《隧道工程》作业完整版

绪论

思考题

1. 什么是隧道？

2. 隧道的种类有哪些？

3. 隧道设计包括的内容有哪些?

4. 和地面结构相比，隧道工程有哪些特点？

5. 试从隧道的广泛用途上论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。 6. 你认为隧道工程需要解决的难题有哪些？

第二章

思考题

1、 隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？ 2、 施工地质超前预报的内容有哪些？ 3、 简述岩石与岩体的区别。 4、 岩体的工程性质有哪些？

5、 围岩的定义，围岩分级的目的？ 6、 围岩分级的基本因素有哪些？

7、 影响围岩稳定性的主要因素有哪些？

8、 简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。

第三章

思考题：

1、 影响隧道位置选择的因素有哪些？

2、 越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们在位置的选择上采取什么原则？ 3、 地质条件对隧道位置选择有哪些影响？

4、 隧道洞口位置的选择遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？ 5、 什么是隧道净空？

6、 铁路隧道的横断面是根据什么设计的？ 7、 简述曲线铁路隧道加宽的原因和方法。

8、 曲线铁路隧道和直线隧道衔接的方法是什么？向直线方向延长13m和22m的理由是

什么？

9、 公路隧道建筑限界包含哪些内容？ 10、 隧道衬砌断面设计的原则是什么？

计算题

1、某隧道位于半径R=800m的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线加宽40cm，中线偏移值d=12.5cm，外轨超高值E=9.5cm，隧道竣工后，测得DK23+15、DK23+20、DK23+25各起拱线处内外侧宽值如表1所示，试按隧限—2A计算各点侵限情况。

表1

桩号 外侧宽/m 内侧宽/m 2.77 2.76 2.75 DK23+15 2.53 DK23+20 2.54 DK23+25 2.545

2、某单线铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m，缓和曲线长Lc=100m的曲线上，曲线全长

L=309.44m，隧道进口桩号DK27+844，出口DK28+344，ZH点桩号DK27+958，设计最高行车速度为120km/h。

试计算隧道加宽值W，中线偏移值d，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线和隧道中线的关系。 1.解：

E9.5cm15cm，d(W1W2)/212.5cm，曲线加宽W3W1W240cm 则：内侧加宽W1=32.5cm，外侧加宽W2=7.5cm。

由“隧限—2A”的图3-4-2（教材）所示：隧道起拱线处曲线半径为2.44m。 则对该隧道，不侵限的条件为：

外侧：2.44+7.5/100=2.515m；内侧：2.44+32.5/100=2.765m 因此：DK23+15、DK23+20、DK23+25外侧都不侵限； DK23+15内侧不侵限，DK23+20、DK23+25内侧侵限。

2.解：

V212020.7610.94cm15cm 外轨超高值为：E0.76R1000405040502.7E2.710.9433.6cm R1000440044004.4cm 外侧加宽值为：W2R1000内侧加宽值为：W1总加宽值为：W3W1W233.64.438.0cm 中线偏移值为：d(W1W2)/2(33.64.4)214.6cm 则分段里程：

d总与d偏断面：ZH点DK27+948～＋993

d总/2 与d偏/2 断面： DK27+993～出口DK28+344 示意图如下：

第四章

习题：

1、隧道衬砌的类型及适用条件？

2、洞门有何作用，有哪些洞门形式，适用于什么地质条件？ 3、什么是明洞？试述明洞的结构类型、受力特点和适用条件？ 4、如何做好隧道的防水与排水？

5、避车洞布置的原则是什么？其底面标高是如何确定的？

6、高速铁路隧道出口设置缓冲结构的原因是什么？有哪些相应的工程措施？

7、某单线曲线隧道，设计行车速度160km/h，位于II级围岩内，采用直墙式衬砌，衬砌厚度为40cm，加宽值W=30cm，中线偏距d=10cm，线路上部建筑为次重型，试查表确定其主要尺寸，并绘制衬砌施工断面图。

7.见教材图4-1-4，设计参数见表4-1-1

第五章 作业1

1. 某公路隧道进口30米处围岩是IV级，容重25kN/m，开挖断面宽度12米，净高为8m，隧道上覆岩体厚度8米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？

2. Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道，埋深26m，围岩容重γ＝22KN/m，计算内摩擦角φ＝32，隧道宽6m，高8m。试按浅埋隧道确定围岩压力。

3

3. 某隧道埋深为30m，围岩为Ⅴ级，净宽为12m，净高为10m，围岩天然容重20KN/m，试计算该隧道围岩压力。

30

4. 沙性土质隧道，埋深h=40m，围岩容重γ＝20KN/m，内摩擦角φ＝28，隧道宽6m，高8m，试确定围岩压力。

3

5. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m，围岩似摩擦

00

角φ＝53，摩擦角θ＝30，试求埋深为3m、7m、15m处的围岩压力。

3

6.一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深40m，围岩岩石容重γ＝23KN/m，内摩檫角φ

0

＝36，岩石抗压强度Rb =8Mpa，隧道宽6m，高8m，使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压力。

