西南交大考博-隧道力學(xué)重要參考資料

1、隧道力學(xué)一、闡明隧道圍巖分級(jí)的工程意義，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行作業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范（可選擇鐵路、公路、工程巖體分級(jí)等任一種）說(shuō)明圍巖分級(jí)的的方法和原理。（2015-1）圍巖分級(jí)的工程意義：準(zhǔn)確而合理的圍巖分級(jí)，是認(rèn)識(shí)洞室圍巖特征，正確進(jìn)行隧道設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)，是現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行科學(xué)管理，發(fā)展新的施工工藝以及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益的有力工具，是制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，對(duì)改善地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低工程造價(jià)，更快更好更省地修建隧道有十分重要的意義。圍巖分級(jí)較之以往的“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”、“經(jīng)驗(yàn)施工”階段，能夠較為充分地揭示出地質(zhì)條件與地下工程之間的本質(zhì)的、內(nèi)在的聯(lián)系，因而也就能夠客觀地預(yù)估或判斷坑道圍巖的級(jí)別，指導(dǎo)施工。圍巖分級(jí)針對(duì)

2、不同工程目的（爆破開挖、支護(hù)、掘進(jìn)），把與之相適應(yīng)的地質(zhì)條件進(jìn)行一定的概括，歸納并加以分級(jí)，從而為隧道及地下工程的設(shè)計(jì)、施工提供一定的基礎(chǔ)條件。方法和原理鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路隧道圍巖分級(jí)采用以圍巖穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的分級(jí)方法，由巖石的堅(jiān)硬程度和巖石的完整性程度兩個(gè)因素確定。鐵路隧道圍巖分級(jí)方法是根據(jù)地質(zhì)勘查資料，對(duì)巖石堅(jiān)硬程度和圍巖完整性程度兩個(gè)因素采用定性劃分和定量指標(biāo)兩種方法確定，在此基礎(chǔ)上確定圍巖的基本分級(jí)，再結(jié)合隧道工程特點(diǎn)，考慮地下水喝初始地應(yīng)力的狀態(tài)等因素進(jìn)行修正。2001年修訂后的鐵路圍巖級(jí)別判定補(bǔ)充彈性波速的影響，將隧道圍巖分為6級(jí)。二、隧道圍巖分級(jí)主要包括哪兩階段？闡述隧道圍巖分級(jí)

3、指標(biāo)體系？結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范闡述隧道圍巖分級(jí)中還存在哪些問題？（2007-1）圍巖是指隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體，或指隧道開挖后對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖體。根據(jù)巖體完整程度和巖石堅(jiān)硬程度等主要指標(biāo)在給予定性劃分和定量指標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，按其穩(wěn)定性將圍巖分為工程性質(zhì)不同的若干級(jí)別，這就是圍巖分級(jí)。隧道圍巖分級(jí)主要包括：設(shè)計(jì)階段圍巖分級(jí)的判定和施工階段圍巖分級(jí)的修正，前者是決策地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，后者是修正設(shè)計(jì)階段圍巖分級(jí)的基礎(chǔ)，也是使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工方法更加符合工程實(shí)際的基礎(chǔ)。圍巖分級(jí)指標(biāo)體系：?jiǎn)我坏膸r性指標(biāo)，包括巖石的抗壓和抗拉強(qiáng)度、彈性模量等物理力學(xué)參數(shù)，以及如抗鉆性、抗爆性等

4、工程指標(biāo)。在單一的巖性指標(biāo)中，多采用巖石的單軸飽和抗壓強(qiáng)度作為基本分級(jí)指標(biāo)，但只能表達(dá)巖體特征的一個(gè)方面，因此作為分級(jí)的唯一指標(biāo)是不合適的。單一的綜合巖性指標(biāo)，包括：A.巖體的彈性波傳播速度，它可以反映巖石的力學(xué)性質(zhì)，也可以表示巖體的破碎程度。B.巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD，它是反映巖體破碎程度和巖石強(qiáng)度的綜合指標(biāo)。C.巖體堅(jiān)固系數(shù)，它是反映巖石強(qiáng)度和巖石構(gòu)造特征的綜合指標(biāo)。多因素定性和定量的指標(biāo)相結(jié)合。該方法是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多的，包括太沙基分級(jí)法，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工程巖體分級(jí)、鐵路隧道規(guī)范中的圍巖分級(jí)。多因素組合的復(fù)合指標(biāo)。這是一種用2個(gè)或2個(gè)以上的巖性指標(biāo)，或綜合巖性指標(biāo)所表示的復(fù)合指標(biāo)。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范

5、中，隧道圍巖分級(jí)中存在的問題：目前的圍巖分級(jí)，主要考慮地質(zhì)因素，僅與巖體質(zhì)量有關(guān)，而沒有考慮工程因素和施工因素，帶有一定的主觀性，有一定人為因素和不確定性，對(duì)同一圍巖作出級(jí)別不同的判斷；設(shè)計(jì)施工階段的圍巖的分級(jí)存在差異，對(duì)圍巖分級(jí)的變更沒有特定的準(zhǔn)則；圍巖分級(jí)中的關(guān)鍵問題是把哪些地質(zhì)因素作為分級(jí)的指標(biāo)，這些分級(jí)指標(biāo)與圍巖穩(wěn)定有何關(guān)系，以及采用什么方法來(lái)判斷這些指標(biāo)等。長(zhǎng)期以來(lái)，隧道圍巖分級(jí)都是按其穩(wěn)定性分級(jí)的，隨著TBM方法越來(lái)越多的使用，這種分級(jí)方法是不適合的，TBM施工條件下的圍巖分級(jí)主要針對(duì)工程巖體的可掘進(jìn)性。圍巖分級(jí)包括設(shè)計(jì)階段和施工階段，由于我國(guó)沒有建立一套完整的施工階段圍巖分級(jí)體系

6、，致使施工的風(fēng)險(xiǎn)和過失判斷不明，因此引起很大的爭(zhēng)議和索賠，使業(yè)主和承包商承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 為使圍巖分級(jí)更具有實(shí)用性和準(zhǔn)確性，更好的服務(wù)于隧道工程的設(shè)計(jì)和施工，還需要研究圍巖分級(jí)各項(xiàng)指標(biāo)以及其相互關(guān)系；系統(tǒng)研究判定土體圍巖分級(jí)的因素和指標(biāo)；探討各級(jí)圍巖穩(wěn)定性規(guī)律，建立各級(jí)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)系的力學(xué)模型。隧道圍巖分級(jí)應(yīng)該向定性、定量相結(jié)合，以定量綜合指標(biāo)為主要判據(jù)的方向發(fā)展，使各種新理論、新方法在圍巖分級(jí)中得到更廣泛的應(yīng)用。地下水對(duì)圍巖分級(jí)的影響需進(jìn)一步研究。 發(fā)展趨勢(shì)：分級(jí)應(yīng)主要以巖體為對(duì)象，單一的巖石只是分級(jí)中的一個(gè)要素，巖體則包括巖塊和各巖塊之間的軟弱結(jié)構(gòu)面。因此分級(jí)的重點(diǎn)應(yīng)放在巖體的研究

7、上。分級(jí)宜與地質(zhì)勘探手段有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，這樣才有一個(gè)方便而又較可靠的判斷手段，隨著地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)發(fā)展，這將使分級(jí)指標(biāo)更趨定量化。分級(jí)要有明確的工程對(duì)象和工程目的，目前多數(shù)的分級(jí)方法都是與坑道支護(hù)相聯(lián)系?？拥绹鷰r的穩(wěn)定性、坑道開挖后暫時(shí)穩(wěn)定時(shí)間等與支護(hù)方法和類型密切相關(guān)，因而進(jìn)行分級(jí)時(shí)以此來(lái)體現(xiàn)工程目的是不可缺少的。分級(jí)宜逐漸定量化。目前大多數(shù)的分級(jí)指標(biāo)都是經(jīng)驗(yàn)或定性的，只有少數(shù)分級(jí)時(shí)半定量化的，這是由于客觀條件的地質(zhì)體非常復(fù)雜。隧道仰拱仰拱是為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部發(fā)反向拱形結(jié)構(gòu)，仰拱是隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一，是隧道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。一方面在隧道施工中設(shè)置仰拱，可使支護(hù)結(jié)構(gòu)形成

