高等隧道工程2演示教學(xué)

1、僅供學(xué)習(xí)與參考學(xué)習(xí)資料 隧道選址會(huì)遇到哪些不良地質(zhì)地段？在這些地段選址時(shí)，主要應(yīng)考慮哪些問(wèn) 題？（1）滑坡、錯(cuò)落：滑坡、錯(cuò)落對(duì)隧道的危害很大，因而在隧道通過(guò)滑坡地 區(qū)時(shí)，必須查明滑坡類(lèi)型、范圍、深度、滑動(dòng)方向及發(fā)生發(fā)展原因和規(guī)律，地 下水情況等。 一般應(yīng)避開(kāi)滑坡體或錯(cuò)動(dòng)體， 或在可能滑動(dòng)面以下一定深度通過(guò)。（2）松散堆積層：堆積層常處在暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動(dòng)，穩(wěn)定即會(huì)喪失 而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應(yīng)避開(kāi)不穩(wěn)定、松散的堆積層，使洞身處 于基巖中，并具有足夠的安全厚度，在堆積體緊密穩(wěn)定，且不得已時(shí)，隧道也 可以穿過(guò)堆積體，但應(yīng)避開(kāi)堆積層中的軟弱層面和堆積體與基巖的接觸處通過(guò)， 而應(yīng)將隧道置

2、于基巖或穩(wěn)定的堆積體中。（3）泥石流：隧道通過(guò)泥石流地段時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況考慮泥石流溝的改 道和最大下切深度，確保洞口和洞身的安全。隧道洞頂距基巖面或最大下切面 要有一定的覆蓋厚度，隧道洞口應(yīng)避開(kāi)泥石流溝及泥石流可能擴(kuò)展的范圍。有 困難時(shí)，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過(guò)。試闡明隧道圍巖分級(jí)的工程意義？并結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范說(shuō)明公路隧 道圍巖分級(jí)的方法和原理？經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐， 人們逐步認(rèn)識(shí)到不同的地質(zhì)條件下開(kāi)挖地下洞室時(shí)， 其圍巖有不同的穩(wěn)定性，即不同的地質(zhì)條件與圍巖穩(wěn)定性之間存在著一定的聯(lián) 系。根據(jù)巖體完整程度和巖石強(qiáng)度等主要指標(biāo)給予定性和定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上， 按其穩(wěn)定性將圍巖分為

3、工程性質(zhì)不同的若干級(jí)別，這就是圍巖分級(jí)（也稱(chēng)圍巖 分類(lèi)）。并依照各級(jí)圍巖的穩(wěn)定程度制訂相應(yīng)的工程措施， 給出最佳的施工方法 和支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從而為地下工程的設(shè)計(jì)和施工提供了一定的基礎(chǔ)條件。我國(guó)現(xiàn)行公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范圍巖分級(jí)的綜合評(píng)定方法采用兩步分級(jí)：根 據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和定量的巖體基本 質(zhì)量指標(biāo)BQ綜合進(jìn)行初步分級(jí)；對(duì)圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)在巖體基本質(zhì) 量分級(jí)基礎(chǔ)上考慮修正因素的影響；按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo) BQ，結(jié) 合巖體的定性特征綜合評(píng)判、確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。圍巖詳細(xì)定級(jí)時(shí)，遇到地 下水、軟弱結(jié)構(gòu)面、高初始應(yīng)力等情況時(shí)，對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo) BQ進(jìn)行修正

4、。根據(jù)調(diào)查、勘探、試驗(yàn)等資料，將圍巖分為 6 級(jí)，給出了圍巖或土體的主 要定性特征和圍巖的基本質(zhì)量指標(biāo) BQ在工程可行性研究和初步勘測(cè)階段，可 采用定性劃分的方法和工程類(lèi)比的方法進(jìn)行圍巖級(jí)別劃分。試述隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算有哪些模型？（ 1）荷載結(jié)構(gòu)模型： 荷載結(jié)構(gòu)模型是我國(guó)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦采用的一種 方法，其設(shè)計(jì)原理是按圍巖分類(lèi)或由實(shí)用公式確定地層壓力，按彈性地基上結(jié) 構(gòu)物的計(jì)算方法計(jì)算襯砌內(nèi)力， 并進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)。 采用這種設(shè)計(jì)計(jì)算模型， 計(jì)算方法簡(jiǎn)單，工作量小，具有明確的安全系數(shù)評(píng)價(jià)方法，但其準(zhǔn)確性將依賴(lài) 于地層壓力計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性。學(xué)習(xí)資料（ 2）收斂約束模型： 收斂約束模型在國(guó)際隧道界也占

