中南大學隧道工程課后習題和參考答案及解析

.PAGE6/NUMPAGES6第1章隧道工程勘測設計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0.5cm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？避車洞的設置間距是多少？在布置避車洞時應該避開哪些地方？

2.營運隧道的通風方式有哪些？什么是風流中性點？它與通風方式的關(guān)系怎樣？

3.為什么公路隧道要設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,試問這是屬于哪一級圍巖？

2.某隧道內(nèi)空凈寬6.4m,凈高8m,Ⅳ級圍巖。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置？試推導徑向設置的圍巖抗力單元剛度矩陣。<注：抗力方向以擠壓圍巖為正>

3.一對稱等厚平拱,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,而應經(jīng)量測后,再施噴。為了隧道的穩(wěn)定,復合式襯砌應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.某隧道的導坑,尺寸為2.8m×2.8m,Ⅴ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：

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？選擇輔助坑道時必須考慮哪些條件？

3.隧道施工通風有幾種方式？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級圍巖,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機應提供的風量。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效應？

2.如何克服空氣動力學的不良效應影響？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.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？習題參考答案第1章隧道工程勘測設計1.答：依隧道類型不同而不同：①對于長大隧道,線路選線應服從于隧道選址；②對于中、短隧道,選址應服從于線路。

2.答：早進晚出。保護洞口邊仰坡的穩(wěn)定。

3.答：①地質(zhì)構(gòu)造、巖體強度、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)；②越嶺線隧道的位置應選擇穿越埡口；河谷線隧道應使隧道外側(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：進口DK150+310～＋345

d總/2與d偏/2斷面：DK150+345～出口DK150+810

2.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：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；③應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有自然通風和機械通風兩種基本方式,而機械通風又有：洞口風道式通風、噴阻式通風、輔助坑道通風以及射流式通風。②風流中性點指風速為零的點,它不會出現(xiàn)在縱向式通風中,而只會出現(xiàn)在半橫向式和全橫向式通風之中。

3.答：①為了讓司機的眼睛逐漸適應洞內(nèi)外的亮度狀況；

②接近段——在洞口前,從注視點到適應點之間的一段道路,不需設照明；

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——司機已基本適應洞內(nèi)的照明光線,中間段的基本任務就是保證行車照明；

出口段——單向交通隧道中,應設置出口段照明,讓司機逐漸適應由洞內(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

圍巖分級主要考慮：地質(zhì)因素

圍巖分級的基本要素：4種

①巖性要素――強度、變形性質(zhì)等〔力學性質(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――地下水對圍巖的軟化作用；

④地應力要素――初始地應力對圍巖產(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：

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

這是Ⅳ級圍巖,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=<13～25>KPa；第5章隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算1.解：運用溫氏假定解之。

①②

2.什么情況下將圍巖抗力彈簧徑向設置？試推導徑向設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：①抗力設置方向提問,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,為了及時形成封閉支護結(jié)構(gòu),應減小臺階長度；

②進度因素,在較好圍巖中為了加快進度,在機械設備允許的情況下,應適當延長臺階長度。

③"環(huán)"法：利用核心土穩(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

導坑——于隧道斷面中先行開挖的部分均稱為導坑,有上部弧形導坑、側(cè)壁導坑、中導坑等。

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0.5～0.7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、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<長度>、工程造價。

3.答：①機械通風——風管式、巷道式、風墻式；②風管式；③壓入式、抽出式、混合式。

4.解：由<8-1>式,所需風量

因是Ⅰ級圍巖,故應采用全斷面法,即通風斷面積為75m2,由<8-4>式驗算風量：

不能滿足洞內(nèi)穩(wěn)定風流的風速要求,應加大風量。第9章新奧法1.解：①,計算出；

由9-9式,求得

∵∴/r/