第一次地下作业答案.docx

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第一次地下作业答案

1．名词解释

地下工程：

在山体内或地面下修建的建筑物

隧道：

以保持地下空间作为运输孔道的地下工程

导坑：

在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道

衬砌：

在坑道的周围修建支护结构

洞门：

在隧道端部外露面修建的为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构明洞：

在洞门与洞身间用明挖法修筑的隧道

垭口：

分水岭的山脊线上高程相对较低处

越岭线:

当铁路路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，必须跨越高程很大的分水岭。

这段线路称之为越岭线。

河谷线:

铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。

隧道长度：

其进入口洞门墙外表面与线路内轨顶面的交线同线路中线的交点之间的距离。

隧道净空:

指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。

隧道建筑限界:

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、通风、电力等设备。

2．简答题

（1）隧道的种类

1.从隧道所处的地质条件来分，可以分为土质隧道和石质隧道。

2.根据隧道的长度可以分为短隧道（铁路隧道规定：

L≤500m；公路隧道规定：

L≤500m）、中长隧道（铁路隧道规定：

500＜L≤3000m；公路隧道规定500＜L＜1000m）、长隧道（铁路隧道规定：

3000＜L≤10000m；公路隧道规定1000≤L≤3000m）和特长隧道（铁路隧道规定：

L＞10000m；公路隧道规定：

L＞3000m）。

3.按国际隧道协会（ITA）定义的隧道的横断面积的大小划分标准可以分为极小断面隧道（2～3㎡）、小断面隧道（3～10㎡）、中等断面隧道（10～50㎡）、大断面隧道（50～100㎡）和特大断面隧道（大于100㎡）。

4.从隧道所在的位置来分，可以分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。

5.从埋深的深度来分，可以分为浅埋隧道和深埋隧道。

6.按照它的用途来分，可以分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道.

（2）分析克服高程障碍三种方案的优缺点

路前进方向如果遇到高山，高山就成了高程障碍。

有三种解决方案：

（1）绕行方案；

（2）深堑方案；（3）隧道方案

（3）分析解决平面障碍两种方案的优缺点

在山区，线路不得不依山傍河迂回前进。

若是山嘴伸出太急，线路就无法随之环绕。

这就出现了平面障碍。

解决平面障碍有以下两种方案：

（1）沿河傍山绕行方案；

（2）隧道直穿方案从长远的利益来看，隧道方案往往是比较合理的。

（4）地质构造对隧道位置选择的影响

（1）单斜构造区隧道位置的选择

软弱结构面指的是层间接触面，有的是紧密贴附的，有的是出现裂缝又为一些细碎物质所填充了的。

从力学观点来看，一种岩体的强度常常不是由岩石本身的强度来控制，而是由它的软弱结构面的强度来控制的。

单斜构造的层次大体平行而有同一倾角。

常见的工程地质问题为不均匀的地层压力、偏压、顺层滑动等现象，故隧道中线以垂直走向穿越最为有利。

在单斜构造的地质条件下，必须事先把地层的构造和倾角大小调查清楚，一定要尽可能避开软弱结构面。

特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。

（2）褶曲构造区隧道位置的选择

在褶曲构造的地区，地层一部分翘起成为背斜，另一部分下绕成为向斜。

（3）断裂构造、接触带隧道位置的选择

断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育，并有被挤压呈破碎的块碎石、角砾及断层泥存在，断层泥遇水时强度很低，破碎的块碎石往往是地下水的良好通道。

当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，使通过断层的地段最短，同时在施工时，做好各种支护及防水措施。

