重慶大學《地下結構設計》考卷及答案

1、圖1 土層分布及性質指標圖2、某公路隧道采用直墻拱結構，開挖寬度為 14.0 m,隧道凈高7.0 m。經勘探， 隧址區(qū)以VI級圍巖為主，容重為20kN/m3,計算摩擦角為250。隧道埋深為26 m。該隧道采用礦山法施工，請判斷隧道是深埋還是淺埋，計算隧道垂直圍巖壓力和水平圍巖壓力，并繪出隧道圍巖壓力示意圖。（14分）A卷一填空題（2分/每空，共30分）1、 地下結構按結構形式分類，可以分為 和、沉管 結構、地下連續(xù)墻結構和其他結構。2、 地下結構所承受的荷載，按其作用特點及使用中可能出現的情況可分為、和偶然荷載三大類。3、 附建式地下結構的主要形式有： 、板柱結構、框架結構和。4、 新奧法設計

2、包括 和 兩個階段。5、 盾構機按功能分類可分為 、和 06、 全斷面掘進機的類型一般可分為 和。二名詞解釋（3分/每題，共12分）1、地下結構；2、圍巖壓力；3、淺埋式地下結構；4、新奧法三 簡答題（第1和5題7分，其余為4分/每題，共30分）1、地下結構設計一般分為哪兩個階段，其中第一個階段的設計內容包括哪些2、矩形閉合結構設計計算內容包括哪些，其主要構造要求有哪些3、附建式地下結構的口部結構主要包括哪些各有什么形式4、隧道進行超前支護的目的是什么超前支護結構主要有哪些形式5、盾構隧道襯砌設計方法可分為哪幾類其中最常用的是哪一種其是如何考慮管 片接縫的影響6、簡述掘進機法和鉆爆法各有哪些特

3、點和適用范圍四分析計算題（共28分）1、如圖1所示，求作用在擋土墻上（墻背光滑，墻后的填土為砂土）的總側壓力 （包括主動土壓力和水壓力），并繪圖側壓力分布示意圖。（14分）A卷答案一填空題(2分/每空，共30分)7、噴錨結構、復合襯砌結構、沉井結構8、永久荷載、可變荷載9、梁板式結構、箱型結構、拱殼結構10、 施工前預設計階段、信息反饋修改設計階段11、 土壓平衡盾構、泥水平衡盾構、混合盾構12、 開敞式掘進機、護盾式掘進機二名詞解釋(3分/每題，共12分)1 .地下建筑結構：在保留上部地層(山體或土層)的前提下，在開挖出能提供某種用 途的地下空間內修筑的建筑結構。2 .圍巖壓力：是指位于地下

4、結構周圍變形或破壞的巖層， 作用在襯砌結構或支撐結構 上的壓力。3 .淺埋式地下結構：淺埋式地下結構是指其覆蓋層厚度較薄， 不滿足壓力拱成拱條件 或軟土地層中覆蓋層厚度小于結構尺寸的地下結構。4 .新奧法：在巖質、土沙質介質中開挖隧道，以使圍巖形成一個小空簡狀支承環(huán)結構 為目的的隧道設計施工方法。三 簡答題(第1和5題7分，其余為4分/每題，共30分)1 .設計工作一般分為初步設計和技術設計(包括施工圖)兩個階段。初步設計中的結構設計部分，主要是在滿足使用要求下，解決設計方案技術上的可行性與經濟上的合理性，并提出投資、材料、施工等指標。初步設計的內容主要包括：(1) 工程等級和要求，以及靜、動

5、荷載標準的確定；(2) 確定埋置深度與施工方法；(3) 初等荷載值；(4) 選擇建筑材料；(5) 選定結構型式和布置；(6) 估算結構跨度、高度、頂底板及邊墻厚度等主要尺寸；(7) 繪制初步設計結構圖；(8) 估算工程材料數量及財務概算。2 .矩形閉合結構設計要點包括計算簡圖、內力計算、截面計算、抗浮驗算等；構造要求主要涉及配筋形式、混凝土保護層、受力與構造鋼筋、箍筋、剛性節(jié)點構造和變形縫的設置及構造。3 .附建式地下結構的口部結構主要包括室內出入口、室外出入口和通風采光洞。室內出入口有階梯式和豎井式、室外出入口有階梯式和豎井式。4 .由于初期錨噴支護強度的增長速度不能滿足洞體穩(wěn)定的要求，可能

