高等隧道工程2演示教學

1、僅供學習與參考學習資料 隧道選址會遇到哪些不良地質(zhì)地段？在這些地段選址時，主要應考慮哪些問 題？（1）滑坡、錯落：滑坡、錯落對隧道的危害很大，因而在隧道通過滑坡地 區(qū)時，必須查明滑坡類型、范圍、深度、滑動方向及發(fā)生發(fā)展原因和規(guī)律，地 下水情況等。 一般應避開滑坡體或錯動體， 或在可能滑動面以下一定深度通過。（2）松散堆積層：堆積層常處在暫時穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動，穩(wěn)定即會喪失 而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應避開不穩(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，隧道也 可以穿過堆積體，但應避開堆積層中的軟弱層面和堆積體與基巖的接觸處通過， 而應將隧道置

2、于基巖或穩(wěn)定的堆積體中。（3）泥石流：隧道通過泥石流地段時，應結(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，隧道洞口應避開泥石流溝及泥石流可能擴展的范圍。有 困難時，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過。試闡明隧道圍巖分級的工程意義？并結(jié)合我國現(xiàn)行行業(yè)設(shè)計規(guī)范說明公路隧 道圍巖分級的方法和原理？經(jīng)過長期的工程實踐， 人們逐步認識到不同的地質(zhì)條件下開挖地下洞室時， 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度等主要指標給予定性和定量評價的基礎(chǔ)上， 按其穩(wěn)定性將圍巖分為

3、工程性質(zhì)不同的若干級別，這就是圍巖分級（也稱圍巖 分類）。并依照各級圍巖的穩(wěn)定程度制訂相應的工程措施， 給出最佳的施工方法 和支護結(jié)構(gòu)設(shè)計。從而為地下工程的設(shè)計和施工提供了一定的基礎(chǔ)條件。我國現(xiàn)行公路隧道設(shè)計規(guī)范圍巖分級的綜合評定方法采用兩步分級：根 據(jù)巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本 質(zhì)量指標BQ綜合進行初步分級；對圍巖進行詳細定級時，應在巖體基本質(zhì) 量分級基礎(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 BQ，結(jié) 合巖體的定性特征綜合評判、確定圍巖的詳細分級。圍巖詳細定級時，遇到地 下水、軟弱結(jié)構(gòu)面、高初始應力等情況時，對巖體基本質(zhì)量指標 BQ進行修正

4、。根據(jù)調(diào)查、勘探、試驗等資料，將圍巖分為 6 級，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 BQ在工程可行性研究和初步勘測階段，可 采用定性劃分的方法和工程類比的方法進行圍巖級別劃分。試述隧道結(jié)構(gòu)計算有哪些模型？（ 1）荷載結(jié)構(gòu)模型： 荷載結(jié)構(gòu)模型是我國隧道設(shè)計規(guī)范中推薦采用的一種 方法，其設(shè)計原理是按圍巖分類或由實用公式確定地層壓力，按彈性地基上結(jié) 構(gòu)物的計算方法計算襯砌內(nèi)力， 并進行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計。 采用這種設(shè)計計算模型， 計算方法簡單，工作量小，具有明確的安全系數(shù)評價方法，但其準確性將依賴 于地層壓力計算結(jié)果的真實性。學習資料（ 2）收斂約束模型： 收斂約束模型在國際隧道界也占

5、有一席之地， 該模型 認為圍巖壓力與支護抗力是在圍巖與支護系統(tǒng)共同變形中形成的，它主要關(guān)心 的是支護抗力作用下的地層狀態(tài)，而不是荷載作用下的支護結(jié)構(gòu)狀態(tài)，設(shè)置支 護結(jié)構(gòu)的目的是阻止圍巖體受力變形狀態(tài)的惡化，而不是主動承擔荷載，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和發(fā)揮圍巖 的自承能力，但在具體應用時，存在很多問題難以解決。首先目前仍無法正確 地確定地層和支護的響應曲線，從而使該方法仍停留在定性的描述階段，要它 作為隧道支護定量分析與設(shè)計的實用方法，還有許多理論上的難題需要解決， 目前一般僅按照量測的洞周收斂值進行反饋和監(jiān)控，指導后繼的隧道設(shè)計與施 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)條件分別計算襯砌與地層的內(nèi)力，并據(jù)以評價地層的穩(wěn)定性和進行 結(jié)構(gòu)截面設(shè)計。該計算理論對一小部分課題已取得了精確的解析解，大部分課 題的計算仍將依賴于數(shù)值計算方法，上個世紀七十年代中期以來，隨著電子計 算機的廣泛應用，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用創(chuàng)造了條件。近年來，追求高精度、能考慮多種 因素的數(shù)值仿真，已成為各設(shè)計和科研部門的時尚，但其計算結(jié)果多數(shù)都沒有 用到工程實踐上，只能為設(shè)計人員和方案決策者提供一個定性參考。隨著高性 能計算機的出現(xiàn)以及計算技術(shù)的不斷完備，數(shù)值計算結(jié)果的準

