《隧道工程》作业完整版.docx
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《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
DK23+15
2.53
2.77
DK23+20
2.54
2.76
DK23+25
2.545
2.75
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:
E9.5cm15cm,d
(W1W2)/212.5cm,曲线加宽W3
W1W240cm
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:
外轨超高值为:
E0.76V2
0.76
1202
10.94cm15cm
R
1000
内侧加宽值为:
4050
E
4050
cm
W1
R
2.7
1000
2.7
10.94
33.6
外侧加宽值为:
4400
4400
cm
W2
R
1000
4.4
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
3
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/m3,计算内摩擦角φ=320,隧道宽6m,高8m。
试按浅埋隧道确定围岩压力。
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
3
20KN/m,试
计算该隧道围岩压力。
4.
沙性土质隧道,埋深
3
0
6m,高
h=40m,围岩容重γ=20KN/m,内摩擦角
φ=28,隧道宽
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,围岩似摩擦角φ=530,摩擦角θ=300,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=360,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。
7.一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中,
3
0
,岩体抗
埋深50m,围岩容重γ=24KN/m,φ=36
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/m3,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(125)
1.7
q
0.45
24
1
0.45
8
25
1.7
153Kpa
hq
q
153
6.12m
25
Hq
(2~2.5)hq
(2~2.5)6.12
(12.24~15.3)m>8m
属于浅埋隧道。
2.
Ⅲ级围岩中的一直墙型隧道,埋深
3
0
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
231
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
231
0.45
4
22
1.1
43.56Kpa
e0.15q=6.5Kpa
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
3
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
q
244.8
12.24m
hq
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
251
0.45
16
20
1.7
244.8Kpa
e
(0.3~0.5)q(0.3~0.5)244.8=73.44~122.4Kpa
4.
3
0
6m,高
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
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:
Pv
40
6
0
280
0
8tan(45
)=812KPa
tan28
2
水平压力:
e1
812tan2(45
280
)=294KPa
2
e2
(812
20
8)tan
2
(45
28
0
2
)=351KPa
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,围岩似摩擦角φ=530,摩擦角θ=300,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):
10.1(6.45)1.14
q
0.45
241
0.45
8
20
1.14
82.08KPa
q
82.08
hq
4.104m
20
Hq(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;
2
2
埋深7m时,属于浅埋。
tantan
(tan2
0
0
tan
0
1)tan0=3.5378
tan
tan
tan
0
=0.1414
tan1tan(tan0
tan
tan0tan
qh(1htan)=143.67KPa
B
e1h=19.8KPa
e2H=42.42KPa
埋深15m时,属于深埋。
qhq=82.1KPa,e=(12.3~24.6)KPa
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,内摩擦角φ=360,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
B
Ht
tan(450
)
3
8tan(450
0)7.
08m
2
2
2
确定自然平衡拱的宽度:
b1
a1
9.74m
tan
隧道的垂直压力为:
p
2ab1
2
233
9.74
1344.
12KPa
水平侧压力为:
e
1
(2b1
h)tan2(450
)=82.2KPa
2
2
(2)普氏理论计算:
确定自然平衡拱的跨度:
B1Bt2Httan(450
)6
28tan(450
360
)
14.16m
2
2
平衡拱高度为:
h
b
14.16/2
fkb
8.85m
8/10
隧道的垂直压力为:
q
h23
8.85
203.55
Kpa
水平压力e1
203.55tan2(450
360
)=52.94Kpa
2
e2
(203.55
238)tan2(450
360
)=100.8Kpa
2
7.一直墙形隧道建于软弱破碎岩体中,
3
0
,岩体抗
埋深50m,围岩容重γ=24KN/m,φ=36
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,
a1
B
Httan(450
)38tan(450
0)7.08m
2
2
2
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=141.6Kpa
e1
141.6tan2(450
360
)=36.76Kpa
2
e2
(141.624
2
(45
360
8)tan
)=86.6Kpa
20
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50cm,已知内力如下图示,墙底抗力系数Kd=350MPa/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。
①
N
780
1450KN/m2,1
k
1450
9.67mm
h
0.6
150103
②
max
6M
643.5
725KN/m2
2
max
725
4.83mm
h2
0.62
k
150103
③墙底中心下沉量12=9.67+4.83=14.5mm
墙底转角
2
4.83
16.1
103rad
h/2
0.6/2
5.解:
求墙底中心水平位移:
在轴力N作用下:
墙底中心应力
由温氏假定:
中
N
287
574KN/m2
h
0.5
574
1.64mm
中
k
350
103
则:
墙底中心水平位移=1.64cos6000.82mm
墙底中心垂直位移=1.64sin6001.42mm
在弯矩M作用下:
墙底边缘应力
边
6M
615
360KN/m2
h2
0.52
由温氏假定:
边缘垂直于墙底面的位移
边
360
1.03mm
边
350103
k
墙底截面转角
边
1.03
103
4.12103rad
h/2
0.
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。
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。
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ
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/m3,弹性模量E=104MPa,粘结力C=1.5MPa,围岩内摩擦角φ=300,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?
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u126.32ln(1t)。
若以位移速度小于0.2mm/
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:
①Hc495
5
500m,计算出2
Hc22050020MPa;
由Rb
2cos
C,求得Rb
5.2MPa
1
sin
2Hc
Rb,
洞周出现塑性区。
1
1
sin
,Rp
R0
21z
2Rb
1
②由
,
1
sin
1Rb
或Rp
R0
HcCcot
(1sin)
Ccot
1sin2sin
(教材5-4-13式),得Rp7.78m
③由1,P0zHc,GE/2
(1)
r02
r02
Rb
r0
1
up
1
z
2Gr
1
a
2Gr
2sin
2sin
R
2
1
Rp
Rp
1sin
p
1sin
或u0
P0Ccot
1Pi
R0
(教材5-4-16
式)
E
R0
R0
得u00.022m
4.解:
将t=0,代入u2013ln(t1),得先期位移u020mm。
①求第6天施工实测相对位移:
uu0u*
20
64
84mm144mm(稳定)
②位移速度
13
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