6、導致洞體失穩(wěn)， 或由于大面積淋水，涌水地段，難以保證洞體穩(wěn)定時，可采用超前錨桿、超前小鋼管、管棚、地表預加固地層和圍巖預注漿等輔助施工措施，對地層進行預加固，超前支護或止水。因此隧道超前支護主要有：(1)超前錨桿、超前小鋼管；(2)管棚；(3)地面砂漿錨桿；(4)超前小導管注漿、深孔預注漿。5 .盾構隧道襯砌設計方法可分為四大類型：(1)基于過去隧道建設的經驗設計法；(2)基于原位測試和實驗室實驗的設計方法；(3)圓環(huán)-彈性地基梁法；(4)連續(xù)介質模型法，包括理論分析法和數值法。第三種方法是迄今為止最常采用的設計方法。這種方法也可以按照混凝土管片接縫的處理方法被分為以下幾類：(1)圓環(huán)的抗彎剛

7、度被認為是整個襯砌均質環(huán)。存在接頭但剛度沒有折減， 即襯砌與剛性環(huán)管片自身具有相同剛度；(2)由于接頭的存在而導致的剛性降低在整個剛性襯砌中用折減系數來考慮；(3)襯砌被簡化為校接的圓環(huán)。接頭的剛度被忽略，接縫被假定為完全的較接。襯砌形成一 個超靜定結構，承受周圍的壓力，包括襯砌結構周圍的土壤側壓力。(4)和第三種方法類似，考慮接頭剛度的且襯砌假定是一個錢接環(huán)。接縫被模擬為具有恒定剛度值的彈性較。6、在隧道施工方法上，TBM法和鉆爆法都是隧道施工的成熟工法。鉆爆法較TBM法工序多,施工組織復雜，工期較長，超欠挖量大、安全性差，但地質適應能力較好。TBM法與鉆爆法比較的優(yōu)勢在于工序簡單、施工速度

8、快、安全性好。從技術上比較，TBM法適用于工期要求緊、且以硬質巖為主的圓形長隧道，而鉆爆法則適用于短隧道、地質條件較復雜的且不適合TBM法快速施工的工程。四分析計算題(共28分)1、(14 分)解:10 kpl817kN/n?扃土層分布及性質指標圖土壓力分布圖(D第一層土A點:PaAqKa110 tan245302100.333= 3.3KPaB點:PaB1q1% Ka11018tan2 4530460.333= 15.3KPa(1) hq 0.45*2s1*0.45*2 5* 1 0.1* 14(2)在礦山法施工條件下，VI級圍巖取臨界高度為:Hq 2.5% 2.5*27.36 68.4 m

9、(3) H=26 m<hq<Hq,所以該隧道為淺埋隧道。(4)豎直荷載：q H 20*26520 k水平荷載：e(3分)527.36mm2(3分)(2分)(2分)Ht 225(H 1)tan(45 或7220 (26 -) 239.45KN/m2水壓力合力：Ew=x wh； = x 10X22 = 20 (KN/m)總壓力為：E=&+&= + 20= ( KN/m) 2、(14 分)解:(4(5)荷載示意圖(2)第二層土B 點：PaB2 q1% K a21018,2tan 4526460.39 =17.9KPaC點:PaC q1%2h2Ka2101817 2 tan

10、2 4526280 0.39= 31.2KPaD點：水壓力：PwDwh3 10 2 20 KPa土壓力：. 226PaDq ihi2h23h3 Ka2 10 18 2 17 2 9 2 tan 45 一 =38.2KPa2主動土壓力和水壓力分布圖如圖 4所示，主動土壓力的合力(即圖形面積)為:Ea=X (+ ) X 2+X ( + ) X 2+X ( + ) X 2 =(KN/m)1、如圖1所示，求作用在擋土墻上（墻背光滑，墻后的填土為砂土）的總側壓力（包括主動土壓力和水壓力），并繪出側壓力分布示意圖。（14分）4-IDkPa一填空題（2分/每空，共30分）13、 地下結構按使用功能不同可分為

