《隧道工程》知识点总结.doc

第一章 1、隧道的概念。P1 隧道是埋置于地层中的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。 以某种用途、在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2㎡的洞室。 2、隧道的具体分类。p3 （1）交通隧道 a、铁路隧道b、公路隧道c、水底隧道d、地下铁道e、航运隧道 f、人行地道 （2）水工隧道 a、引水隧洞 b、尾水隧洞 c、排沙隧洞 （3）市政隧道 a、给水隧道b、污水隧道c、管路隧道 d、线路隧道e、人防隧道 （4）矿山隧道 a、运输巷道b、给水巷道c、通风巷道 3、隧道设计与计算理论的发展阶段。（？？？） 第二章 1、地质调查测绘包含的内容。P13 （1）铁路工程地质技术规范总要求。 （2）地形地貌调查 主要是查明隧道通过地段的山体的自然情况，其中包括山坡的形态和坡度、合流两岸阶地对称情况、山体垭口和鞍部的分水岭的分布。 （3）地层岩性调查 要查明隧道通过地段的地层时代、地层程序、地层岩性及岩性变化，查明地层接触关系。 （4）地质构造调查 地质构造与隧道围岩稳定性和施工地质灾害关系最密切，所以它是隧道工程地质勘测的核心工作。调查的重点是褶皱、断层、节理、侵入体或岩脉等。 （5）水文地质调查 地下水增加了隧道施工的难度，隧道开挖又常常引起地下水的流失，影响隧道所在地段的居民用水。 （6）滑坡、落石、岩堆、泥石流和岩溶地质调查 主要查明这些不良地质是否存在及其性质，存在的位置及其范围，不良地质的规模及其对隧道施工和隧道本身的影响。 （7）地温的测定 地温对隧道施工，特别是对深埋隧道施工有很大影响。 2、地质调查的内容。P14，重点 调查的重点是褶皱、断层、节理、侵入体和岩脉等。 褶皱调查主要内容包括：褶皱的基本类型、形态类型、两翼的地层时代和岩性、褶皱核部的位置、褶皱轴线走向、轴面产状等。 断层调查的主要内容包括：断层的存在和证据，断层的位置和产状，断层的破碎带宽度和物质组成，断层的力学性质等。 节理调查的主要内容包括：节理的组数和发育程度，主要节理的产状和力学性质，风化裂隙的影响范围和深度等。 3、地质超前预报的内容。P16（1）地区地质分析与宏观地质预报（2）不良地质及灾害地质超前预报（3）重大施工地质灾害临警预报 4、地质超前预报的方法，掌握物理探测法及具体概念。P16 （1）地质分析法 地质调查与推断是隧道地质超前预报最基本的方法，可以随时进行，不干扰施工。 （2）超前平行导坑预报法 在隧道内或隧道附近开挖一平行的小断面导坑，对导坑出露的地质编录、素描、作图，综合分析其地层岩性、地质构造、水文地质情况，根据地质理论预测相应段隧道的工程地质和水文地质条件，以及可能发生地质灾害的位置、性质、规模，并提出防治措施意见。 （3）超前水平钻孔法 用钻探设备向开挖面前方钻探，直接揭示隧道开挖面前方几十米的地层岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体完整程度等资料，还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标，适用于已经基本认定的主要不良地质区段。 （4）物理探测法 物理探测法是利用物体物性差异进行地质判断的间接方法。 a、TGP12隧道地质预报系统 TGH12一起动态范围大，可通过改变偏移距离和激发能量来实现增加预报距离。 b、TSP超前预报系统 超前预报系统具有使用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状及岩石动力参数。 c、负视速读法 负视速读法是将常规地震勘探中的钻孔垂直地震剖面法应用于水平状态的隧道中，具有明显的方向特征，开挖面前方反射信息不受周围干扰，识别不良地质体界面的精确度高，预报距离可达100m以上，对施工干扰很小。 d、地质雷达法 地质雷达是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面进行扫描，以确定其内部结构形态和位置的电磁技术。 e、红外探水法 地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，探测开挖面或洞壁四周这种变化，可以推测是否有隐藏的含水体。 5、岩体的基本工程性质。P19 （1）岩体处于一定的天然应力作用之下 这种应力状态时指岩体在天然状态下所具有的内在应力，可称之为岩体的初始应力，也有人称它为地应力。 a、自重应力场 b、构造应力场：由于构造运动的作用，使得岩体内积存了一定的应力，称它为构造应力。 （2）岩体物理力学性质的不均匀性（对整个岩体而言，在各个点有偏差） 相同的天然岩体其物理力学性质随在岩体中所测点的空间位置不同而有差异，呈现出岩体的不均匀性。 （3）岩体是由结构面分割的多裂隙体 岩体与一般材料的差别在于它是由结构面纵横切割的多裂隙体。所谓结构面是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低的地质界面。结构面的存在，决定着岩体的完整程度，关系着岩体的力学介质属性，即控制岩体的强度、变形和破坏特征。 岩体中结构面按成因类型可分为三类： 原生结构面、构造结构面、次生结构面 （4）岩体具有各向异性（对个别岩石而言） 岩体中由于岩石的结构、构造具有方向性，使岩体强度、变形，甚至渗透等性质在不同方向上显示出差异，称为岩体的各向异性。 （5）岩体具有可变性 一般来说，较完整的岩体是比较坚固的，对于许多岩体来说，作为工程建筑物的地基、介质或建筑材料，能满足要求。但是坚硬、完整的岩体并不是绝对不变的。从地质观点来看，地壳总是处在不停的运动和变化之中，岩体必然也是在各种地质作用下不断变化的。 （6）单向应力状态下岩石的变性特征 （7）三轴压缩下岩石的强度及变形特征 天然岩体多处于三向受力状态，因而三向应力状态下的岩石力学特征，与岩石地基承载力的确定、岩层褶曲与断裂的研究，以及深孔钻探、边坡稳定和地下工程岩体受力状态的研究都有密切的关系。 （8）裂隙岩体的强度性质 裂隙岩体变形及强度性质的研究是目前岩体力学研究的重大课题之一。实验研究结果表明，裂隙岩体的强度随着裂隙组数的增加明显减小，但当裂隙组数增加到一定的程度之后，强度不再继续降低，而接近岩体的残余强度。 6、围岩分级三大基本要素及其各自分级方法。P26 （1）与岩性有关的要素，例如分为硬岩、软岩、膨胀性岩类等。 （2）与地质构造有关的要素，如软弱结构面的分布于形态、风化程度等。 （3）与地下水有关的要素，。 7、围岩的分级方法。P26 （1）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法 a、以岩石强度或岩石的物性指标为基础的分级方法 这种围岩分级方法，单纯以岩石的强度为依据。 b、以岩石的物性指标为基础的分级方法。 （2）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 a、泰沙基分级法 这种分级法是在早期提出的，限于当时条件，仅把不同岩性、不同构造条件的围岩分成九类，每类都有一个相应的地压范围值和支护措施建议。 b、以岩体综合物性为指标的分级方法 （3）与地质勘探手段相联系的分级方法 a、按弹性波（纵波）速度的分级方法 b、以岩石质量为指标的分级方法—RQD方法 （4）组合多种因素的分级方法 8、围岩基本分级及其修正。P30 基本分级：铁路隧道围岩划分为6级，见P30，表2-4-3 隧道级别的修正： （1）地下水影响的修正 a、软化围岩 b、软化结构面 c、承压水作用 （2）围岩初始地应力状态修正 围岩初始地应力状态，当无实测资料时，可根据隧道工程埋深、地貌、地形、地质、构造运动史、主要构造线与开挖过程中出现岩爆、岩芯饼化等特殊地质现象做出评估。 第三章 1、什么是垭口。P33 当线路跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程低处，称之为垭口。 2、什么是山脊线。 山脊上最高点的连线称为山脊线 3、傍山隧道的选择原则。P36 “宁里勿外”，在河谷线上，隧道位置以稍向内靠为好。 为了使隧道顶上（洞口段除外）有足够的覆盖岩体，隧道结构不致受到侧压，还能形成自然拱，洞顶以上外侧应有足够的厚度。 4、各种不同地质情况隧道走向。P36 （1）单斜构造区 在单斜构造的地质条件下，必须事先把岩层的构造和倾角大小调查清楚，一定要尽可能避开大型软弱结构面。尽量不要把隧道中线设计成与软弱结构面的走向一致或平行，要正交或有一定交角。 （2）褶皱构造区 背斜的岩层受弯而在上面出现节理、裂隙，切割岩体成为上大下小的楔块，楔块受到两侧邻块的挟制，使得楔块的重量由邻块分担，因而只产生小于原重的压力。 与之相反，向斜地层受弯而在下面开裂，切割岩体成为上小下大的楔块，这种楔块在重力的作用下，极易脱离母岩而坠落，于是产生较大压力，也就是给结构物以较大荷载，而且在施工时，极易发生掉块或坍方，对工程产生不利影响。 因此，隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的两翼，将受到偏侧压力，结构需要加强。 （3）断层构造区 在断层构造地区，断层带中的岩体呈破碎状态，称为断层碎裂体；当严重揉挤时可成为泥状。断层带的强度很低，而且往往是地下水的通道。 选择隧道位置时，应尽量避开。不得已时，隧道走向要与断层走向隔开足够的安全距离。 （4）不良地质区 a、滑坡地区 隧道通过这种地段时，将会受到突然的土体推力，有时会把结构物挤压破坏，或是剪切断开。如果对滑坡面的位置已经了解清楚，可以把隧道置于滑坡面以下稳定岩体中。 