7、確性將極大依賴 于介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系的合理性和計算參數(shù)的準確性，由于這兩個方面的不準確性， 已經(jīng)形成一個以模型識別和參數(shù)反演為主要內(nèi)容的重大研究方向，并已在工程 實踐中顯示了它的應用價值。（4）經(jīng)驗類比模型： 工程類比法在我國甚至于世界隧道及地下工程的設(shè)計 領(lǐng)域占據(jù)主導地位。 根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)而創(chuàng)立的新奧法 （在我國稱為“噴喵構(gòu)筑法”） 在預設(shè)計階段，支護參數(shù)仍需采用工程類比經(jīng)驗方法來確定，即便是依據(jù)監(jiān)控 量測資料修正支護參數(shù)和施工方法，經(jīng)驗仍起決定作用。工程類比經(jīng)驗設(shè)計方 法的關(guān)鍵在于建立正確的圍巖分類體系以及既有工程資料的積累和整理，現(xiàn)行 的圍巖分類帶有很大的人為因素，仍是一個以定性為主的分類，工程

8、類比也只 是各單位僅依據(jù)有限的設(shè)計資料進行類比，這樣進行的隧道支護設(shè)計，其功能 的可靠性及經(jīng)濟的合理性，往往難以得到保障。簡述現(xiàn)代支護理論并說明其基本要求？（1）現(xiàn)代支護理論一切方法、手段都以圍巖穩(wěn)定為目的；支護和圍巖 共同承載；圍巖是承載主體，應最大限度發(fā)揮其自承力；利用現(xiàn)場監(jiān)測手 段，獲取信息，指揮設(shè)計與施工；對不同的圍巖條件，靈活采用不同的設(shè)計 與施工方法。（ 2）簡述現(xiàn)代支護理論的基本要求： 圍巖與支護要大面積牢固接觸； 重視初期支護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；保證二次襯砌適時施作；支護結(jié)構(gòu)要根據(jù)圍巖條件及時調(diào)整。學習資料闡述錨桿及噴射混凝土對隧道的支

9、護機理？靈活性。錨噴支護是由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)等支護部件進行適當 組合的支護形式，它們既可以單獨使用，也可以組合使用。其組合形式和支護 參數(shù)可以根據(jù)圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，施工方法和進度，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。及時性。錨噴支護能在施作后迅速發(fā)揮其對圍巖的支護作用。這不僅表 現(xiàn)在時間上， 即噴射混凝土和錨桿都具有早強性能， 需要它時，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挖而施工，甚 至可以利用錨桿進行超前支護。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，噴射混凝土填補了洞 壁的凹穴，使洞壁變得圓順，從而減少了應力集中。深入性。錨桿能深入圍巖體內(nèi)部一定深度，對圍巖起約束作用。這種作 用尤其是以適當密度的徑向錨桿群(稱為系統(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)的巖體強度和整體性得以提高和 加強，應力分布狀態(tài)也得以改善。其承載能力和穩(wěn)定能力顯著增強。柔性。錨噴支護屬于柔性支護，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，使得它能與巖體

11、密貼粘結(jié)，且能噴得很薄，故 呈現(xiàn)柔性，而且這柔性可以通過分層分次噴射和加鋼纖維或鋼筋網(wǎng)來進一步發(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地圭寸閉圍巖，這種圭寸閉不僅阻止了洞內(nèi) 潮氣和水對圍巖的侵蝕作用，減少了膨脹性巖體的潮解軟化和膨脹，而且能夠 及時有效地阻止圍巖變形，使圍巖較早地進入變形收斂狀態(tài)。簡述黃土對隧道施工的影響并總結(jié)黃土隧道施工的注意事項？(1)黃土對隧道施工的影響：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，成對出現(xiàn)，并有一定

12、 延續(xù)性。在隧道開挖時，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 時處理不當，常會引起較大的坍塌。黃士沖溝地段：隧道在黃土沖溝或塘邊 地段施工時，當隧道在較長的范圍內(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。隧道若修 建在其鄰側(cè)，則有可能承受偏壓。水對黃土隧道施工的影響；在含有地下水 學習資料 的黃土層中修建隧道，由于黃土在干燥