5、有一席之地， 該模型 認(rèn)為圍巖壓力與支護(hù)抗力是在圍巖與支護(hù)系統(tǒng)共同變形中形成的，它主要關(guān)心 的是支護(hù)抗力作用下的地層狀態(tài)，而不是荷載作用下的支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，設(shè)置支 護(hù)結(jié)構(gòu)的目的是阻止圍巖體受力變形狀態(tài)的惡化，而不是主動(dòng)承擔(dān)荷載，從而 體現(xiàn)了新奧法圍巖支承作用的思想，新奧法的基本理念是充分保護(hù)和發(fā)揮圍巖 的自承能力，但在具體應(yīng)用時(shí)，存在很多問(wèn)題難以解決。首先目前仍無(wú)法正確 地確定地層和支護(hù)的響應(yīng)曲線，從而使該方法仍停留在定性的描述階段，要它 作為隧道支護(hù)定量分析與設(shè)計(jì)的實(shí)用方法，還有許多理論上的難題需要解決， 目前一般僅按照量測(cè)的洞周收斂值進(jìn)行反饋和監(jiān)控，指導(dǎo)后繼的隧道設(shè)計(jì)與施 工。（3）地層結(jié)構(gòu)

6、模型：地層結(jié)構(gòu)模型將襯砌和地層視為共同受力的統(tǒng)一體系， 按變形協(xié)調(diào)條件分別計(jì)算襯砌與地層的內(nèi)力，并據(jù)以評(píng)價(jià)地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行 結(jié)構(gòu)截面設(shè)計(jì)。該計(jì)算理論對(duì)一小部分課題已取得了精確的解析解，大部分課 題的計(jì)算仍將依賴(lài)于數(shù)值計(jì)算方法，上個(gè)世紀(jì)七十年代中期以來(lái)，隨著電子計(jì) 算機(jī)的廣泛應(yīng)用，特別是有限元、邊界元、雜交元等數(shù)值方法的推廣，為連續(xù) 介質(zhì)模型在隧道工程中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。近年來(lái)，追求高精度、能考慮多種 因素的數(shù)值仿真，已成為各設(shè)計(jì)和科研部門(mén)的時(shí)尚，但其計(jì)算結(jié)果多數(shù)都沒(méi)有 用到工程實(shí)踐上，只能為設(shè)計(jì)人員和方案決策者提供一個(gè)定性參考。隨著高性 能計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及計(jì)算技術(shù)的不斷完備，數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)

7、確性將極大依賴(lài) 于介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的合理性和計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性，由于這兩個(gè)方面的不準(zhǔn)確性， 已經(jīng)形成一個(gè)以模型識(shí)別和參數(shù)反演為主要內(nèi)容的重大研究方向，并已在工程 實(shí)踐中顯示了它的應(yīng)用價(jià)值。（4）經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比模型： 工程類(lèi)比法在我國(guó)甚至于世界隧道及地下工程的設(shè)計(jì) 領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而創(chuàng)立的新奧法 （在我國(guó)稱(chēng)為“噴喵構(gòu)筑法”） 在預(yù)設(shè)計(jì)階段，支護(hù)參數(shù)仍需采用工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定，即便是依據(jù)監(jiān)控 量測(cè)資料修正支護(hù)參數(shù)和施工方法，經(jīng)驗(yàn)仍起決定作用。工程類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方 法的關(guān)鍵在于建立正確的圍巖分類(lèi)體系以及既有工程資料的積累和整理，現(xiàn)行 的圍巖分類(lèi)帶有很大的人為因素，仍是一個(gè)以定性為主的分類(lèi)，工程

8、類(lèi)比也只 是各單位僅依據(jù)有限的設(shè)計(jì)資料進(jìn)行類(lèi)比，這樣進(jìn)行的隧道支護(hù)設(shè)計(jì)，其功能 的可靠性及經(jīng)濟(jì)的合理性，往往難以得到保障。簡(jiǎn)述現(xiàn)代支護(hù)理論并說(shuō)明其基本要求？（1）現(xiàn)代支護(hù)理論一切方法、手段都以圍巖穩(wěn)定為目的；支護(hù)和圍巖 共同承載；圍巖是承載主體，應(yīng)最大限度發(fā)揮其自承力；利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手 段，獲取信息，指揮設(shè)計(jì)與施工；對(duì)不同的圍巖條件，靈活采用不同的設(shè)計(jì) 與施工方法。（ 2）簡(jiǎn)述現(xiàn)代支護(hù)理論的基本要求： 圍巖與支護(hù)要大面積牢固接觸； 重視初期支護(hù)的作用并使其與二次襯砌協(xié)調(diào)作用；允許圍巖與初支產(chǎn)生有限 變形；保證二次襯砌適時(shí)施作；支護(hù)結(jié)構(gòu)要根據(jù)圍巖條件及時(shí)調(diào)整。學(xué)習(xí)資料闡述錨桿及噴射混凝土對(duì)隧道的支