b、崩塌地区 选择隧道位置时，最好不要沿这类山坡通过。不得已时，应当尽可能地把隧道置于山体之中，穿过稳定的岩层。岩体崩塌的情形不太严重，而洞口又必须在崩塌地区时，则可设置一段明洞来解决。 c、岩堆地区 隧道通过这类地区时，开挖极易发生坍方，给施工带来极大困难。这时，宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体中。 d、泥石流 在选择隧道位置时，务必躲开泥石流泛滥区，如躲避不开，也应选在泥石流下切深度以下的基岩中。 e、溶洞地区 选择隧道位置时，应尽可能避开。如无法避开时，应探明溶洞的规模、性质和与隧道的位置关系，采取相应的设计、施工措施。 f、瓦斯地区 隧道开挖时，有害气体逸出，轻则致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，应尽量避开。 g、地下水 选择隧道时，最好不从富水区通过。 5、隧道洞口位置选择原则。P38 “早进晚出” （1）洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处。 在一般情况下，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的环节，常会遇到断层带、古坍方、冲积土等不良地质。 （2）洞口应避开不良地质地段，以及避开地表水汇集处。 （3）减少洞口路堑段长度，延长隧道，提前进洞。 （4）当隧道线路通过岩壁陡立，基岩裸露处时，最好不要刷动或少刷动原生地表，以保持山体的天然平衡。此时洞口位置应根据具体情况，采取贴壁进洞或设置一段明洞。 （5）洞口线路宜与等高线正交。 使隧道正面进入山体，洞口结构物不致受到偏侧压力。 （6）当线路位于有可能被水淹没的河滩或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧道。 （7）为确保洞口的稳定和安全，边坡及阳坡均不宜开挖过高。 6、坡道形式。P41 （1）单面坡 多用于线路的紧坡地段或是展线地区，因为单面坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。单面坡隧道两洞口的高程差较大，由此产生的气压差和热位差也大，能促进洞内的自然通风。它的确定是：在施工阶段，对于下坡开挖，洞内的水自然地流向开挖工作面，使开挖工作受到干扰，需要随时抽水外排。此外，运渣时，空车下坡重车上坡，运输效率低。 （2）人字形坡道 多用于长隧道，尤其是越岭隧道。因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同是向下的人字形坡道，正好符合地形条件。优点：施工时水自然流向洞外，排水措施相应地简化，而且重车下坡，空车上坡，运输效率高。缺点：列车通过时排除的有害气体聚集在两坡间的顶峰处，尽管用机械通风，有时也排除不干净，长时间积累，浓度渐渐增大，使司机以及洞内维修人员的健康受到影响。 7、坡道折减的原因。（重要）P42 （1）列车车轮与钢轨踏面间的黏着系数降低——机车的牵引能力有时是由车轮与轨面之间的粘着力来控制的。 （2）洞内空气阻力增大——列车在隧道内行驶，犹如一个活塞，洞内空气将像活塞那样给前进的列车以空气阻力，使列车的牵引力减弱。 8、坡段连接。P43变坡点采用圆曲线形竖曲线连接。 9、隧道界限及净空的概念。P44 （1）隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。 （2）机车车辆限界是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。 （3）基本建筑限界是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线。它的用途是保证机车车辆的安全运行及建筑物和设备不受损害。 （4）隧道建筑限界是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线。即要比“基本建筑限界”大一些，留出少许空间，用于安装通讯信号、照明、电力等设备。 （5）直线隧道净空要比隧道建筑限界稍大一些，除了满足界限要求外，考虑避让等安全空间、救援通道及技术作业空间，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。 10、单双线隧道加宽计算、加宽范围的确定。注：考察计算题P49-P51 第四章 1、隧道结构构造组成。 衬砌、洞门、附属建筑物。 2、洞门的作用及分类。 作用：P65 （1）减少洞口土石方开挖量。当隧道埋置较深时，开挖量较大，设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用，减少土石方开挖量。 （2）稳定边、仰坡。