8、封閉的結(jié)構(gòu)體系，提高整體受力性能，控制隧道周邊收斂位移及圍巖體塑性變形的發(fā)展。另一方面在隧道使用過程中，仰拱可將隧道上部的地層壓力通過隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系妮d荷有效的傳遞到地下，而且還可有效地抵抗隧道下部地層傳來(lái)的反力。仰拱與二次襯砌構(gòu)成隧道整體，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。仰拱的作用；與二次襯砌構(gòu)成隧道整體，防水，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。解決基礎(chǔ)承載力不夠，減少下沉；防止底鼓的隆起變形，調(diào)整襯砌應(yīng)力的作用。封閉圍巖，阻止圍巖過大的變形，提高機(jī)構(gòu)的整體承載力。增加底部和墻部的支撐抵抗力，防止內(nèi)擠而產(chǎn)生剪切破壞。隧道開挖完成初期支護(hù)后，實(shí)行仰拱超前施工一方面可以實(shí)現(xiàn)隧道底部的快速封閉，有利于穩(wěn)定掌子面。同時(shí)便于和

9、邊、頂拱的初期支護(hù)迅速封閉成環(huán)，加強(qiáng)初期支護(hù)的抗彎和抗扭能力；另一方面仰拱超前施工后，可以及時(shí)封閉圍巖，阻止圍巖過大的變形，提高機(jī)構(gòu)的整體承載力。高速隧道多以大斷面為主，基地部分受力較為復(fù)雜，墻腳與仰拱連接處應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，并要求有更好圍巖強(qiáng)度和地基承載力，隧底結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期在列車重載作用及地下水侵蝕作用下極易產(chǎn)生破壞，從而引起基底沉陷、道床翻漿冒泥等病害，尤其是高速鐵路對(duì)隧道底部強(qiáng)度要求高、且斷面跨度大，因此要求高速鐵路對(duì)底板厚度和底板混凝土強(qiáng)度有更高要求，以提高其安全性、耐久性和防水性。三、在現(xiàn)代隧道施工中為什么要提倡“仰拱早上”（從結(jié)構(gòu)受力、圍巖變形等方面說(shuō)明），與大斷面公路隧道相比，高

10、速鐵道大斷面軟巖隧道仰拱施設(shè)的特點(diǎn)如何？為什么？仰拱早上有利于整體約束圍巖的變形，減小松動(dòng)圍巖壓力，可使隧道結(jié)構(gòu)的承載力提高，可使隧道周邊位移減小，可使二次襯砌的安全系數(shù)提高，可使初期支護(hù)的軸力大幅度減小，同時(shí)錨桿軸力也減小，仰拱的施設(shè)對(duì)改善隧道結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高隧道的穩(wěn)定性具有重要作用。高速鐵路大斷面隧道，以隧道底部較為復(fù)雜，邊腳底與仰拱連接處應(yīng)力較集中，因此隧道襯砌的安全性、耐久性和防水性要求更高。高速鐵路隧道設(shè)計(jì)使用年限要求100年，主體工程結(jié)構(gòu)要求“零缺陷”，同時(shí)由于鐵道部“鐵建設(shè)【2009】40號(hào)文”規(guī)定，級(jí)圍巖仰拱距掌子面的安全距離為90m，級(jí)圍巖為50m，級(jí)圍巖為40m，因此，

11、仰拱及時(shí)有效的施設(shè)已成為隧道進(jìn)度控制、安全質(zhì)量保證的關(guān)鍵點(diǎn)之一。高速鐵路仰拱及填充的施工方式主要存在如下特點(diǎn)：仰拱施工必須超前二次襯砌施做，且應(yīng)保證足夠的厚度；仰拱砼連續(xù)澆筑，一次成型，避免橫向分段灌注，不留縱向施工縫；仰拱砼不得與仰拱填充砼同時(shí)澆筑；仰拱填充砼的施工應(yīng)滿足無(wú)砟軌道的鋪設(shè)要求。原因：從仰拱開挖到砼灌注，這期間隧道是處于最不穩(wěn)定的狀態(tài)，及早施工仰拱，閉合開挖斷面，使隧道開挖斷面盡早形成圓環(huán)，是確保隧道安全的重要舉措，大斷面隧道以隧道底部較為復(fù)雜，邊墻底與仰拱連接處應(yīng)力較集中，因此隧道襯砌的安全性，耐久性和防水性要求更高。四、根據(jù)隧道所處的地質(zhì)條件（巖質(zhì)圍巖和土質(zhì)圍巖）和埋深條件（

12、深埋和淺埋），分別闡述施工階段錨桿的作用，并解釋之？錨桿是唯一從內(nèi)部補(bǔ)強(qiáng)圍巖的手段，它可以提高裂隙圍巖的抗剪強(qiáng)度，也可以改善圍巖的物性指標(biāo)，更可以將一些不連續(xù)的巖塊聯(lián)系在一起，它基本上不占用作業(yè)空間，施工性好，因此得到廣泛發(fā)應(yīng)用。錨桿的作用效果：懸吊效果：把因爆破而松動(dòng)的巖塊固定在沒有松動(dòng)的圍巖上，防止掉落，在裂隙發(fā)育的圍巖中與噴混凝土并用，效果增大；梁效果：對(duì)隧道周邊的層狀圍巖，使分離的層理面疊合而成疊合梁，因錨桿的疊合效果可使層理面?zhèn)鬟f剪力，作為組合梁而發(fā)揮作用；內(nèi)壓效果：錨桿軸力通過噴砼作用在隧道壁面上，發(fā)揮了內(nèi)壓效果，使隧道附近保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，這抑制了隧道周邊圍巖的塑性化和擴(kuò)大，同時(shí)

13、也發(fā)揮了抑制隧道凈空位移的效果；拱效果：由于系統(tǒng)錨桿的內(nèi)壓效果，對(duì)一體化的圍巖，形成了承載拱，提高了隧道周邊圍巖的承載能力，也發(fā)揮了抑制隧道凈空位移的效果；圍巖改良效果：圍巖內(nèi)插入錨桿后增大了圍巖自身的抗剪強(qiáng)度，圍巖屈服后的殘余強(qiáng)度也增大了，因此，錨桿能改善圍巖的特性。巖質(zhì)圍巖：圍巖強(qiáng)度比較大，隧道周邊圍巖沒有塑性化的情況，不需要內(nèi)壓效果，巖石本身的強(qiáng)度是充分的，隧道的穩(wěn)定通常是由裂隙等力學(xué)上的的不連續(xù)面所控制，因此，錨桿的作用主要是保持巖塊和控制巖塊的移動(dòng)，使圍巖成為一體，并促進(jìn)平衡拱的形成。土質(zhì)圍巖：在圍巖強(qiáng)度比較小的土質(zhì)圍巖中，隧道周邊圍巖發(fā)生塑性變化，需要以內(nèi)壓效果的形成平衡拱效果為主

14、，錨桿一邊隨圍巖變形，一邊約束圍巖防止其崩落，但在內(nèi)摩擦角小的地層中，如土砂地層，拱頂附近的錨桿幾乎不受拉力，而受壓力，因此，圍巖中單獨(dú)采用錨桿的效果較小，其只能起到加固拱腳附近和防止掌子面崩塌的作用。深埋條件：結(jié)合深埋隧道的特點(diǎn)，隧道開挖后拱頂形成坍落拱，坍落拱以下巖體松弛，因此，錨桿主要發(fā)揮支承作用和懸吊作用，確保巖塊的咬合，抑制不穩(wěn)定巖塊的崩落，從而確保松弛巖體一體化。淺埋條件：淺埋隧道開挖后，坍落拱不易形成，地層松弛較為嚴(yán)重，因此，錨桿主要起到加固圍巖，約束圍巖變形、穩(wěn)定掌子面，提高圍巖穩(wěn)定性，同時(shí)錨桿可以用于超前支護(hù)，控制地表下沉等作用。砂漿錨桿的軸力圖（2007）錨桿沿其長(zhǎng)度的軸力