9、護(hù)機(jī)理？靈活性。錨噴支護(hù)是由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等支護(hù)部件進(jìn)行適當(dāng) 組合的支護(hù)形式，它們既可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。其組合形式和支護(hù) 參數(shù)可以根據(jù)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，施工方法和進(jìn)度，隧道形狀和尺寸等加以選擇 和調(diào)整。它們既可以用于局部加固，也易于實(shí)施整體加固；既可一次完成，也 可以分次完成。充分體現(xiàn)了“先柔后剛，按需提供”的原則。及時(shí)性。錨噴支護(hù)能在施作后迅速發(fā)揮其對(duì)圍巖的支護(hù)作用。這不僅表 現(xiàn)在時(shí)間上， 即噴射混凝土和錨桿都具有早強(qiáng)性能， 需要它時(shí)，它就能起作用， 而且表現(xiàn)在空間上，即噴射混凝土和錨桿可以最大限度地緊跟開(kāi)挖而施工，甚 至可以利用錨桿進(jìn)行超前支護(hù)。密貼性。噴射混凝土能與坑道

10、周邊的圍巖全面、緊密地粘結(jié)，因而可以 抵抗巖塊之間沿節(jié)理的剪切和張裂。從整體上結(jié)構(gòu)上看，噴射混凝土填補(bǔ)了洞 壁的凹穴，使洞壁變得圓順，從而減少了應(yīng)力集中。深入性。錨桿能深入圍巖體內(nèi)部一定深度，對(duì)圍巖起約束作用。這種作 用尤其是以適當(dāng)密度的徑向錨桿群(稱(chēng)為系統(tǒng)錨桿)的效果最為明顯。系統(tǒng)錨 桿的圍巖中形成一定厚度的錨固區(qū)，錨固區(qū)內(nèi)的巖體強(qiáng)度和整體性得以提高和 加強(qiáng)，應(yīng)力分布狀態(tài)也得以改善。其承載能力和穩(wěn)定能力顯著增強(qiáng)。柔性。錨噴支護(hù)屬于柔性支護(hù)，它可以較便利地調(diào)節(jié)圍巖變形，允許圍 巖作有限的變形， 即允許在圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展， 以發(fā)揮圍巖的自承能力。 噴射混凝土的施工工藝的特點(diǎn)，使得它能與巖體

11、密貼粘結(jié)，且能?chē)姷煤鼙?，?呈現(xiàn)柔性，而且這柔性可以通過(guò)分層分次噴射和加鋼纖維或鋼筋網(wǎng)來(lái)進(jìn)一步發(fā) 揮。另一方面，錨桿也有一定的延性，它可以允許巖體有較大的變形，甚至同 被加固巖體一起作整體位移，而仍能繼續(xù)工作不失效。圭寸閉性。噴射混凝土能全面及時(shí)地圭寸閉圍巖，這種圭寸閉不僅阻止了洞內(nèi) 潮氣和水對(duì)圍巖的侵蝕作用，減少了膨脹性巖體的潮解軟化和膨脹，而且能夠 及時(shí)有效地阻止圍巖變形，使圍巖較早地進(jìn)入變形收斂狀態(tài)。簡(jiǎn)述黃土對(duì)隧道施工的影響并總結(jié)黃土隧道施工的注意事項(xiàng)？(1)黃土對(duì)隧道施工的影響：黃土節(jié)理：在紅棕色或深褐色的古土壤黃 土層，常具有各方向的構(gòu)造節(jié)理，有的原生節(jié)理呈 X型，成對(duì)出現(xiàn)，并有一定