修建洞门可减少引线路堑边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，使边坡及仰坡得以稳定。 （3）引离地表水流。地表水流往往汇集在洞口，如不排除，将会浸害线路，妨碍行车安全。 （4）修饰洞口。 分类：P65 （1）洞口环框。当洞口石质坚硬稳定，切地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框，以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。 （2）端墙式（一字式）洞门 端墙式洞门是最常见的洞门，它适用于地形开阔、石质较稳定的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。 （3）翼墙式（八字式）洞门 当洞口地质较差，山体纵向推力较大时，可以再端墙洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。 （4）柱式洞门 当地形较陡，仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置两个或四个断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。 （5）台阶式洞门 当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口。 （6）喇叭口洞门 高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应，对单线隧道，一般设置喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧道洞门。 3、高速铁路隧道断面特点。P78-P82 （1）在隧道入口设置净空断面积大于隧道有效净空面积的缓冲结构物（如棚洞），是消减微压波的主要措施。设置净空断面积大于隧道净空断面积的缓冲棚，可以缓解列车运行空间条件骤变的程度，从而起到消减微气压波的作用。 缓冲结构的形式按断面变化的规律可以分为两类：断面渐变的喇叭形以及断面突变的阶梯形。 （2）在缓冲结构上开口能显著改善或减缓微压波的作用。 第五章 1、隧道设计计算理论的发展阶段及其对应的模型。P84-P86 （1）刚性结构阶段 将地下结构视为刚性结构的压力线理论。压力线理论认为，地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构，所受的主动荷载时地层压力，当地下结构处于极限平衡状态时，它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系，铰的位置分别加设在墙底和拱顶，其内力可按静力学原理进行计算。这种计算理论认为，作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重力，没有考虑围岩自身的承载能力。 （2）弹性结构阶段 地下结构开始按弹性连续拱形框架用超静定结构力学法计算结构内力。作用在结构上的荷载时主动的地层压力，并考虑了底层对结构产生的弹性反力的约束作用。 这类计算理论认为，当地下结构埋置深度较大时，作用在结构上的压力不是上覆岩层的重力，而只是围岩坍落体积内松动岩体的重力——松动压力。 “荷载——结构”模型 a、假定弹性反力阶段 b、弹性地基梁阶段 （3）连续介质阶段 这种计算方法以岩体力学原理为基础，认为坑道开挖后向洞室内变形而释放的围岩压力将由支护结构与围岩组成的地下结构体系共同承受。一方面围岩本身由于支护结构提供了一定的支护阻力，从而引起它的应力调整，达到新的平衡；另一方面，由于支护结构阻止围岩变形，它必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。 这种计算方法的重要特征是把支护结构与岩体作为一个统一的力学体系来考虑。 2、围岩压力的概念。P87 围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力。 它包括地应力引起的围岩应力以及围岩变形受阻而作用在支护结构上的作用力。 从狭义来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。 3、围岩压力的分类。P87 （1）松动压力 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力称为松动压力。 （2）形变压力 由于围岩变形受到与之密贴的支护如锚喷支护等的抑制，而使围岩与支护结构在共同变形的过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。 （3）膨胀压力 当岩体具有吸水、应力解除等膨胀特性时，由于围岩膨胀所引起的压力称为膨胀压力。 （4）冲击压力 冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能以后，由于隧道的开挖，围岩的约束被解除，能量突然释放所产生的压力。 4、深、浅埋隧道的判定原理。（考计算题）P97 隧道埋深不同，确定围岩压力的计算方法不同，因此有必要分清深埋与浅埋隧道的界限。一般情况下应以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。  EMBED Equation.DSMT4 