15、變化如圖，錨桿軸力的峰值約在錨桿長(zhǎng)度的l/2左右。（缺圖）五、噴混凝土的支護(hù)力學(xué)作用有哪些？作為初期支護(hù)的噴混凝土與作為永久支護(hù)的噴混凝土在設(shè)計(jì)上有何不同？與圍巖的附著力、抗剪的支護(hù)效果：噴混凝土和圍巖的附著力，可分散作用在噴混凝土上的外力，同時(shí)加強(qiáng)隧道周邊的裂隙的抗剪能力，并可在壁面形成承載拱，在裂隙發(fā)育的硬巖等作用效果大。內(nèi)壓、閉合效果：因噴混凝土作為一個(gè)連續(xù)的構(gòu)件支持圍巖，可約束圍巖的變形，給圍巖以支護(hù)壓力（內(nèi)壓），使圍巖保持三軸的應(yīng)力狀態(tài)。此外，早期采用仰拱使斷面臨時(shí)閉合，也發(fā)揮了支護(hù)效果，此效果在軟巖和土砂圍巖中大。外力分配效果：作為傳遞土壓到鋼支撐、錨桿架上的構(gòu)件而發(fā)揮作用。軟弱層

16、補(bǔ)強(qiáng)效果：填平凹凸不平處，跨越軟弱層，而防止應(yīng)力集中，補(bǔ)強(qiáng)軟弱層等。被覆效果：開挖后，因及早被覆壁面，可防止圍巖風(fēng)化、止水、微粒子流失等。噴砼與錨桿、噴砼與鋼架、噴砼+鋼架+錨桿等多種組合形成，對(duì)約束圍巖的變形、提高初期支護(hù)的能力，控制掌子面后方的圍巖的效果是非常有效的。噴砼是唯一能與圍巖大面積的、密實(shí)接觸的一種方式，是其它方式所不能代替的，從力學(xué)上來(lái)說(shuō)，它既能傳遞徑向壓力也能傳遞切向應(yīng)力。作為初期支護(hù)的噴混凝土：要求（1）對(duì)作用荷載有足夠的強(qiáng)度；（2）具有早期需要的強(qiáng)度；（3）與圍巖充分粘附，填充和密實(shí)；（4）確保開挖面平滑。作為永久支護(hù)的噴混凝土：還需要充分考慮其耐久性（長(zhǎng)期強(qiáng)度、炭化抵抗

17、性、耐凍結(jié)能力）和水密性，對(duì)作用荷載有足夠的強(qiáng)度。六、闡述隧道特征曲線基本原理，在隧道施工中如何使用特征曲線法？特征曲線法的基本原理是利用巖體特征曲線和支護(hù)結(jié)構(gòu)特征曲線交會(huì)的辦法來(lái)決定支護(hù)體系的最佳平衡條件。右圖是特征曲線法原理示意圖，圖中縱坐標(biāo)表示結(jié)構(gòu)承受的地層壓力，橫坐標(biāo)表示沿洞周徑向位移，曲線為圍巖特征曲線，曲線為支護(hù)特征曲線，二條曲線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的最終地層壓力，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為襯砌的最終變形位移，因洞室開挖后一般需要隔開一段時(shí)間才修筑襯砌，在這段時(shí)間內(nèi)洞室地層將不受襯砌的約束而產(chǎn)生自由變形，即為洞室地層襯在襯砌修筑前已發(fā)生的初始自由變形值。在隧道施工中使用特征曲線法：

18、首先決定巖體力學(xué)參數(shù)（變形模量/彈性模量和內(nèi)摩擦角/粘結(jié)力）；根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算出圍巖特征曲線，在實(shí)踐中應(yīng)用量測(cè)的徑向位移和已知的支護(hù)阻力來(lái)反算巖體的特征值并和量測(cè)值加以比較，并修正巖體特征曲線；確定支護(hù)阻力，根據(jù)支護(hù)類型（噴混凝土、鋼支撐、錨桿及二次襯砌）、材料參數(shù)確定支護(hù)剛度，然后再圍巖特征曲線上選定合適的圍巖初始位移和合適的支護(hù)時(shí)機(jī)，確定支護(hù)特征曲線；兩條線的交點(diǎn)作為支護(hù)依據(jù)，根據(jù)交點(diǎn)處表示的支護(hù)抗力值進(jìn)行襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算，最后對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行安全性驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)果應(yīng)滿足安全性要求。此方法的關(guān)鍵是合理地確定兩條曲線的基本性質(zhì)及其隨一些因素的變化以及由兩者相互作用決定最佳平衡條件。為地層開挖后變形達(dá)

19、到穩(wěn)定時(shí)的地層特征曲線，-為在不同時(shí)間設(shè)置支護(hù)或襯砌剛度不同時(shí)的各種支護(hù)特征線，由圖可見，地層特征曲線為上凹曲線，最低點(diǎn)為b點(diǎn)，如支護(hù)特征線正好在b點(diǎn)與地層線相交，如圖線，則襯砌結(jié)構(gòu)上承受的地壓力最小。一般來(lái)說(shuō)，在施工中嚴(yán)格實(shí)現(xiàn)兩條線在b點(diǎn)相交不現(xiàn)實(shí)，能夠達(dá)到的目的僅是兩條相交特征線在b點(diǎn)附近相交。由于曲線在b點(diǎn)以后上升的原因是地層施加于襯砌上的松動(dòng)壓力增大，意味著洞周將出現(xiàn)較大程度的破壞，因而作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，應(yīng)做到使支護(hù)特征線在b點(diǎn)以左附近與地層特征線相交。斜線為在洞室開挖后立即施作支護(hù)時(shí)的支護(hù)特征線，斜線為開挖后隔一段時(shí)間再施作支護(hù)時(shí)的支護(hù)特征線，兩條斜線平行表示剛度完全相同，對(duì)比與，可見同

20、一剛度的支護(hù)設(shè)置時(shí)間不同，作用在襯砌上的地層壓力及襯砌位移卻將不同，鑒于地層本身具有一定的自支撐作用，適當(dāng)推遲設(shè)置支護(hù)的時(shí)間將有助于減小作用于襯砌結(jié)構(gòu)上的地層壓力，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。和為同一時(shí)間設(shè)置的剛度不同的兩種支護(hù)特征線，對(duì)比可見，若地層的特征線與支護(hù)特征線均能在b點(diǎn)以左相交，則相應(yīng)于柔性結(jié)構(gòu)的斜線將承受較小的地層壓力。所示的特征線將與地層線不再相交，表示支護(hù)剛度嚴(yán)重不足時(shí)地層松動(dòng)壓力將急劇增長(zhǎng)，使圍巖破壞區(qū)的范圍相應(yīng)擴(kuò)大。所示，襯砌結(jié)構(gòu)剛度過于不足時(shí)，支護(hù)在圍巖變形過程中早已破壞。所以只有將地層特征、支護(hù)時(shí)機(jī)、支護(hù)剛度等因素綜合考慮，才能做出合理的設(shè)計(jì)。六、采用礦山法/新奧法修建隧道工程中

21、，二次襯砌在不同階段的受力特點(diǎn)，如何確定二次襯砌上的作用荷載？設(shè)置二次襯砌的目的主要有：考慮圍巖的不均勻性、支護(hù)材料質(zhì)量的離散、錨桿的腐蝕等不確定因素，需要增加作為結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)；考慮使用后外力的變化和支護(hù)材料的劣化，需要提高作為結(jié)構(gòu)物的耐久性；襯砌施工后，因水壓、上覆荷載等外力發(fā)生時(shí)，需要加以支持；在隧道變形沒有收斂時(shí)修筑襯砌的場(chǎng)合，要給予隧道穩(wěn)定必要的約束力，故設(shè)置二次襯砌的時(shí)間有兩種情況，受力特點(diǎn)如下：A、初期支護(hù)的變形收斂后再設(shè)置襯砌，此時(shí)，二次襯砌承受后續(xù)荷載，包括水壓力、圍巖和襯砌的流變荷載，由于錨桿等支護(hù)失效而產(chǎn)生的圍巖壓力等。B、根據(jù)需要，較早地設(shè)置二次襯砌，特別是超淺埋隧道