11、 、生產設施、 儲藏設施和。14、 淺埋式地下結構的設計計算通常包括 、和 三個方面的內容。15、 附建式地下結構的室內出入口分為 和 兩種形式。16、 地下結構設計模型可分四種，即經驗類比模型、荷載結構模 型、和。17、 復合式襯砌結構的構造包括 、二次襯砌和。18、 盾構機按功能分類，可分為 、和。二名詞解釋（3分/每題，共12分）1、彈性抗力；2、附建式地下結構；3、掘進機法；4、地下結構三簡答題（5分/每題，共30分）1、地下結構設計分為初步設計和技術設計，其中技術設計階段的主要內容包括 哪些2、何謂淺埋式地下結構其主要結構形式有哪些在什么條件下適宜采用明挖法施工3、附建式地下結構設計

12、的特點主要有哪些4.、新奧法隧道支護結構設計基本程序是什么5、盾構法隧道襯砌管片按材料可分為哪些形式并簡述其各自特點和使用條件6、全斷面隧道掘進機可以分為哪兩類它們之間有哪些區(qū)別四分析計算題（共28分）/i - 1Tlz心Ti = iSkN/iir' 圖1 土層分布及性質指標圖2、某公路隧道采用直墻拱結構，開挖寬度為12.0 m,隧道凈高7.0 m0經勘探，隧址區(qū)以V級圍巖為主，容重為21kN/m3,計算摩擦角為300。隧道埋深為12m。該隧 道采用礦山法施工，請判斷隧道是深埋還是淺埋，計算隧道垂直圍巖壓力和水平壓 力值，并繪出隧道圍巖壓力示意圖。（14分）B卷答案一填空題（2分/每空

13、，共30分）19、 生活設施、生產設施、防災設施20、 荷載計算、內力計算、截面驗算21、 階梯式、豎井式22、 地層結構模型、收斂限制模型23、 初期支護、防水層24、 土壓平衡盾構機、泥水平衡盾構機、混合盾構機25、 解釋（4分/每題，共8分）1 .彈性抗力：在拱頂，其變形背向地層，在此區(qū)域內巖土體對結構不產生約束作用， 所以成為脫離區(qū)，而在靠邊拱腳和邊墻部位，結構產生壓向地層的變形，由于結構 與巖土體緊密接觸，則巖土體將制止結構的變形，從而產生了對結構的反作用力， 這個反作用力稱為彈性抗力2 .附建式地下結構：是指根據一定的防護要求修建于較堅固的建筑物下面的地下室, 又稱“防空地下室”或

14、“附建式人防工事”。3 .掘進機法：是利用巖石隧道掘進機在巖石地層挖掘隧道的一種施工方法。4.地下建筑結構：在保留上部地層（山體或土層）的前提下，在開挖出能提供某種用 途的地下空間內修筑的建筑結構。三簡答題（8分/每題，共32分）1、技術設計主要是解決結構的強度、剛度和穩(wěn)定、抗裂性等問題，并提供施工時結構各部件的具體細節(jié)尺寸及連接大樣。技術細節(jié)的主要內容是：（一）計算荷載：按地層介質類別、建筑用途、防護等級、地震級別、埋置 深度等求出作用在結構上的各種荷載值；（二）計算簡圖：根據實際結構和計算工具情況，擬出恰當的計算圖式；（三）內力分析：選擇結構內力計算方法，得出結構各控制設計截面的內力；（四

