中南大學(xué)隧道工程課后習(xí)題和參考答案及解析

.PAGE6/NUMPAGES6第1章隧道工程勘測(cè)設(shè)計(jì)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(qǐng)解釋其工程含義。

3.在按地質(zhì)條件選擇隧道位置時(shí),所需要的地質(zhì)資料有哪些？如何考慮地形條件對(duì)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(zhǎng)l=50m,遠(yuǎn)期行車速度V=160km/h,隧道里程為：進(jìn)口DK150+310；出口DK150+810；ZH點(diǎn)DK150+320；YH點(diǎn)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0.5cm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(diǎn)后2位

2.為什么說臺(tái)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(shí)應(yīng)該避開哪些地方？

2.營(yíng)運(yùn)隧道的通風(fēng)方式有哪些？什么是風(fēng)流中性點(diǎn)？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(jí)主要考慮什么因素？圍巖分級(jí)的基本要素是哪幾種？我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)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,試問這是屬于哪一級(jí)圍巖？

2.某隧道內(nèi)空凈寬6.4m,凈高8m,Ⅳ級(jí)圍巖。已知：圍巖容重γ＝20KN/m3,圍巖似摩擦角φ＝530,摩擦角θ＝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(jì)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?jiǎng)偠染仃嚒?lt;注：抗力方向以擠壓圍巖為正>

3.一對(duì)稱等厚平拱,襯砌厚度為50cm,已知內(nèi)力如圖示,墻底抗力系數(shù)Kd=350MPa/m,請(qǐng)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(hào)>。第6章隧道施工方法1.采用臺(tái)階法施工時(shí),影響臺(tái)階長(zhǎng)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(yǔ)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(cuò)誤,并改正之：

某隧道位于軟弱破碎地層中,采用長(zhǎng)臺(tái)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(cuò)誤,并改正之：

新奧法施工時(shí),隧道開挖后,為了調(diào)動(dòng)圍巖的承載能力,不宜立即噴射混凝土,而應(yīng)經(jīng)量測(cè)后,再施噴。為了隧道的穩(wěn)定,復(fù)合式襯砌應(yīng)在錨噴支護(hù)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(qǐng)解釋"臨時(shí)支護(hù)"、"初期支護(hù)"與"永久支護(hù)"的含義,并各舉一例說明之。

2.某隧道的導(dǎo)坑,尺寸為2.8m×2.8m,Ⅴ級(jí)圍巖,巖石等級(jí)為堅(jiān)石f=8,采用斜眼掏槽,2號(hào)巖石硝銨炸藥,藥卷直徑32mm,裝藥系數(shù)可取為0.6。試問：

⑴炸藥用量；⑵炮眼深度；⑶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(shí)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,Ⅰ級(jí)圍巖,斷面積約為75m2,鉆爆法施工,洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)為35人。請(qǐng)按保證洞內(nèi)人員新鮮空氣要求計(jì)算通風(fēng)機(jī)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γ＝20KN/m3,彈性模量E=104MPa,粘結(jié)力C=1.5MPa,圍巖內(nèi)摩擦角φ＝300,側(cè)壓力系數(shù)λ=1,泊松比μ=0.2。

試問：

①開挖后不支護(hù)狀態(tài)下,圍巖是否出現(xiàn)塑性區(qū)？

②如果出現(xiàn),問塑性區(qū)半徑是多少？

③假定支護(hù)阻力Pa=8.5MPa,問洞室周邊位移是多少？

2.某單線鐵路隧道,對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析后,知位移時(shí)態(tài)曲線方程為。已知隧道極限相對(duì)位移值為144mm,開挖6天后洞周實(shí)測(cè)相對(duì)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定？是否需要采取加強(qiáng)措施？第10章隧道掘進(jìn)機(jī)施工巖石掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)條件？

巖石掘進(jìn)機(jī)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(huì)產(chǎn)生怎樣的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)？

2.如何克服空氣動(dòng)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(chǎng)施工的特點(diǎn)是什么？

2.如何加快施工進(jìn)度？第13章隧道的營(yíng)運(yùn)管理與養(yǎng)護(hù)維修1.隧道養(yǎng)護(hù)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(cè)設(shè)計(jì)1.答：依隧道類型不同而不同：①對(duì)于長(zhǎng)大隧道,線路選線應(yīng)服從于隧道選址；②對(duì)于中、短隧道,選址應(yīng)服從于線路。

2.答：早進(jìn)晚出。保護(hù)洞口邊仰坡的穩(wěn)定。

3.答：①地質(zhì)構(gòu)造、巖體強(qiáng)度、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)；②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×V2/R=16.21cm>15cm取為15cm

d內(nèi)＝4050/1200+2.7E=43.9cm

d外＝4400/1200=3.7cm

d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(jìn)口DK150+310～＋345

d總/2與d偏/2斷面：DK150+345～出口DK150+810

2.答：因臺(tái)階的不同高差逐漸改變了起坡點(diǎn)的高度,起坡點(diǎn)越高則刷坡點(diǎn)越低。第3章隧道附屬建筑1.答：①鐵路隧道中供行人躲避列車,或堆放維修器材的洞室；②大避車洞：碎石道床,對(duì)側(cè)150m間距；整體道床,對(duì)側(cè)210m間距；小避車洞：對(duì)側(cè)30m間距；③應(yīng)避開不同襯砌類型銜接處、變形縫處、不同斷面加寬處、不同圍巖分界處。

