圍巖自穩(wěn)能力的作用， 如噴錨支 護；永久支護 隧道結(jié)構(gòu)的支承結(jié)構(gòu)，如整體式襯砌。2. 解：炮眼深度：p175,（取開挖寬度的0.50.7倍，均值為0.6）炸藥用量：由 （7-1）式，炸藥用量炮眼數(shù)量：由 （7-3）式，第 8 章 隧道施工的輔助坑道及輔助作業(yè)1. 答：通風(fēng)、壓縮空氣、供水、供電。2答：工期的要求；地形條件、地質(zhì)條件、隧道類型（長度）、工程造價。3答：機械通風(fēng)一一風(fēng)管式、巷道式、風(fēng)墻式；風(fēng)管式；壓入式、抽出式、混合 式。4. 解：由 （8-1）式

17、,所需風(fēng)量因是I級圍巖，故應(yīng)采用全斷面法，即通風(fēng)斷面積為75m2，由（8-4）式驗算風(fēng)量：不能滿足洞內(nèi)穩(wěn)定風(fēng)流的風(fēng)速要求，應(yīng)加大風(fēng)量。第 9 章 新奧法1解：，計算出；由 9-9 式，求得洞周出現(xiàn)塑性區(qū)。 由 9-23-1 式， 由 9-25 式，2解：將t=0 ,代入，得。 求第 6 天施工實測相對位移：u=u0+u*=20+64=84mm144mm （ 穩(wěn)定 ） 位移速度 , 第 6 天時 （穩(wěn)定 ） 位移加速度 （穩(wěn)定） 結(jié)論：隧道穩(wěn)定。3解：位移速度，令，解得t=30.6天 31天（要 31天后才能穩(wěn)定） 位移加速度 （穩(wěn)定） 隧道穩(wěn)定，不需要采取加強措施。第 10 章 隧道掘進機施工1. 答：適應(yīng)較為堅硬的巖石地層。2. 答：全斷面式 （開敞式、護盾式 ）和臂式兩大類。第 11 章 高速鐵路的隧道施工1答：瞬變壓力與