22、對(duì)地表沉降有嚴(yán)格要求時(shí)，此時(shí)二次襯砌和初期支護(hù)共同承受圍巖壓力。此外，在塑性流變地層中，圍巖的變形和地壓都很大，而且持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，通常需要在開挖前采取輔助措施對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)加固，同時(shí)采取能夠吸收大變形的鋼支撐，允許噴砼和鋼支撐發(fā)生變形和位移，位移和變形基本得到控制后，再施作二次襯砌。另外，襯砌和二次襯砌之間設(shè)置防水層，故兩層襯砌之間只能傳遞徑向應(yīng)力，不能傳遞切向應(yīng)力，因此，兩層襯砌之間不能形成一個(gè)整體承載。 二次襯砌上的荷載確定：根據(jù)二次襯砌的設(shè)計(jì)目的，主要有以下幾種計(jì)算方法：建立初期支護(hù)與二次襯砌共同受力結(jié)構(gòu)體系模型，水壓作用在二次襯砌上，土壓、地面超載、人防荷載、地震力均作用在初期支護(hù)上，考

23、慮到初期支護(hù)結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕性差，計(jì)算時(shí)需要對(duì)其剛度進(jìn)行折減，一般按50%折減考慮。只建立二次襯砌單獨(dú)結(jié)構(gòu)體系模型，任務(wù)初期支護(hù)雖然長(zhǎng)期抗腐蝕性差，但畢竟是一層結(jié)構(gòu)，可以人為地認(rèn)為它能夠承擔(dān)30%的土壓，其余70%的土壓作用在二次襯砌上，涉及到其他其它類型荷載的計(jì)算與第一種計(jì)算方法相同。外部荷載全靠初期支護(hù)承載，二次襯砌只是安全儲(chǔ)備或者裝飾，對(duì)二次襯砌很少予以計(jì)算。七、軟弱圍巖（淺埋土質(zhì)圍巖），其地表變形規(guī)律，掌子面前方及周邊土體的變形規(guī)律，如何控制地表沉降？（礦山法）地表面沿隧道中線的縱向下沉動(dòng)態(tài)的基本規(guī)律是：掌子面到底之前，距掌子面一定距離發(fā)生隆起或相對(duì)隆起，并可能在掌子面到達(dá)前，在地表面

24、發(fā)生與隧道軸線正交的橫斷開裂，隨之發(fā)生掌子面前方的下沉，其下沉開始位置，視支護(hù)施工狀況頗有不同。掌子面通過前后，圍巖發(fā)生急劇的下沉，此急劇下沉從地表靠近拱頂越大，在地表面平坦的地段，其下沉量小于最終下沉量的30%，而在傾斜地段約為39%56%，約為平坦地段的2倍，此時(shí)出現(xiàn)最大的地表面下沉。掌子面通過后，地表面下沉開始收斂，離掌子面越遠(yuǎn)，隧道斷面閉合，下沉也就收斂了。地表面沿隧道中線的橫向下沉動(dòng)態(tài)的基本規(guī)律：掌子面通過前，對(duì)地面橫向下沉的影響相對(duì)較小。掌子面通過后，由于掌子面通過后隧道中線上的地步下沉量急劇增大，故地表下沉形狀比掌子面通過前呈中央值很大的正態(tài)分布曲線。一般來(lái)說(shuō)，在淺埋條件下，隧道

25、開挖后的地面下沉與洞內(nèi)的變形之間是相關(guān)的，從基本規(guī)律上看，洞內(nèi)與地面下沉是一致的，也大體上分為掌子面前方的地表面下沉和鼓起，掌子面位置正上方的地表面下沉及掌子面后方的地表面下沉，不同的是量值和沉降發(fā)生的范圍，而且與洞內(nèi)的下沉是相關(guān)的。淺埋與深埋相比，一個(gè)特點(diǎn)是難以形成承載拱，同時(shí)，在這種情況下會(huì)有地形偏壓、表層軟弱堆積物、風(fēng)化帶等對(duì)隧道開挖有很大影響的特殊問題，為此，視地質(zhì)條件會(huì)出現(xiàn)下沉急劇增大，地表開裂等變異，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)掌子面不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以，在這種情況下，要采取掌子面穩(wěn)定措施和控制地表下沉措施。地表下沉與深埋有密切關(guān)系，埋深大時(shí)，在隧道橫斷內(nèi)形成了承載拱，開挖引起的下沉，局限在隧道周邊，

26、而埋深小時(shí)，沒有形成承載拱，開挖下沉?xí)苯舆_(dá)到地表面，故為防止支護(hù)下沉，增強(qiáng)承載力應(yīng)采取必要的措施，并研究采用注漿、垂直錨桿等技術(shù)對(duì)策。淺埋與深埋比較，另一個(gè)特點(diǎn)是，淺埋的土質(zhì)隧道，當(dāng)?shù)乇砻嫦鲁僚c對(duì)應(yīng)的拱腳下沉相等或小于時(shí)，會(huì)造成拱頂上部圍巖整體下沉的現(xiàn)象，這是淺埋隧道一個(gè)獨(dú)特的變形動(dòng)態(tài)。因此，在淺埋軟弱圍巖隧道施工中，必須把控制拱腳下沉作為一個(gè)重要問題。淺埋隧道掌子面前方的先行下沉很大，會(huì)造成很大的地表下沉，因此，研究采用前方地層的改善、超前管棚、水平高壓旋噴等輔助工法是必要的。因此，控制地表面下沉，除從地表面采取對(duì)策外，基本上市采取從洞內(nèi)控制掌子面前方先行位移和掌子面后方位移的對(duì)策。地表面

27、下沉的主要原因：地表面下沉的主要因素包括地形、地質(zhì)、地下水、埋深、隧道斷面形狀、支護(hù)等各種條件，是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但主要是開挖引起的圍巖松弛（開挖的應(yīng)力釋放）和開挖中的地下水降低（空隙水壓降低）所造成的。由于開挖的應(yīng)力釋放產(chǎn)生的地表面下沉，是因周邊圍巖的松弛影響到地面所致，如以未固結(jié)圍巖和淺埋隧道為例，周邊圍巖強(qiáng)度不足和隧道上方圍巖不能形成承載拱是主因。為防止這種下沉，有必要對(duì)隧道上方圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，作為對(duì)策要盡可能早地防止隧道周邊圍巖的松弛，因此，與掌子面穩(wěn)定對(duì)策同樣，要采取輔助工法，但為抑制地表面下沉，與掌子面穩(wěn)定對(duì)策相比，要采用剛性更大的對(duì)策。孔隙水壓降低造成的地表面下沉，主要是因地下水排出產(chǎn)

28、生的黏性土壓密下沉和砂質(zhì)土的即時(shí)下沉，其對(duì)策要采用能夠抑制向洞內(nèi)涌水的止水的注漿工法。控制地表面下沉的技術(shù)對(duì)策：地表旋噴樁加固地層旋噴樁是指在地表鉆孔，通過孔眼將高壓漿液和高壓風(fēng)旋轉(zhuǎn)噴射注入強(qiáng)風(fēng)化巖體或土體，從而達(dá)到就地造樁，加固地基的一種施工方法。主要用于地基改良、增加地基承載力等方面。在淺埋隧道地質(zhì)不良地段，采用此方法可以增強(qiáng)圍巖的整體性，減小地表沉陷，起到預(yù)防塌方和節(jié)省部分初期支護(hù)的作用。該工法往往配合起超前長(zhǎng)管幕，加強(qiáng)初期支護(hù)等措施共用。在隧道開挖前可以先期實(shí)施旋噴樁，不占用掌子面施工時(shí)間。地表垂直錨桿補(bǔ)強(qiáng)地表垂直錨桿補(bǔ)強(qiáng)工法是在隧道開挖前，先從地表大致垂直地鉆孔，插入鋼筋等，并用砂漿