12、 延續(xù)性。在隧道開(kāi)挖時(shí)，土體容易順著節(jié)理張松或剪斷。如果這種地層位于坑 道頂部，則極易產(chǎn)生“塌頂”。如果位于側(cè)壁，則普遍出現(xiàn)側(cè)壁掉土，若施工 時(shí)處理不當(dāng)，常會(huì)引起較大的坍塌。黃士沖溝地段：隧道在黃土沖溝或塘邊 地段施工時(shí)，當(dāng)隧道在較長(zhǎng)的范圍內(nèi)沿著沖溝或塬邊平行走向，而覆蓋較薄或 偏壓很大的情況下，容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象。黃土溶洞與陷穴：黃 土溶洞與陷穴，是黃土地區(qū)經(jīng)常見(jiàn)到的不良地質(zhì)現(xiàn)象，隧道若修建在其上方， 則有基礎(chǔ)下沉的危害。隧道若修建在其下方，常有發(fā)生冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。隧道若修 建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。水對(duì)黃土隧道施工的影響；在含有地下水 學(xué)習(xí)資料 的黃土層中修建隧道，由于黃土在干燥

13、時(shí)很堅(jiān)固，承壓力也較高，施工可順利 進(jìn)行。當(dāng)其受水浸濕后，呈不同程度的濕陷后，會(huì)突然發(fā)生下沉現(xiàn)象，使開(kāi)挖 后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如果支護(hù)措施滿足不了變化后的情況，極容易造 成坍塌。黃土隧道施工的注意事項(xiàng)：施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)及 時(shí)用噴射混凝土封閉、加設(shè)錨桿、架立鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)。施工時(shí)特別注意 拱腳與墻腳處斷面，如超挖過(guò)大，應(yīng)用漿砌片石回填。如發(fā)現(xiàn)該處主體承載力 不夠，應(yīng)立即采取相應(yīng)措施進(jìn)行加固。黃土隧道施工，宜先作仰拱，如果不 能先作仰拱時(shí)，可在開(kāi)挖與灌筑仰拱前，為防止邊墻向內(nèi)位移，應(yīng)加設(shè)橫撐。 施工中如發(fā)現(xiàn)不安全因素時(shí)，應(yīng)暫停開(kāi)挖，加強(qiáng)臨時(shí)支護(hù)，以便采取適應(yīng)性 的工序安排。

14、分別論述隧道施工遇到溶洞、巖爆等不良地質(zhì)地段時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？(1 )溶洞：當(dāng)施工達(dá)到溶洞邊緣，各工序應(yīng)緊密銜接，支護(hù)和襯砌趕 前。同時(shí)應(yīng)利用探孔或物探作超前預(yù)報(bào)，設(shè)法探明溶洞的形狀、范圍、大小、 充填物及地下水等情況， 據(jù)以制定施工處理方案及安全措施。 施工中注意檢 查溶洞頂部，及時(shí)處理危石。當(dāng)溶洞較大較高且頂部破碎時(shí)，應(yīng)先噴射混凝土 加固，再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿，并應(yīng)設(shè)置施工防護(hù)架或鋼筋防護(hù)網(wǎng)。 在溶蝕地段的爆破作業(yè)應(yīng)盡量做到多打眼、 打淺眼，并控制爆破藥量減少對(duì) 圍巖的擾動(dòng)。 防止在一次爆破后溶洞內(nèi)的填充物突然大量涌入隧道， 或溶洞水 突然襲擊隧道，造成嚴(yán)重?fù)p失。在溶洞充填體中掘進(jìn)

15、，如充填物松軟，可用 超前支護(hù)施工。 如充填物為極松散的礫石、 塊石堆積或流塑狀粘土及砂粘土等 可于開(kāi)挖前采用地表注漿、 洞內(nèi)注漿或地表和洞內(nèi)注漿相結(jié)合加固。 如遇顆粒 細(xì)、含水量大的流塑狀土壤，可采用劈裂注漿技術(shù)，注入水泥漿或水泥水玻璃 雙液漿進(jìn)行加固。溶洞未做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。 因棄渣覆蓋了溶洞，不但不能了解其真實(shí)情況，反而會(huì)造成更多困難。(2)巖爆：如設(shè)有平行導(dǎo)坑，則平導(dǎo)應(yīng)掘進(jìn)超前正洞一定距離，以了解 地質(zhì)，分析可能發(fā)生巖爆的地段，為正洞施工達(dá)到相應(yīng)地段時(shí)加強(qiáng)防治，采取 必要措施。爆破應(yīng)選用預(yù)先釋放部分能量的方法，如超前預(yù)裂爆破法、切縫 法和排孔法等，先期將巖層的