30

7. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深50m，围岩容重γ＝24KN/m，φ＝36，岩体抗压强度Rb=12Mpa，隧道宽6m，高8m，试确定围岩压力。

答案：

1. 某公路隧道进口30米处围岩是IV级，容重25kN/m，开挖断面宽度12米，净高为8m，隧道上覆岩体厚度8米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？ 解：10.1(125)1.7

3

3

0

3

q0.452410.458251.7153Kpa

hqq1536.12m 25Hq(2~2.5)hq(2~2.5）6.12（12.24~15.3）m>8m

属于浅埋隧道。

30

2. Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道，埋深26m，围岩容重γ＝22KN/m，计算内摩擦角φ＝32，隧道宽6m，高8m，试确定隧道围岩压力。 解：10.1(65)1.1

q0.452310.454221.143.56Kpa

hqq43.562.0m 22Hq(2~2.5)hq(2~2.5）2（4~5）m<26m

属于深埋隧道。

q0.452310.454221.143.56 Kpa

e0.15q=6.5 Kpa

3

3. 某隧道埋深为30m，围岩为Ⅴ级，净宽为12m，净高为10m，围岩天然容重20KN/m，试计算该隧道围岩压力。 解：10.1(125)1.7

q0.452510.4516201.7244.8Kpa

hqq244.812.24m 20Hq(2~2.5)hq(2~2.5）12.24（24.5~30.6）m

属于深埋隧道。

q0.452510.4516201.7244.8 Kpa

e（0.3~0.5）q（0.3~0.5）244.8=73.44~122.4 Kpa

4. 沙性土质隧道，埋深h=40m，围岩容重γ＝20KN/m，内摩擦角φ＝28，隧道宽6m，高8m，试确定围岩压力。

解：此时令侧压力系数1，上覆土体产生围岩压力，则隧道顶部垂直压力：

3

0

40 Pvtan280 水平压力：

280068tan(452)=812KPa 280e1812tan(45)=294KPa

22280e2(812208)tan(45)=351 KPa

225. 某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m，围岩似摩擦角φ＝53，摩擦角θ＝30，试求埋深为3m、7m、15m处的围岩压力。 解：①求自然拱高度；②判断深浅埋分界；③分别按浅或深埋隧道求围岩压力。 结果(小数点后四舍五入)：

0

0

3

10.1(6.45)1.14

q0.452410.458201.1482.08 KPa

hqq82.084.104m 20Hq(2~2.5)hq(2~2.5）4.104（8.208~10.26）m

埋深3m时，属于浅埋。 q=h=60KPa， e=(q1Ht)tan2(4500)=15.67KPa； 22(tan201)tan0埋深7m时，属于浅埋。tantan0=3.5378

tan0tantantan0=0.1414

tan1tan(tan0tantan0tanhtan)=143.67 KPa Bqh(1e1h=19.8KPa

e2H=42.42 KPa

埋深15m时，属于深埋。qhq=82.1KPa，e=(12.3～24.6)KPa

6.一直墙型隧道建于软弱破碎岩体中，埋深40m，围岩岩石容重γ＝23KN/m，内摩擦角φ

0

＝36，岩石抗压强度Rb =8Mpa，隧道宽6m，高8m，使用泰沙基理论和普氏理论确定围岩压力。 解：

（1）泰沙基理论计算： 确定自然平衡拱的半跨：

a13

BHttan(450)38tan(4500)7.08m 222a19.74m tan确定自然平衡拱的宽度：b1隧道的垂直压力为：p2ab122339.741344.12 KPa 水平侧压力为：e1(2b1h)tan2(450)=82.2 KPa 22（2）普氏理论计算：

确定自然平衡拱的跨度：

360B1Bt2Httan(45)628tan(45)14.16m

2200平衡拱高度为：hb14.16/28.85m fkb8/10隧道的垂直压力为：qh238.85203.55Kpa

360)=52.94 Kpa 水平压力 e1203.55tan(45220360)=100.8 Kpa e2(203.55238)tan(452207. 一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中，埋深50m，围岩容重γ＝24KN/m，φ＝36，岩体抗压强度Rb=12Mpa，隧道宽6m，高8m，试确定围岩压力。

解：岩石坚固性系数fkb=12/10=1.2，

30

a1BHttan(450)38tan(4500)7.08m 222

压力拱高h为ha1=5.9m 1.2隧道顶部垂直压力qh=24×5.9=141.6 Kpa

360e1141.6tan(45)=36.76 Kpa

220360e2(141.6248)tan(450)=86.6 Kpa

22第5章 作业3

1. 隧道结构的受力特点？隧道结构体系的概念？ 2. 试绘出半衬砌拱圈的弯矩图和轴力图的大致形状。

3. 什么是围岩弹性抗力？计算模型中有哪几种处理方式？温氏假定与它有什么关系？ 4. 已知作用在衬砌基底面上的轴力N=870KN，弯矩M=43.5KN.m,墙底厚度h=0.6m，围岩抗力系数为150MPa/m。试求墙底中心的下沉量及墙底发生的转角。

5. 一对称等厚平拱，衬砌厚度为50 cm，已知内力如下图示，墙底抗力系数Kd=350 MPa/m,请求出墙底中心水平位移、垂直位移以及墙底截面转角(注：图中1、2、3为截面编号)。