29、全面錨固，對(duì)圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的方法，對(duì)維持掌子面穩(wěn)定、防止地表面的先行下沉、降低隧道周邊圍巖的松弛、抑制小規(guī)模的滑坡等是有效果的工法。該工法給予隧道開挖產(chǎn)生的周邊圍巖的變形以必要的約束力，通過砂漿傳遞到錨桿上，達(dá)到改良圍巖抗剪強(qiáng)度的目的。控制地表整體下沉埋深小的場(chǎng)合，圍巖多比較脆弱，支護(hù)腳部圍巖承載力不足引起的腳部下沉?xí)?dǎo)致支護(hù)的整體下沉，也促使了地表面下沉。此時(shí)，應(yīng)研究設(shè)置帶肋鋼支撐，設(shè)置臨時(shí)仰拱早期閉合和腳部補(bǔ)強(qiáng)錨桿、錨管等，特別是對(duì)于采用抑制地表面下沉的長(zhǎng)鋼管超前支護(hù)的場(chǎng)合，拱部用鋼管補(bǔ)強(qiáng)，但鋼管承受的荷載由支護(hù)支持，如支護(hù)支持力不足，支護(hù)設(shè)置后就不能忽視腳部的下沉。加強(qiáng)沉降觀測(cè)在有可能出現(xiàn)

30、地表面下沉的埋深小的圍巖中，從觀察、量測(cè)的觀點(diǎn)出發(fā)，最重要的是掌子面的觀察和地表面下沉的量測(cè)、隧道內(nèi)拱頂下沉和腳部下沉的量測(cè)，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)信息反饋指導(dǎo)施工，控制地表下沉。在控制地表面下沉過程中，要做到：超前預(yù)支護(hù)控制掌子面前方圍巖的先行位移是關(guān)鍵。建立同時(shí)測(cè)定地表面下沉、拱頂下沉與腳部下沉是量測(cè)體系，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)控制上部圍巖的整體下沉。采用剛性比較大的出去支護(hù)，如高強(qiáng)噴砼、型鋼鋼架等控制掌子面后面的變形。在富水條件下，要先止水，盡可能在無(wú)水或少水條件下進(jìn)行開挖?？刂频乇沓两担嚎刂频乇硐鲁粒饕獜膬煞矫鎭?lái)著手：從洞內(nèi)控制掌子面前方先行位移、掌子面擠出位移和掌子面后方位移從地表面采取控制地面下沉措

31、施利用超前支護(hù)技術(shù)，如超前錨桿、超前長(zhǎng)鋼管、超前大管棚、超前小導(dǎo)管、水平噴注漿等控制掌子面前方先行位移。利用留核心土、掌子面噴砼、掌子面錨桿、掌子面圍巖注漿改良等穩(wěn)定掌子面、控制掌子面擠出位移。采用加強(qiáng)的初期支護(hù)，如采用高剛性、高強(qiáng)度的噴砼、高規(guī)格的鋼支撐、承載力大的錨桿等加強(qiáng)初期支護(hù)?？刂乒澳_下沉：采用臨時(shí)仰拱、加肋鋼筋、噴砼加固拱腳等控制上半斷面拱腳下沉，利用鎖腳錨桿、拱腳加固樁、水平側(cè)壁鋼管等提高拱腳的承載力。采用注漿止水工法：采用凍結(jié)法、隔斷壁法等進(jìn)行堵水，減少地下水位下降造成的圍巖松弛和地表下沉。采用控制爆破技術(shù)減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，建立同時(shí)測(cè)定地表面下沉，拱頂下沉與拱腳下沉的量測(cè)體系，

32、根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，及時(shí)調(diào)整開挖順序及開挖進(jìn)尺，變更支護(hù)形式及施設(shè)時(shí)間等控制上部圍巖的整體下沉。地表旋噴樁加固地層，地表垂直錨桿補(bǔ)強(qiáng)地層等控制土質(zhì)圍巖等技術(shù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，控制地表下沉。八、在淺埋土質(zhì)圍巖條件下，采用鉆爆法施工打斷么隧道，如何控制地表沉降？在淺埋隧道中，控制圍巖松弛，也就是控制地表下沉，防止地表下沉的主要措施是改善掌子面上方的圍巖狀況。同時(shí)，因地表下沉與掌子面穩(wěn)定性有關(guān)，因此，防止地表下沉對(duì)策多與掌子面穩(wěn)定對(duì)策同時(shí)實(shí)施。1）穩(wěn)定掌子面的方法：A、用來(lái)支撐圍巖的超前支護(hù)、短管棚等。B、用來(lái)改良圍巖的有注漿等。C、用來(lái)發(fā)揮錨桿作用的斜錨桿、正面錨桿等。D、噴混凝土加強(qiáng)等。2

33、）穩(wěn)定圍巖和控制地表下沉的方法：A、垂直錨桿法。B、打設(shè)管棚法。C、注漿加固法和D、預(yù)襯砌法。按照現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)信息反饋來(lái)指導(dǎo)施工，控制地表沉降。為了抑制地表下沉或由于土壓大，需要提高初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度，可選擇鋼支撐。采用控制爆破技術(shù)以減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)程度，是斷面成型規(guī)整，以利于圍巖自身承載能力的發(fā)揮和支護(hù)作用的發(fā)揮。減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)，如果為大跨度隧道鉆爆開挖，采用分部開挖方案，化大斷面為小斷面。開挖進(jìn)尺，要根據(jù)圍巖級(jí)別、施工技術(shù)等因素確定。條件支護(hù)封底時(shí)間，仰拱對(duì)控制洞周變形，抑制地表沉降方面的作用時(shí)很顯著的，在必要時(shí)設(shè)置仰拱，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，適時(shí)封閉仰拱。對(duì)淺埋土質(zhì)圍巖來(lái)說(shuō)，由于其松

34、散自穩(wěn)定性差，又是在大斷面隧道之中，所以進(jìn)尺應(yīng)短些，合理利用開挖面的空間效應(yīng)，對(duì)開挖面與支護(hù)面的距離要作出限制。九、以靜水狀初始應(yīng)力場(chǎng)下修建圓形隧道為例（假定圍巖為各向同性的均勻力學(xué)彈塑性體），說(shuō)明施工過程中圍巖應(yīng)力狀態(tài)主要變化過程以及二次應(yīng)力狀態(tài)的受力特征。在施工過程中圍巖應(yīng)力狀態(tài)主要變化過程：坑道開挖前巖體處于初始應(yīng)力狀態(tài)，謂之一次應(yīng)力狀態(tài)；坑道開挖后由于應(yīng)力重新分布，坑道圍巖處于二次應(yīng)力狀態(tài)，這種狀態(tài)受到開挖方式（爆破、非爆破）和方法（全斷面開挖、分部開挖）的強(qiáng)烈影響。如果二次應(yīng)力狀態(tài)滿足坑道穩(wěn)定的要求，則可以不加任何支護(hù)，坑道即可自穩(wěn)；如果坑道不能自穩(wěn)，就須施加支護(hù)措施加以控制，促使其

35、穩(wěn)定，這就是三次應(yīng)力狀態(tài)，顯然這種狀態(tài)與支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型、方法以及施設(shè)時(shí)間等有關(guān)，三次應(yīng)力狀態(tài)滿足穩(wěn)定要求后就會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)。影響二次和三次應(yīng)力狀態(tài)的因素有：圍巖的初始應(yīng)力、巖體的構(gòu)造因素（結(jié)構(gòu)面、巖塊組合形態(tài)等）、坑道形狀和尺寸、埋深以及坑道施工技術(shù)等?？拥篱_挖后周圍巖體中的應(yīng)力、位移視圍巖強(qiáng)度（單軸抗壓強(qiáng)度）分為兩種情況：一種是開挖的圍巖仍處在彈性狀態(tài)，此時(shí)，坑道圍巖除產(chǎn)生稍許松弛外是穩(wěn)定的；一種是開挖后的應(yīng)力狀態(tài)超過圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度，此時(shí)坑道圍巖的一部分處于塑性甚至松弛狀態(tài)，坑道圍巖將產(chǎn)生塑性滑移、松弛或破壞。坑道開挖后的彈性二次應(yīng)力狀態(tài)沿坑道周邊只存在切向應(yīng)力，徑向應(yīng)力變?yōu)?