切忌沿着（或靠近平行）断层带或破碎带修建隧道，同时应避开严重破碎带，不得已时，也要与严重断层破碎带隔开足够的安全距离。

（5）不良工程地质和不良水文地质对隧道位置选择的影响

不良地质对隧道位置的选择

从地质条件进行隧道位置选择时，最重要的影响因素是不良地质。

不良地质系指滑坡、错落、崩坍，岩堆，危岩，落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。

它们各有其特点，也各有其影响。

（1）滑坡地区

山坡土体在重力作用下，沿某一软弱面有整体下滑的趋势，形成了滑坡。

滑坡产生的原因：

①地下水的活动；②河流冲刷坡脚；③人为切坡。

选择隧道位置时，应尽可能避开滑坡区，可把隧道置于滑坡面以下的稳定岩体中。

当确知滑坡是多年静止了的死滑坡或古滑坡，则不得已时，也可把隧道置于滑坡体之内，但要上部减载和加强排水。

（2）崩塌地区

山坡陡峻的地段，山体裂隙受风化而崩解，脱离母岩，成块地从斜坡翻滚坠落。

在选择隧道位置时，应尽量避开，不得已时，也不要把隧道置于地表不厚的傍山位置，应尽可能地深进山体之中，穿过稳定的岩层。

当崩塌不太严重，而洞口必须落在崩塌地区，则可设置一段明洞来解决。

（3）岩堆地区

岩石经过风化作用，分解和剥离成为大小不一的块体，从山坡上方滚下，或冲刷夹持而堆积在山坡较平缓处或坡脚处，形成无粘结力的堆积体。

在选择隧道位置时，宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。

（4）泥石流山顶积聚的土壤和各种砾石、岩块受到水的浸融成为流体，顺山沟或狭谷流淌而下、来势凶猛，破坏力极大。

在决定隧道位置时，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通过。

要查明泥石流冲积扇范围，不可把洞口放在冲积扇范围以内。

（5）溶洞地区石灰岩质地区，岩石受流水的化学作用，溶蚀而形成空穴。

穴中有的积水，有的被土石填充，均为不可承重的虚地基。

尽量避开，如无法避开时，隧道与溶洞应有足够的安全距离，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。

实在无法做到而又在坚硬的盐类时，则可在隧道内建桥跨过。

（6）瓦斯地区在产煤的地区中，蕴藏着有害气体，如甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。

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，最好能避开。

不得已时，应做好通风稀释的措施。

（7）黄土地区选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。

3.不良水文地质对隧道位置的选择

（1）地下水

来源：

地下水多是由地表水的渗透或地下水源补给的。

地下水有时是流动的，有时是静止的，有时还有压力水头。

地下水的存在，使岩石软化、强度降低，层间夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。

选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。

不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。

（2）地温

恒温层：

地表以下在一定的深度内地温基本上是恒定不变的，称恒温层。

地温梯度：

恒温层以下地温每提高一度所需增大的深度。

据一般测定，地温梯度约为33m左右。

尽量不把隧道放在山体太深处。

遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。

（6）越岭线上隧道位置的选择应考虑的问题

越岭线路的特点是要克服很大的高差，线路长度和平面位置又取决于线路纵坡。

越岭隧道主要应解决的问题是：

垭口的选择、过岭高程的确定、垭口两侧线路展线方案的布局，其三者是相互联系又相互影响的。

（7）河谷线上隧道位置的选择应考虑的问题

河谷线上隧道位置的选择

铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。

容易产生的问题：

坍方落石，浅埋偏压。

选定原则：

宁里勿外。

傍山浅埋隧道外侧拱肩山体最小覆盖厚度：

隧道结构不致受到偏压，还能形成天然供，洞顶以上外侧应有足够的厚度。

（8）在决定采用一种隧道方案之前，应与那些方案进行比较？

考虑哪些因素？

一、隧道方案与明堑的比较

隧道方案造价高，施工技术复杂，工期长，战时可做车辆掩蔽所。

明堑方案省钱，省事，快速，但需展线和抬坡，运营后患多。

明堑太深时，开挖后边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后由于风化和地表水冲刷可能导致边坡坍方。