15、）內力組合：在各種荷載內力分別計算的基礎上，對最不利的可能情況進行內力組合，求出各控制界面的最大設計內力值；（五）配筋設計：通過截面強度和裂縫計算得出受力鋼筋，并確定必要的分 布鋼筋與架立鋼筋；（六）繪制結構施工詳圖：如結構平面圖、結構構件配筋圖、節(jié)點詳圖，還 有風、水、電和其他內部設備的預埋件圖；（七）材料、工程數量和工程財務預算。2、答：淺埋式地下結構是指其覆蓋層厚度較薄，不滿足壓力拱成拱條件或軟土地層 中覆蓋層厚度小于結構尺寸的地下結構。其結構形式主要分為圓形結構、拱形結構、矩形閉合結構、梁板式結構和殼體結構 或折板結構。根據我國的工程經驗，埋深在 550m的淺埋式地下結構采用明挖法施工

16、是經濟合理I3、（1）地上地下綜合考慮，使地上與地下部分的建筑材料、平面布置、結構形式、 施工方法等盡量取得一致。（2）附建式地下結構的側墻與上部地面建筑的承重外墻相重合，要盡量不做或少做局部地下室，要修全地下室。（3）根據核爆炸、化學生物武器的殺傷作用與因素確定對附建式地下結構的要求。（4）對附建式地下結構中的鋼筋混凝土結構，可按彈塑性階段設計。（5）附建式地下結構以平時設計荷載和戰(zhàn)時設計荷載兩者中的控制狀況作為設計的依據。（6）附建式地下結構的設計要做到平戰(zhàn)結合。的環(huán)境條件；（3）施工前預設計；（4）隧道開挖與開挖工作面地質調查、現場監(jiān) 控量測。5、（1）鋼筋混凝土管片箱形管片一般用于較大

17、直徑的隧道。單塊管片重量較輕，管片本身強度不如平 板形管片，特別在盾構頂力作用下易開裂。2）平板形管片用于較小直徑的隧道，單塊管片重量較重，對盾構千斤頂頂力具有 較大的抵抗能力，正常運營時對隧道通風阻力較小。（2）鑄鐵管片國外在飽和含水不穩(wěn)定地層中修建隧道時較多采用鑄鐵管片。管片顯得較輕，耐蝕 性好，機械加工后管片精度高，能有效地防滲抗漏。缺點是金屬消耗量大，機械加 工量也大，價格昂貴。近十幾年來已逐步由鋼筋混凝土管片所取代。由于鑄鐵管片 具有脆性破壞的特性，不宜用作承受沖擊荷重的隧道襯砌結構。（3）鋼管片優(yōu)點是重量輕，強度高。缺點是剛度小，耐銹蝕性差，需進行機械加工以滿足 防水要求。成本昂貴

18、，金屬消耗量大，國外在使用鋼管片的同時，再在其內澆注混 凝土或鋼筋混凝土內襯。（4）復合管片外殼采用鋼板制成，在鋼殼內澆注鋼筋混凝土，組成一復合結構，這樣其重量比鋼 筋混凝土管片輕，剛度比鋼管片大，金屬消耗量比鋼管片小，缺點是鋼板耐蝕性差， 加工復雜冗繁。6、TBM一般可分為開敞式TBM和護盾式TBM兩大類型，護盾式TBM又有雙護盾 TBM和單護盾TBM之分。開敞式和護盾式掘進機的區(qū)別在于開敞式掘進機在開挖中依靠撐于巖璧上的水 平支撐提供設備推力和扭矩的支撐反力，開挖后的圍巖暴露于機械四周。而護盾掘 進機則可在掘進中利用尾部已安裝的襯砌管片作為推進的支撐，圍巖由于有護盾防 護，在護盾長度的范圍內不暴露。因此護盾掘進機更適用于軟巖，而巖石穩(wěn)定性好、 軟弱圍巖較少的隧道一般選用開敞式。止匕外，還要根據工程設計、工期及工程造價 進行綜合分析確定。四 分析計算題（共30分）1、（14 分）解：4、新奧法設計的基本程序為：（1）研究實測資料；（2）掌握圍巖的各種性狀和隧道-IDkTai 周二置Tfl - lSkN/tiiJ土層分布及性質指標圖(1)第一層土A點:PaAqKa110tan24530210B點:PaB1q1h1 Ka11018(