36、，坑道的開挖使坑道周邊的圍巖從二向（或三向）應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)閱蜗驊?yīng)力（或二向）狀態(tài)，沿坑道周邊的應(yīng)力值及其分布主要取決于側(cè)壓力系數(shù)值。十、采用暗挖法施工的隧道從開挖到洞室穩(wěn)定經(jīng)歷了哪幾個(gè)力學(xué)過程？并分析這些力學(xué)過程對(duì)隧道修建的影響？若在如圖所示的地應(yīng)力場(chǎng)中修建隧道，隧道沿哪個(gè)方向修建最為有利？為什么？若沿方向修建一圓形隧道，請(qǐng)繪出無(wú)支護(hù)條件下洞壁切向應(yīng)力值。修建有利：沿最大主應(yīng)力方向修建最為有利，即沿方向。原因：最大主應(yīng)力與洞軸線平行時(shí)，塑性區(qū)主要分布在洞室邊墻；最大主應(yīng)力與洞軸線垂直時(shí)，塑性區(qū)主要分布在洞室頂部與底板，不利于隧道的穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)規(guī)范給出了洞軸線與最大主應(yīng)力平行或小角度相交的設(shè)計(jì)

37、原則。，當(dāng)時(shí)，初始垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力相等時(shí)，坑道圍巖的應(yīng)力狀態(tài)是回轉(zhuǎn)對(duì)稱的，各點(diǎn)的應(yīng)力都相等，為一常數(shù)，。十一、結(jié)合圖示說(shuō)明掌子面前方先行位移、掌子面擠出位移、掌子面后方位移概念。在此基礎(chǔ)上，闡述軟弱圍巖隧道變形控制的基本理念以及基本原則。隧道開挖后在掌子面前方一定范圍內(nèi)（2a5a）產(chǎn)生了拱頂下沉，我們稱之為“掌子面前方先行位移”；在掌子面處，產(chǎn)生一定量的“初始下沉”（即通常所謂的拱頂下沉），此值與地質(zhì)條件密切相關(guān)，約為最終位移值的20%30%左右，同時(shí)，掌子面處發(fā)生向隧道內(nèi)的擠出變形，我們稱之為掌子面擠出位移；在掌子面后方，隨著掌子面的推進(jìn)，產(chǎn)生不斷增大的拱頂下沉，其特點(diǎn)是初期的位移速度很大

38、，而后增長(zhǎng)的速度逐漸減緩，并趨于穩(wěn)定，最后達(dá)到收斂，從掌子面下沉開始下沉到最后收斂的距離，謂之收斂距離，此距離一般圍巖條件下約為4a5a左右，謂之掌子面后方位移。軟弱圍巖變形控制的基本理念：未來(lái)減輕作用在支護(hù)上的荷載，容許一定的位移，即所謂的柔性支護(hù)控制理念。它是運(yùn)行圍巖變形，但控制圍巖產(chǎn)生有害的變形，如采用重支護(hù)、可縮式支護(hù)和分階段綜合控制變形等方法，它們的基本理念相同，都是容許圍巖變形、釋放地應(yīng)力、減小支護(hù)壓力，同時(shí)又能約束圍巖松弛和過度變形，保持隧道穩(wěn)定。為了控制圍巖松弛而盡可能早得控制位移，即所謂的剛性支護(hù)控制理念。它通常是采取加強(qiáng)支護(hù)和襯砌剛度以及提高圍巖的自支護(hù)能力兩種措施。軟弱圍

39、巖變形控制的基本原則：預(yù)支護(hù)、快挖、快支、快閉合。預(yù)支護(hù)在開挖前，針對(duì)開挖后預(yù)計(jì)的變形實(shí)態(tài)，事前采取的控制變形對(duì)策掌子面前方先行位移和擠出位移的控制。快挖采取全斷面法或臺(tái)階法進(jìn)行快速掘進(jìn)的對(duì)策進(jìn)尺及分部距離的控制?？熘Р扇〕跗谥ёo(hù)控制變形的對(duì)策初期位移速度及最終位移值的控制?？扉]合使變形早期收斂的對(duì)策收斂距離的控制或位移收斂時(shí)間的控制。十二、對(duì)于巖質(zhì)山嶺隧道而言，地下水的處理方式主要有哪幾種，其設(shè)計(jì)理念如何？不同防排水模式下，如何確定隧道的外水載荷的設(shè)計(jì)值？對(duì)于巖質(zhì)山嶺隧道，地下水的處理方式主要有：“以排為主”和“以堵為主，量限排放”“以排為主”：一般來(lái)說(shuō)，在環(huán)境沒有要求的情況下，淺埋山嶺隧道

40、中，隧道都采用排水型隧道；對(duì)長(zhǎng)而深的山嶺隧道，如果采用非排水型隧道方案，隧道襯砌將受到較高的水壓力，因此，絕大多數(shù)也采用排水的方法，降低作用在襯砌上的水壓力，但在有些隧道中，在局部地段也采用了壓注漿液的方法，解決施工中的出水問題，保證施工作業(yè)的安全?！耙远聻橹?，量限排放”：由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，對(duì)隧道涌水可能造成周邊地區(qū)的水理變化，如井水或泉水的枯竭、地表沉陷、水質(zhì)惡化等，就要采用防水型隧道，從目前的施工技術(shù)水平來(lái)看，完全止水是不可能的。不同防排水模式下，隧道的外水載荷的設(shè)計(jì)值：“以排為主”模式下，襯砌上的水壓力在設(shè)計(jì)上不予考慮；“以堵為主，量限排放”模式下，外水載荷的設(shè)計(jì)值主要有以下計(jì)算方

41、法：A、折減系數(shù)法參照玩過水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，作用在混凝土襯砌的外水壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值，其中為外水壓力折減系數(shù)，它是按隧道開挖后暴露的圍巖滴水狀況來(lái)確定，在不同的地質(zhì)條件下，水壓值可以有不同的折減系數(shù)。在錨桿噴砼支護(hù)技術(shù)規(guī)范中也建議外水壓力采用地下水位以下的水柱高度乘以相應(yīng)的折減系數(shù)的方法估算。鐵路隧道的研究指出，隧道開挖后對(duì)地下水活動(dòng)影響發(fā)范圍僅局限在一定的范圍內(nèi)，而不是整個(gè)地下水都對(duì)隧道發(fā)生作用。一般來(lái)說(shuō)，在地質(zhì)判斷中，當(dāng)滲透系數(shù)小于cm/s時(shí)，就可以認(rèn)為是不透水的圍巖，同時(shí)滲透系數(shù)也隨著埋深的增加而，即埋深增加，水壓的折減系數(shù)越大。B、滲透理論分析方法：分析隧道開挖后引起的地應(yīng)力和地下水

42、滲透力對(duì)圍巖和襯砌的耦合作用，隧道襯砌外水載荷是作用于地下水位整個(gè)空間的滲液體積力，應(yīng)按滲透荷載理論分析外水載荷作用下的隧道應(yīng)力，可以直接通過分析隧道開挖、施作襯砌后，地下水滲透力對(duì)圍巖和襯砌的耦合作用，來(lái)分析隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力的圍巖穩(wěn)定性。C、理論解析法：隧道水壓力的計(jì)算視圍巖為均質(zhì)、各向同性的彈塑性體，其中作用的初始應(yīng)力視為靜水壓力狀態(tài)。十三、闡述隧道信息化施工的基本原理及實(shí)踐方法?；驹恚涸谑┕で昂褪┕み^程中，通過儀器設(shè)備實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括拱頂沉降、洞周收斂變形、支護(hù)圍巖相互作用力等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析，對(duì)原設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行必要的調(diào)整（如支護(hù)形式，施作時(shí)間），并反饋到下一