13、時很堅固，承壓力也較高，施工可順利 進行。當其受水浸濕后，呈不同程度的濕陷后，會突然發(fā)生下沉現(xiàn)象，使開挖 后的圍巖迅速喪失自穩(wěn)能力，如果支護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：施工中如發(fā)現(xiàn)工作面有失穩(wěn)現(xiàn)象，應及 時用噴射混凝土封閉、加設(shè)錨桿、架立鋼支撐等加強支護。施工時特別注意 拱腳與墻腳處斷面，如超挖過大，應用漿砌片石回填。如發(fā)現(xiàn)該處主體承載力 不夠，應立即采取相應措施進行加固。黃土隧道施工，宜先作仰拱，如果不 能先作仰拱時，可在開挖與灌筑仰拱前，為防止邊墻向內(nèi)位移，應加設(shè)橫撐。 施工中如發(fā)現(xiàn)不安全因素時，應暫停開挖，加強臨時支護，以便采取適應性 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)地段時應注意哪些事項？(1 )溶洞：當施工達到溶洞邊緣，各工序應緊密銜接，支護和襯砌趕 前。同時應利用探孔或物探作超前預報，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，及時處理危石。當溶洞較大較高且頂部破碎時，應先噴射混凝土 加固，再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿，并應設(shè)置施工防護架或鋼筋防護網(wǎng)。 在溶蝕地段的爆破作業(yè)應盡量做到多打眼、 打淺眼，并控制爆破藥量減少對 圍巖的擾動。 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，造成嚴重損失。在溶洞充填體中掘進

15、，如充填物松軟，可用 超前支護施工。 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、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情況，反而會造成更多困難。(2)巖爆：如設(shè)有平行導坑，則平導應掘進超前正洞一定距離，以了解 地質(zhì)，分析可能發(fā)生巖爆的地段，為正洞施工達到相應地段時加強防治，采取 必要措施。爆破應選用預先釋放部分能量的方法，如超前預裂爆破法、切縫 法和排孔法等，先期將巖層的

16、原始應力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。爆破應 嚴格控制用藥量，以盡可能減少爆破對圍巖的影響。根據(jù)巖爆發(fā)生的頻率和 規(guī)模情況，必要時應考慮縮短爆破循環(huán)進尺。初期支護和襯砌要緊跟開挖面， 以盡可能減少巖層的暴露面和暴露時間， 防止巖爆的發(fā)生。 巖爆引起坍方時， 應迅速將人員和機械撤到安全地段； 采用摩擦型錨桿進行支護， 增大初錨固力； 采用鋼釬維噴射混凝土，抑制開挖面圍巖的剝落；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；采用聲波探測預報巖爆工作。 試述隧道坍方的常用處理措施？(1)隧道發(fā)生坍方，應及時迅速處理。處理時必須詳細觀測坍方范圍、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、水活動情況，經(jīng)認真分析， 學習資料 制定處理方案。（2）處理坍方應先加固未坍塌地段， 防止繼續(xù)發(fā)展。 并可按下列方法進行 處理：小坍方，縱向延伸不長、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)合支護封閉坍穴頂部和側(cè)部，再進行清渣。在確保安 全的前提下，也可在坍渣上架設(shè)臨時支架，穩(wěn)定頂部，然后清渣。臨時支架待 灌筑襯砌混凝土達到要求強度后方可拆除。大坍方，坍穴高、坍渣數(shù)量大， 坍渣體完全堵住洞身時，宜采取先護后挖的方法。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，在清渣前應支護陷穴口，地層極差時，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， 應加強防排水工作。 坍方往往與地下水活動有關(guān)， 治坍應先治水。 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， 以免坍方擴大。具體措施：地表沉陷和裂縫，用不透水土壤夯填緊密，開挖截水溝，防止地表水滲入坍體。坍方通頂時，應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)有地下水活動時，應用管槽引至排水溝排出。防止坍方擴 大。（4）坍方地段的襯砌，應視坍穴大小和地質(zhì)情況予以加強。襯砌背后與坍 穴洞孔周壁間必須緊密支撐。當坍穴較小時，可用漿砌片石或干砌片石將坍穴 填滿；當坍穴較大時，可先用漿砌片石回填一定厚度，其以上空間應采用鋼支 撐等頂住穩(wěn)定圍巖；特大坍穴應作特殊處理。（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)量測點，增加 量測頻率，根據(jù)量測信息及時研究對策。淺埋隧道，要進行地表下沉測量。 如何做好隧道的防水與排水？答為避免和減少水的危害，我國隧道工作者已總結(jié)出 “截、堵、排