2.答：①有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種基本方式,而機(jī)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)。②風(fēng)流中性點(diǎn)指風(fēng)速為零的點(diǎn),它不會(huì)出現(xiàn)在縱向式通風(fēng)中,而只會(huì)出現(xiàn)在半橫向式和全橫向式通風(fēng)之中。

3.答：①為了讓司機(jī)的眼睛逐漸適應(yīng)洞內(nèi)外的亮度狀況；

②接近段——在洞口前,從注視點(diǎn)到適應(yīng)點(diǎn)之間的一段道路,不需設(shè)照明；

入口段——進(jìn)入隧道洞口的第一段,使司機(jī)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(jī)已基本適應(yīng)洞內(nèi)的照明光線,中間段的基本任務(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(jī)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：①地質(zhì)因素；②人為因素

圍巖分級(jí)主要考慮：地質(zhì)因素

圍巖分級(jí)的基本要素：4種

①巖性要素――強(qiáng)度、變形性質(zhì)等〔力學(xué)性質(zhì)；

②地質(zhì)構(gòu)造要素―指圍巖的完整性狀態(tài)；

③地下水要素――地下水對(duì)圍巖的軟化作用；

④地應(yīng)力要素――初始地應(yīng)力對(duì)圍巖產(chǎn)生巖爆、裂縫、巖體剝離與位移等作用。

我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)主要考慮因素有4種：

①巖體的結(jié)構(gòu)特征與完整性狀態(tài)；②巖石強(qiáng)度；③地下水；④初始地應(yīng)力

這是Ⅳ級(jí)圍巖,軟巖。

2.解：①求自然拱高度；②判斷深淺埋分界；③分別按土柱法、一院法、統(tǒng)計(jì)法求圍巖壓力。

結(jié)果<小數(shù)點(diǎn)后四舍五入>：

埋深3m時(shí)：q=128KPa,e=31KPa；

埋深7m時(shí)：q=60KPa,e=16KPa；

埋深15m時(shí)：q=84KPa,e=<13～25>KPa；第5章隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算1.解：運(yùn)用溫氏假定解之。

①②

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?jiǎng)偠染仃嚒?lt;注：抗力方向以擠壓圍巖為正>

解：①抗力設(shè)置方向提問,見教材P108。

②見圖1：抗力Ri′=Ki.Si′.δi′,將其沿x、y方向分解為：

Rix=-Ri′.sinφi①

Riy=Ri′.cosφi②

見圖2,將節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的水平位移與垂直位移合成為徑向位移：

δi′=-uix.sinφi+uiy.cosφi

故有：

Ri′=Ki.Si′.δi′

=Ki.Si′.<-uix.sinφi+uiy.cosφi>

將其代入①②,得：

Rix=Ki.Si′.<sin2φi.uix-sinφi.cosφi.uiy>

Riy=Ki.Si′.<-cosφi.sinφi.uix+cos2φi.uiy>

寫成矩陣形式后得抗力單剛<元素>：

Ki.Si′.sin2φi-Ki.Si′.cosφi.sinφi

-Ki.Si′.cosφi.sinφiKi.Si′.cos2φi

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3.解：求墻底中心水平位移：

墻底中心應(yīng)力σ中＝287kn.m/0.5m=574KN/m2

由溫氏假定：δ中＝σ中/Kd=574KN/m2/350000kn/m3=0.164cm<1Mpa=1000kn/m2>

墻底中心水平位移＝0.164×cos600=0.082cm

墻底中心垂直位移＝0.164×sin600=0.142cm

在彎矩M作用下,墻底邊緣應(yīng)力σ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δ邊=σ邊/Kd=360/350000=0.00103m=0.103cm

墻底截面轉(zhuǎn)角β=0.103/25=0.00412=0.236°第6章隧道施工方法1.答：①地質(zhì)因素,在軟弱圍巖中,為了及時(shí)形成封閉支護(hù)結(jié)構(gòu),應(yīng)減小臺(tái)階長(zhǎng)度；

②進(jìn)度因素,在較好圍巖中為了加快進(jìn)度,在機(jī)械設(shè)備允許的情況下,應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)臺(tái)階長(zhǎng)度。

③"環(huán)"法：利用核心土穩(wěn)定工作面,且能及時(shí)施作拱部初期支護(hù)。

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(cuò)誤——長(zhǎng)臺(tái)階法、斷定圍巖變形已經(jīng)穩(wěn)定。

4.答：錯(cuò)誤——不宜立即噴射混凝土、錨噴支護(hù)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.答：臨時(shí)支護(hù)—僅在開挖過程中對(duì)圍巖起支承作用,如木支撐；

初期支護(hù)—隧道開挖后及時(shí)施作,兼有臨時(shí)支護(hù)與加強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力的作用,如噴錨支護(hù)；

永久支護(hù)—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0.5～0.7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：①工期的要求；②地形條件、地質(zhì)條件、隧道類型<長(zhǎng)度>、工程造價(jià)。

3.答：①機(jī)械通風(fēng)——風(fēng)管式、巷道式、風(fēng)墻式；②風(fēng)管式；③壓入式、抽出式、混合式。

4.解：由<8-1>式,所需風(fēng)量

因是Ⅰ級(jí)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(yàn)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：①,計(jì)算出；

由9-9式,求得

∵∴/r/