43、施工過程，對(duì)下一階段的施工過程進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，從而保證施工能夠安全、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行，以期獲得最優(yōu)地下結(jié)構(gòu)物。實(shí)踐方法：流程根據(jù)施工前的信息（主要是地質(zhì)方面的）進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，然后付諸施工，同時(shí)進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)并依其信息（主要是位移信息）修改預(yù)設(shè)計(jì)，再施工、再測(cè)量，直到形成一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系，由此可見，信息設(shè)計(jì)方法與過去或當(dāng)期采用的一般設(shè)計(jì)方法，有了很大的改變，它不僅包括施工前的設(shè)計(jì)，還包括施工過程中的設(shè)計(jì)，即把過去截然分開的施工和設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，融為一體，構(gòu)成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程。十四、闡述隧道信息化施工方法的原理和需解決的問題。原理：根據(jù)施工前的信息（主要是地質(zhì)方面的）進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，然后付諸施工，同時(shí)

44、進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)并依其信息（主要是位移信息）修改預(yù)設(shè)計(jì)，再施工、再測(cè)量，直到形成一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的洞室結(jié)構(gòu)體系，由此可見，信息設(shè)計(jì)方法與過去或當(dāng)期采用的一般設(shè)計(jì)方法，有了很大的改變，它不僅包括施工前的設(shè)計(jì)，還包括施工過程中的設(shè)計(jì)，即把過去截然分開的施工和設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，融為一體，構(gòu)成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程。需解決的問題：1、采用什么信息進(jìn)行反饋？2、反饋的目的和要求3、采用什么方法進(jìn)行反饋？未完十五、在隧道施工過程中，如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和貫徹信息，判定其安全性？闡述隧道信息化施工基本原理，在隧道施工中，如何通過位移信息判斷隧道穩(wěn)定性？根據(jù)位移量測(cè)值或預(yù)計(jì)最終位移值判斷洞室穩(wěn)定性或可靠性分析的關(guān)鍵和難點(diǎn)是位移的

45、極限值的確定，位移極限值是洞室所處圍巖性質(zhì)、支護(hù)結(jié)構(gòu)形狀和施工等條件的綜合反映。它與其所處的地形、地質(zhì)條件、洞室形態(tài)、支護(hù)結(jié)構(gòu)形態(tài)和施工等因素有關(guān)，任一點(diǎn)的極限位移都是在具體條件下的隧道穩(wěn)定極限狀態(tài)位移。根據(jù)隧道洞室變形動(dòng)態(tài)信息反推的圍巖參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際所受的荷載，進(jìn)行洞室極限位移的計(jì)算模擬，并結(jié)合室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行綜合確定。實(shí)測(cè)最大相對(duì)位移值或預(yù)測(cè)相對(duì)位移不大于鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的極限相對(duì)位移值的2/3，可以認(rèn)為初期支護(hù)達(dá)到穩(wěn)定，如果大于極限相對(duì)位移值的2/3，意味著圍巖不穩(wěn)定或支護(hù)系統(tǒng)工作狀態(tài)不安全，需要加強(qiáng)。根據(jù)位移速率判斷位移速度是以每天的位移量來(lái)表示的，對(duì)某一開挖斷面來(lái)講

46、，從開始產(chǎn)生位移到它穩(wěn)定為止，每天的位移變化速率都是不同的，位移速率是由大變小遞減的過程，從變形曲線上可以分為三個(gè)階段：A、變形急劇增長(zhǎng)階段變形速率大于1mm/d；B、變形速率緩慢增長(zhǎng)階段變形速率為0.21mm/d；C、基本穩(wěn)定階段變形速率小于0.2mm/d當(dāng)凈空收斂速率小于0.2mm/d時(shí)，認(rèn)為圍巖已達(dá)到基本穩(wěn)定。（我國(guó)根據(jù)下坑、金家?guī)r、大瑤山等十余座隧道制定的圍巖變化速率標(biāo)準(zhǔn)）大秦鐵路復(fù)合襯砌隧道提出圍巖基本穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)：隧道跨度小于10m時(shí)，水平收斂速率約為0.1mm/d；跨度大于或等于10m時(shí)，水平收斂速率為0.2mm/d根據(jù)位移時(shí)間曲線（圍巖時(shí)態(tài)曲線）形態(tài)判斷由于巖體的流變特性，巖體破

47、壞前變形曲線可分三個(gè)階段：A、基本穩(wěn)定區(qū)，主要標(biāo)志為變形速率逐漸下降，即0，表面圍巖進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，須停工，進(jìn)行加固。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，可按下表所列變形管理指導(dǎo)施工管理登記管理位移施工狀態(tài)可正常施工應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)應(yīng)采取特殊措施實(shí)測(cè)位移值，極限位移值隧道失穩(wěn)的經(jīng)驗(yàn)先兆局部塊石坍塌或?qū)訝钆选妼哟罅块_裂累計(jì)位移量已達(dá)到極限位移的2/3，且仍未出現(xiàn)收斂減緩的跡象每月的位移量超過極限位移的10%洞室變形有異常加速，即在無(wú)施工干擾時(shí)的變形速率加大。十六、地表沉降規(guī)律,如何控制？（礦山法）地表面沿隧道中線的縱向下沉動(dòng)態(tài)基本規(guī)律：A、掌子面到達(dá)前，距掌子面一定距離發(fā)生下沉，并可能在掌子面到達(dá)前，在地表面發(fā)生與隧道軸

48、向成正交的橫斷開裂。B、掌子面通過前后，圍巖發(fā)生急劇的下沉，此急劇下沉從地表靠近拱頂越大。C、掌子面通過后，地表面下沉開始收斂，離掌子面越遠(yuǎn)，隧道斷面閉合，下沉也就收斂了。地表面沿隧道中線的橫向下沉動(dòng)態(tài)基本規(guī)律：A、掌子面通過前，對(duì)地面橫向下沉的影響相對(duì)較小。B、掌子面通過后，由于掌子面通過后隧道中線上的地步下沉量急劇增大，故地表下沉形狀比掌子面通過前呈中央值很大的正態(tài)分布曲線。掌子面前方及周邊土體變形規(guī)律：一般來(lái)說(shuō)，在淺埋條件下，隧道開挖后的地面下沉與洞內(nèi)的變形之間是相關(guān)的，從基本規(guī)律上看，洞內(nèi)與地面下沉是一致的，也大體上分為掌子面前方的地表面下沉和鼓起，掌子面位置正上方的地表面下沉及掌子面

49、后方的地表面下沉，不同的是量值和沉降發(fā)生的范圍，而且與洞內(nèi)的下沉是相關(guān)的?？刂频乇沓两荡胧簭亩磧?nèi)控制掌子面前方先行位移、掌子面擠出位移和掌子面后方位移，減小地表沉降A(chǔ)、利用超前支護(hù)技術(shù)，如超前錨桿、超前長(zhǎng)鋼管、超前大管棚、超前小導(dǎo)管、水平噴注漿等控制掌子面前方先行位移。B、利用留核心土、掌子面噴砼、掌子面錨桿、掌子面圍巖注漿改良等穩(wěn)定掌子面、控制掌子面擠出位移。C、采用加強(qiáng)的初期支護(hù)，如采用高剛性、高強(qiáng)度的噴砼、高規(guī)格的鋼支撐、承載力大的錨桿等加強(qiáng)初期支護(hù)。通過控制拱腳下沉，減小圍巖整體下沉。采用臨時(shí)仰拱、加肋鋼筋、噴砼加固拱腳等控制上半斷面拱腳下沉，利用鎖腳錨桿、拱腳加固樁、水平側(cè)壁鋼管等

50、提高拱腳的承載力。從地表面采取控制地表下沉措施。如地表旋噴樁加固地層，地表垂直錨桿補(bǔ)強(qiáng)地層等控制土質(zhì)圍巖等技術(shù)，對(duì)圍巖進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，控制地表下沉。采用注漿止水工法或采用凍結(jié)法，隔斷壁法進(jìn)行堵水處理，減少地下水位下降造成的圍巖松弛和地表下沉。建立同時(shí)測(cè)定地表面下沉、拱頂下沉與拱腳下沉的量測(cè)體系，根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，及時(shí)調(diào)整開挖順序及開挖進(jìn)尺、支護(hù)類型及施設(shè)時(shí)間等，及時(shí)控制圍巖松弛，控制地表下沉。十七、地表沉降規(guī)律，如何控制？（盾構(gòu)法）隧道縱向的地基變形盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前發(fā)生的下沉，先期沉降。對(duì)于砂質(zhì)土，先期沉降是由地下水位下沉引起的。對(duì)于極軟弱黏土，先期沉降是由于開挖面的過量取土而引起的。開挖面前部