4.解：运用温氏假定解之。

N78014501450KN/m2，19.67mm 3h0.6k15010max6M643.57252725KN/m4.83mm ②max2,2h0.62k150103①

③墙底中心下沉量12=9.67+4.83=14.5mm

墙底转角2h/24.8316.1103rad

0.6/25.解：求墙底中心水平位移： 在轴力N作用下： 墙底中心应力中N287574KN/m2 h0.5由温氏假定：中k5741.64mm

3501030则：墙底中心水平位移＝1.64cos600.82mm 墙底中心垂直位移＝1.64sin601.42mm 在弯矩M作用下： 墙底边缘应力边06M6152360KN/m 22h0.5由温氏假定：边缘垂直于墙底面的位移边边k3601.03mm 3350101.031034.12103rad 墙底截面转角h/20.5/2第六章 作业

1. 隧道施工方法的种类和选择依据。

2. 采用台阶法施工时，影响台阶长度的主要因素是什么？环形开挖留核心土法是如何稳定开挖工作面的？

3. 比较新奥法和隧道围岩变形控制分析工法。

4. 某隧道位于软弱破碎地层中，采用长台阶法施工。施工过程中发现洞室周边位移加速度等于零，因而断定围岩变形已经稳定。指出错误，并改正之。

边

5. 新奥法施工时，隧道开挖后，为了调动围岩的承载能力，不宜立即喷射混凝土，而应经量测后，再施喷。为了隧道的稳定，复合式衬砌应在锚喷支护完毕后立即修筑内层模筑混凝土衬砌。指出错误，并改正之。

4. 应该是： ①改为短台阶法；②并未稳定。

5. 应该是：①立即喷射混凝土；②经监控量测，围岩基本稳定后，再修筑内层模筑混凝土衬砌。

第七章 作业

1．某隧道在开挖过程中用多点位移计对拱顶围岩内部位移进行了量测，不同时刻各点的位移值不同，结果绘于右图。试据此图判断拱顶围岩的松动范围；如用锚杆加固，其长度如何确定？

2．某隧道在钢支撑架设时，在同一架钢支撑上安装了三支液压测力计（图a），测得各测力计的压力——时间关系曲线，如图b。试据此分析该断面的压力特征，并说明加强初期支护时应采取的措施。

ⅠⅢⅡⅢⅠⅡ

图a 图b

3. 已知一座深埋圆形隧道，开挖直径10m，拱顶以上岩层覆盖厚度495m，围岩容重γ＝20KN/m，弹性模量E=10MPa，粘结力C=1.5MPa，围岩内摩擦角φ＝30，侧压力系数λ=1，泊松比μ=0.2。

试问：① 开挖后不支护状态下，围岩是否出现塑性区？② 如果出现，问塑性区半径是多少？

③ 假定支护阻力Pi=8.5MPa，问洞室周边位移是多少？

3

4

0

4. 某公路隧道，对量测数据进行回归分析后，知位移时态曲线方程为

。已知隧道极限相对位移值为144mm，开挖6天后洞周实测相对位移值

为64mm。试从位移值、位移速度、位移加速度三方面判断开挖6天后的隧道稳定性。

5. 某铁路隧道，位移时态曲线方程为u126.32ln(若以位移速度小于0.2mm/1t)。日为隧道稳定的判断准则，试从位移速度和位移加速度这两方面判断隧道能否稳定？需要多长时间才能稳定？是否需要采取加强措施？

1.解：由图可见，在距岩面3m处，位移随时间变化不大，围岩的松动范围应该在该处附近。如用锚杆加固，锚杆长度应该超过围岩松动范围，锚杆长度应采用3.5～4m为宜。 2.解：该段地层断面I和断面III明显压力不对称，存在偏压现象；应在隧道断面III所在侧加强支护，以防止偏压造成的隧道受力不均，使隧道稳定性变差。 3.解：①Hc4955500m，计算出2Hc22050020MPa； 由Rb2cosC，求得Rb5.2MPa

1sin 2HcRb，洞周出现塑性区。

②由21z2Rb1sin，RpR01sin1Rb11，

或RpR0(1sin)HcCcotCcot1sin2sin(教材5-4-13式)，得Rp7.78m

③由1，P0zHc， GE/2(1)

1r02r02Rbr0upz1

2Gr2Gr1a2sin2sinRp1sinRp1sin11Pi或u0P0CcotRRE00R2pR0（教材5-4-16式）

得u00.022m

4.解：将t=0，代入u2013ln(t1)，得先期位移u020mm。 ①求第6天施工实测相对位移：

uu0u*206484mm144mm (稳定 )

②位移速度u'1313131.86(mm/d)1.0mm/d (不稳定) , 第6天时u'1t1t16③位移加速度u''130 (稳定) 2(1t)结论：隧道不稳定。 5.解： ①位移速度u'6.32，令u'0.2，解得 t=30.6天≈31天 (要31天后才能稳定) 1t②位移加速度u''6.320 (稳定)

(1t)2③隧道稳定，不需要采取加强措施。