  EMBED Equation.DSMT4 
——深浅埋隧道分界深度  EMBED Equation.DSMT4 
——等效荷载高度 系数2~2.5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。 当隧道覆盖层厚度 EMBED Equation.DSMT4 
时为深埋； EMBED Equation.DSMT4 
时为浅埋。 泰沙基理论中， EMBED Equation.DSMT4 
时为深埋。 5、泰沙基和普氏理论的区别。 （1）普氏理论认为在具有一定黏结力的松散介质中开挖坑道后，其上方会形成一个抛物线形的自然拱，作用在支护结构上的围岩压力就是自然拱内松散岩体的重量。 （2）泰沙基认为坑道开挖后，其上方的岩体因坑道的变形而下沉，并产生相应的错动面。 其区别在于一个认为有自然拱，围岩压力为自然拱下部岩体重量；而另一个则没有假设自然拱，隧道开挖后，上方所有岩体会变形下沉。 6、松动压力的形成。P88 （1）隧道开挖后，在围岩应力重分布过程中，顶板开始沉陷，并出现拉断裂纹。 （2）顶板的裂纹继续发展并且张开，由于结构面切割等原因，逐渐转变为松动。 （3）顶板岩体视其强度的不同而逐步塌落，可视为塌落阶段。 （4）顶板塌落停止，达到新的平衡，此时其界面形成一近似的拱形，可视为成拱阶段。 7、掌握松动压力的计算方法。（考计算题） 8、结构力学设计方法。P98 这种方法是将支护和围岩分开考虑，支护结构式承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法，也称荷载—结构法。 结构力学法是我国目前广泛采用的一种主要的地下结构计算方法。 9、荷载分类。P99 （1）主动荷载 a、主要荷载 它是指长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。其中围岩压力是最主要的。 b、附加荷载 它是指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、施工荷载、灌浆压力、冻胀力及地震力等。其中主要是地震力。 （2）被动荷载（即围岩的弹性抗力） 所谓弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。 10、隧道支护结构受力变形特点。P99，图5-3-2 在拱顶，其变形背向地层，不受围岩的约束而自由变形，这个区域称为“脱离区”。 在两侧及底部，结构产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束阻止其变形，因而围岩对衬砌产生了弹性抗力，这个区称为“抗力区”。 为此，围岩对衬砌变形起双重作用：1、围岩产生主动压力使衬砌变形；2、又产生被动压力阻止衬砌变形。 11、隧道支护结构的计算方法。P100 （1）假定抗力区范围及抗力分布规律法（简称“假定抗力图形法”） 假定衬砌结构周边抗力分布的范围及抗力区个点抗力变化的图形，只要知道某一特定点的弹性抗力，就可求出其他各点的弹性抗力值。这样，在求出作用在衬砌结构上的荷载后，其内力分析也就变成了普通的超静定问题。这种方法适用于曲墙式衬砌和直墙式衬砌的拱圈计算。 （2）弹性地基梁法。 这种方法是将衬砌结构看成置于弹性地基上的曲梁或直梁。 （3）弹性支撑法 弹性支承法的基本特点是将衬砌结构离散为有限个杆系单元体，将弹性抗力作用范围内的连续围岩，离散成若干条彼此互不相关的矩形岩柱，矩形岩柱的一个边长是衬砌的纵向计算宽度，通常取为单位长度，另一边长是两个相邻的衬砌单元的长度之半的和。 12、岩体力学法分析思路。P108 岩体力学法系把围岩和支护结构看作一个支承体系，分析在洞室开挖以后，支护设置前后这个体系中的应力变化情况，并据以判断是否稳定。 （1）在洞室开挖以前，围岩处于初始应力状态，也称初始应力场 EMBED Equation.DSMT4 
，它通常总是稳定的。 （2）开挖后，地应力自我调整，且出现相应位移，称二次应力场及位移场（ EMBED Equation.DSMT4 
及 EMBED Equation.DSMT4 
），此时，如果其应力水平及位移小于岩体的强度及位移允许值，那么岩体处于弹性状态，仍是稳定的，无须支护。