51、下沉（隆起）是在盾構(gòu)開挖面即將到達(dá)之前發(fā)生的下沉或隆起，開挖面的水土壓力不平衡是其發(fā)生的原因。盾構(gòu)機(jī)通過時(shí)發(fā)生的下沉或隆起，是由于盾構(gòu)外周面與圍巖發(fā)生摩擦，或超挖使圍巖擾動(dòng)是其發(fā)生的主要原因。盾尾剛剛通過發(fā)生的下沉和隆起，是由于盾尾空隙的產(chǎn)生引起應(yīng)力釋放或壁后注漿壓力過大而產(chǎn)生，地基下沉的大部分都是這種盾尾空隙下沉。后續(xù)下沉是軟弱黏土中出現(xiàn)的現(xiàn)象，主要是由于盾構(gòu)推進(jìn)引起整個(gè)地基松弛或擾動(dòng)而發(fā)生的，可持續(xù)到盾構(gòu)通過后34個(gè)月。隧道橫斷面方向的沉降：由盾構(gòu)的推進(jìn)引起的橫斷面方向的最終地基下沉分布，一般以隧道為中心，呈單向橫坡形式，近似于倒立的標(biāo)準(zhǔn)概率曲線的形狀?？刂拼胧旱鼗冃晤A(yù)測(cè)與監(jiān)控。在推進(jìn)

52、時(shí)，在隧道中線向上及其兩側(cè)范圍內(nèi)設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)乇肀O(jiān)測(cè)顯示沉降量過大時(shí)，亦需暫停出土，建立土壓平衡，加大同步注漿或進(jìn)行二次注漿，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)施工，調(diào)整施工參數(shù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，用到后續(xù)的施工管理中。開挖過程中水土壓力不均衡防治措施。當(dāng)實(shí)際土倉(cāng)壓力未達(dá)到理論土壓力時(shí)，則存在掌子面失穩(wěn)的可能，此時(shí)應(yīng)停止出土，建立土壓平衡，土壓平衡式盾構(gòu)可通過調(diào)整推進(jìn)速度和螺旋式排土器的轉(zhuǎn)速，使土倉(cāng)壓力與開挖面土水壓力相對(duì)應(yīng)。另外，注入適當(dāng)?shù)奶砑觿┰黾娱_挖土的塑性、流動(dòng)性，使壓力倉(cāng)內(nèi)不產(chǎn)生空隙。泥水加壓盾構(gòu)可根據(jù)圍巖的透水性來(lái)調(diào)整泥漿性狀，并進(jìn)行泥漿管理，使壓力艙壓力始終對(duì)應(yīng)于開挖面的水土壓力。推進(jìn)中

53、圍巖擾動(dòng)防治措施。為了減少推進(jìn)中盾構(gòu)與圍巖之間的摩擦，盡量不擾動(dòng)圍巖，必須控制好盾構(gòu)姿態(tài)，防止盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)及橫向偏移等，減少超挖量。盾構(gòu)姿態(tài)發(fā)生偏差時(shí)，應(yīng)緩慢糾偏，不能操之過急。盾尾空隙下沉與壁后注漿引起的地基隆起防治措施。根據(jù)圍巖狀態(tài)來(lái)選擇滲透性好、固結(jié)強(qiáng)度大的壁后注漿材料，并盡量與盾構(gòu)推進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行壁后注漿，即采用同步注漿。推進(jìn)過程中及時(shí)進(jìn)行壁后注漿，保證注漿的數(shù)量和質(zhì)量，就能有效地控制沉降。另外，還應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行二次注漿控制下沉，降低由于二次注漿引起的下沉。一次襯砌變形防治措施、為防止管片環(huán)變形，必須使用形狀保持裝置等來(lái)確保管片組裝精度，同時(shí)充分緊固接頭螺栓，必要時(shí)做好二次緊固。地下水位下降

54、防治措施。為了防止從管片接頭、壁后注漿孔等處漏水，必須咨詢進(jìn)行管片的組裝及防水作業(yè)，做好螺栓的緊固工作。施工過程中，盾構(gòu)機(jī)的螺旋輸送器、盾尾密封刷等必須保持良好的密封性能，防止失效漏水。對(duì)完成施工的隧道滲漏水，必須及時(shí)采取措施進(jìn)行堵漏。十八、隧道開挖的基本原則：在保證圍巖穩(wěn)定或減少圍巖擾動(dòng)的前提下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_挖方法和掘進(jìn)方法，并盡可能提高掘進(jìn)速度。按開挖隧道的橫斷面分部情況來(lái)分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺(tái)階開挖法、分部開挖法。全斷面臺(tái)階法特點(diǎn)：開挖斷面作業(yè)空間大，干擾小；有條件充分使用機(jī)械，減少人力；工序少，便于施工組織與施工管理，改善勞動(dòng)條件；開挖一次成形，對(duì)圍巖擾動(dòng)小，有利于圍巖穩(wěn)定

55、。臺(tái)階法：長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法、微臺(tái)階法由兩條件決定：對(duì)初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短；對(duì)上部斷面施工所采用的開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場(chǎng)地大小的要求。分部開挖法：環(huán)形開挖預(yù)留核心土、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法。十九、新奧法（NATM）新奧法是以噴射砼錨桿作為主要支護(hù)手段，通過監(jiān)測(cè)控制圍巖的變形，充分發(fā)揮圍巖的自承能力的施工方法。錨噴支護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)的鋼木構(gòu)件支撐相比，不僅僅是手段上的不同，更重要的是工程概念的不同，是人們對(duì)隧道及地下工程問題的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解。由于噴錨支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使得隧道及地下洞室工程理論步入到現(xiàn)代理論的新領(lǐng)域，也使

56、隧道及地下洞室工程設(shè)計(jì)和施工更符合地下工程實(shí)際，即設(shè)計(jì)理論施工方法結(jié)構(gòu)（體系）工作狀態(tài)的一致。奧地利隧道學(xué)會(huì)認(rèn)為，新奧法是在圍巖中形成一個(gè)以封閉巖石支撐環(huán)為主要目的的隧道施工方法，泰勒教授認(rèn)為，新奧法不是單純的開挖、支護(hù)的方法和順序，而是按照實(shí)際觀察到的圍巖動(dòng)態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)開挖隧道的方法，有人把新奧法的施工原則歸納為充分保護(hù)，并利用圍巖的承載能力；其施工要點(diǎn)是控制爆破、錨噴支護(hù)和施工監(jiān)測(cè)；其施工方法為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)三位一體的動(dòng)態(tài)模式。新奧法施工的基本原則：少擾動(dòng)、早支護(hù)、勤測(cè)量、緊封閉少擾動(dòng)：是指在進(jìn)行隧道開挖使，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時(shí)間。即要求能用機(jī)械開挖的就不用鉆爆法開挖；采用鉆爆法開挖時(shí)，要嚴(yán)格進(jìn)行控制爆破；盡量采用大斷面開挖；根據(jù)圍巖類別，開挖方法，支護(hù)條件選擇合理的循環(huán)進(jìn)尺；對(duì)自穩(wěn)性差的圍巖，循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺應(yīng)短一些，支護(hù)要盡量緊跟開挖面，縮短應(yīng)力松弛時(shí)間。早支護(hù)，是指開挖后及時(shí)施作初期錨噴支護(hù)，使圍巖的變形進(jìn)入受控制狀態(tài)。這樣做，一方面是為了使圍巖不致因變形過度而產(chǎn)生坍塌失穩(wěn)；另一方面是使圍巖變形適度發(fā)展，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力，必要時(shí)可采取超前預(yù)支護(hù)措施。勤測(cè)量，是指以直觀、可靠的量測(cè)方法和量測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)圍巖（或圍巖加支護(hù)）