16、原始應(yīng)力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。爆破應(yīng) 嚴(yán)格控制用藥量，以盡可能減少爆破對(duì)圍巖的影響。根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和 規(guī)模情況，必要時(shí)應(yīng)考慮縮短爆破循環(huán)進(jìn)尺。初期支護(hù)和襯砌要緊跟開(kāi)挖面， 以盡可能減少巖層的暴露面和暴露時(shí)間， 防止巖爆的發(fā)生。 巖爆引起坍方時(shí)， 應(yīng)迅速將人員和機(jī)械撤到安全地段； 采用摩擦型錨桿進(jìn)行支護(hù)， 增大初錨固力； 采用鋼釬維噴射混凝土，抑制開(kāi)挖面圍巖的剝落；采取掛鋼筋網(wǎng)或用鋼支撐加 固；充分作好巖爆現(xiàn)象觀察記錄；采用聲波探測(cè)預(yù)報(bào)巖爆工作。 試述隧道坍方的常用處理措施？(1)隧道發(fā)生坍方，應(yīng)及時(shí)迅速處理。處理時(shí)必須詳細(xì)觀測(cè)坍方范圍、形 狀、坍穴的地質(zhì)構(gòu)造，查明坍方發(fā)生的原因和地下

17、水活動(dòng)情況，經(jīng)認(rèn)真分析， 學(xué)習(xí)資料 制定處理方案。（2）處理坍方應(yīng)先加固未坍塌地段， 防止繼續(xù)發(fā)展。 并可按下列方法進(jìn)行 處理：小坍方，縱向延伸不長(zhǎng)、坍穴不高，首先加固坍體兩端洞身，并抓緊 噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護(hù)封閉坍穴頂部和側(cè)部，再進(jìn)行清渣。在確保安 全的前提下，也可在坍渣上架設(shè)臨時(shí)支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣。臨時(shí)支架待 灌筑襯砌混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后方可拆除。大坍方，坍穴高、坍渣數(shù)量大， 坍渣體完全堵住洞身時(shí)，宜采取先護(hù)后挖的方法。在查清坍穴規(guī)模大小和穴頂 位置后，可采用管棚法和注漿固結(jié)法穩(wěn)固圍巖體和渣體，待其基本穩(wěn)定后，按 先上部后下部的順序清除渣體，采取短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉的原則挖

18、坍體， 并盡快完成襯砌。坍方冒頂，在清渣前應(yīng)支護(hù)陷穴口，地層極差時(shí)，在陷穴 口附近地面打設(shè)地表錨桿，洞內(nèi)可采用管棚支護(hù)和鋼架支撐。洞口坍方，一 般易坍至地表，可采取暗洞明作的辦法。（3）處理坍方的同時(shí)， 應(yīng)加強(qiáng)防排水工作。 坍方往往與地下水活動(dòng)有關(guān)， 治坍應(yīng)先治水。 防止地表水滲入坍體或地下， 引截地下水防止?jié)B入坍方地段， 以免坍方擴(kuò)大。具體措施：地表沉陷和裂縫，用不透水土壤夯填緊密，開(kāi)挖截水溝，防止地表水滲入坍體。坍方通頂時(shí)，應(yīng)在陷穴口地表四周挖溝 排水，并設(shè)雨棚遮蓋穴頂。陷穴口回填應(yīng)高出地面并用粘土或圬工封口，做 好排水。坍體內(nèi)有地下水活動(dòng)時(shí)，應(yīng)用管槽引至排水溝排出。防止坍方擴(kuò) 大。（4）坍方地段的襯砌，應(yīng)視坍穴大小和地質(zhì)情況予以加強(qiáng)。襯砌背后與坍 穴洞孔周壁間必須緊密支撐。當(dāng)坍穴較小時(shí)，可用漿砌片石或干砌片石將坍穴 填滿；當(dāng)坍穴較大時(shí)，可先用漿砌片石回填一定厚度，其以上空間應(yīng)采用鋼支 撐等頂住穩(wěn)定圍巖；特大坍穴應(yīng)作特殊處理。（5）采用新奧法施工的隧道或有條件的隧道，坍方后要加設(shè)量測(cè)點(diǎn)，增加 量測(cè)頻率，根據(jù)量測(cè)信息及時(shí)研究對(duì)策。淺埋隧道，要進(jìn)行地表下沉測(cè)量。 如何做好隧道的防水與排水？答為避免和減少水的危害，我國(guó)隧道工作者已總結(jié)出 “截、堵、排