二、隧道方案与跨河建桥方案的比较

当河对岸地形平坦，可使路线条件有所改善时，可建桥跨河，交替利用左右岸有利地质、地形条件的方案，以便绕避不良地质和减小隧道工程。

1．跨河建桥方案的优缺点

①一般情况是桥梁长度短而每延米的造价高；

②一般跨过河谷的桥梁，河心不宜设墩，所以中孔跨度较大，两端基础必须十分坚实；

③在洪水或严寒时期，施工就比较困难，因而施工有季节性；④跨河桥的最大缺点是桥头两端必然是曲线，甚至曲线半径很小。

这就使得线路的行车条件变坏；

⑤如果线路原本要抬坡争取高程的，转为桥梁后，桥身及两端引线都要放在平坡上，于是就达不到争取高程的目的。

经验指出：

“山体可穿而不宜大挖，大挖必坍”。

在保证安全的前提下，进行经济和技术上的比较。

⑥在国防意义上，跨河建桥往往是空袭的明显目标，一旦受到破坏，全线就要中断，而且不能做临时便线。

2．隧道方案的优缺点

①隧道相对较长而每延米的造价要低一些；②隧道穿山而过，线路直、短、平；③施工不受季节影响；④隧道建成后维修养护的工作量较小；⑤战时可作列车掩蔽所；⑥如果线路前方遇到不良地质地段，修建隧道将增加困难。

⑦如果隧道太长，工程太大，出碴太多，将会堵塞河道，施工场地不如桥梁开阔，不能容纳更多的人同时施工，那就不如建桥了。

线路通过地质不良的地区，或是要克服前方的高程障碍，在准备采用隧道方案时，还应当从工程难易，规模大小、工期长短、造价高低以及今后运营的能力、经济效益和国防作用等方面与其它的方案进行比较，才能信服地显示出隧道方案的合理性。

（9）隧道洞口位置的选择原则和指导思想:

早进晚出，保护环境

选择隧道洞口位置的原则：

1．让水：

洞口选在沟谷一测，让出沟心。

2．地质条件要好：

避开不良地质地段。

3．保持陡立岩体的平衡：

少破坏地表坡面，保持山体的天然平衡。

4．提前进洞：

解决路堑弃土及排水困难。

5．正面如山：

无偏侧压力。

斜交时其交角不小于45o。

6．防治洪水倒灌：

隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高。

7．限制边仰坡的高度和坡度。

8．洞口附近要有相应的排水设施，疏导横跨线路的水流。

9．地势开阔，易安排生产。

（10）曲线隧道的缺点

①需加宽：

隧道建筑限界需加宽，坑道尺寸加大，增大了开挖土石数量，增加了衬砌的圬工量。

②断面变化：

支护和衬砌的尺寸不一致，施工时技术上较为复杂。

③空气阻力大：

抵消了一部分牵引力。

④不利于通风：

洞壁对气流的阻力加大，增加了风机能耗。

⑤钢轨磨耗严重：

列车运行产生了离心力，再加上洞内空气潮湿。

⑥增加了维护作业量和难度：

需检查线路平面和水平。

⑦施工测量误差：

操作复杂，精度降低。

（11）曲线隧道设计应注意的问题

①短曲线，大半径，设两端（大半径曲线尽可能设在两边且尽量短）。

②缓在外（缓和曲线设在洞外）：

半径渐变，外轨超高渐变，导致列车行驶不平稳。

③圆大一勿反复（圆曲线的长度不应短于一节车厢的长度，尽可能不要设一个以上的曲线，更不要设反向曲线或复合曲线）。

④夹直线须大三：

如果列车同时跨在两条曲线上时，两曲线间应有足够长的夹直线，一般是要求在三倍车辆长度以上。

总结起来就是：

短曲线，大半径，设两端，缓在外，圆大一，勿反复，夹直线须大三。

（12）隧道内线路的坡道形式、优缺点及适用范围

1．单坡型：

用于紧迫地段或须展线的地区，可争取高程。

优点：

①争取高程；②施工及测量方便；③促进洞内的自然通风。

缺点：

施工阶段，对于下坡进洞的一端，①洞内水流向开挖工作面；②运碴时，空车下坡重车上坡，运输效率低。

2．人字型坡：

适用于长隧道，尤其是越岭隧道。

优点：

①施工时水自然流向洞外；②运碴时，重车下坡，空车上坡，运输效率高。

缺点：

坡顶的通风情况不好，列车通过时排出的有害气体聚集在两坡间的顶峰处。

（13）隧道内坡道折减的原因及方法

隧道内坡度折减的原因：

①洞内粘着系数降低：

湿度大，煤烟渣滓落在轨面上；②洞内空气阻力增大。

洞外曲线上：

i

允=i

限-i

曲

i

允——设计中允许采用的最大限坡；

i

限——按照线路等级规定的限制最大坡度；

i

曲——曲线阻力折算的坡度折减量。

长度大于400m的曲线隧道内：

i

允=mi

限-i

曲

式中m为隧道内线路的坡度折减系数，与隧道的长度和机车类型有关。

（14）隧道内坡段长度的限制

（15）隧道内相邻坡段的连接方式及要求

1．限制相邻坡段坡度的代数差值：

从安全的观点出发，两坡段间的代数差值△P不应大于重车方向的限坡值i

允。

２．人字坡：

坡顶代数坡差△P很容易超过限值，此时，允许在坡项处设置一段长度不超过200m的分坡平道。

３．在变坡点处应设置竖曲线来连接。

铁路隧道设计规范规定，Ⅰ、Ⅱ级铁路相邻坡段的坡度差大于3‰，Ⅲ级铁路相邻坡段的坡度差大于4‰时，应圆曲线型竖曲线连接；竖曲线的半径在Ⅰ、Ⅱ级铁路应为10000m，Ⅲ级铁路应为5000m。

避免缓和曲线与竖向曲线相重叠，以免列车到此，既要摇摆又要仰俯，同时也降低了养护工作的难度。

４．检算车速：

通过隧道的最低速度。

铁路隧道设计规范规定，内燃机车牵引的铁路隧道，长度在1000m及以下的隧道检算车速不应小于计算速度，长度在1000m以上的隧道检算车速不应小于25km/h。

当检算车速小于上述值时，应在洞外设置加速缓坡。

５．其它方面车站上的隧道，因受站场作业限制，应采取必要的工程措施，以保排水畅通.当隧道洞口位于滨河可能被洪水淹没地带、水库回水影响范围或受山洪威胁地段，其路肩高程应高出设计水位加波浪侵袭高度和壅水高度至少0.5m。

设计水位的洪水频率标准在Ⅰ、Ⅱ级铁路应为1/100，Ⅲ级铁路为1/50；当观测洪水（包括调查可靠的有重现可能的历史洪水）高于上述设计洪水频率标准时，则应按观测洪水设计，但当观测洪水的频率在Ⅰ、Ⅱ级铁路超过1/300，Ⅲ级铁路超过1/100时，则应分别按1/300和1/100设计。

（16）曲线隧道净空加宽的原因和方法

1.加宽原因①车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。

故其两端向曲线外侧偏移（d

外），中间向曲线内侧偏移（d

内1）。

②由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d

内2）。

2．加宽值的计算

（1）单线曲线隧道加宽值的计算

①车辆中间部分向曲线内侧的偏移

d

内1=l2/8R

②车辆两端向曲线外侧的偏移

d

外=（L2-l2）/8R

③外轨超高使车体向曲线内侧倾移

d

内2=HE/150=2.7E

式中l——车辆转向架中心距，可取18m；

L——标准车辆长度，我国为26m；

R——曲线半径（m）；

H——隧道限界控制点自轨面起的高度；

E——曲线外轨超高值，其最大值不超过15㎝。

对于单线曲线隧道净空的加宽值为：

内侧加宽W

1=d

内1+d

内2=4050/R+2.7E（㎝）

外侧加宽W

2=d

外=4400/R（㎝）

总加宽W=W

1+W

2=d

内1+d

内2+d

外

=8450/R+2.7E（㎝）

（2）双线曲线隧道加宽值的计算

双线曲线隧道的内侧加宽值W

1及外侧加宽值W

2与单线曲线隧道加宽值的计算相同。

即

内侧加宽W

1=d

内1+d

内2=4050/R+2.7E（㎝）

外侧加宽W

2=d

外=4400/R（㎝）

内外侧线路中线间的加宽值W

3

HE/150/2（㎝）

其它情况时W

3=8450/R（㎝）

总加宽W=W

1+W

2+W

3

（17）曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法

隧道衬砌施工中，对不同宽度衬砌断面的衔接，可采用在衬砌断面变化点错成直角台阶的错台法及自加宽断面终点向不加宽断面延伸1m范围内逐渐过渡的顺坡法。

（18）隧道衬砌断面的初步拟定应考虑的因素

1.内轮廓——选定净空形状

原则：

紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。

2.结构轴线——抽象出进行计算的几何形状

隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线尽可能地符合荷载作用下的压力线。

2014.10按以下两种情况计算：

当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时W

3=8450/R+