完整word版中南大学隧道工程答案Word文档格式.docx
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第一题答案：
一、穿越溶槽方式主要有堵填或架梁跨越等。
桐油山隧道溶槽范围大，基底换填不切实际，注浆加固溶槽充填物的技术要求高，不易保证客观效果。
经过慎密的研究，决定采用架梁跨越方式穿过。
这种方式能确保隧道结构不会出现由于基底承载强度的弱化而发生沿线路纵向或横向的开裂，为保证良好的隧道质量创造了条件。
1、弹性地基梁设计
为使隧道安全通过，在左、右边墙及中墙基溶槽底各设一根纵向钢筋混凝土梁（简称地基梁）跨越。
梁长30m，梁高1m。
为了分散墙底压力，设计边墙地基梁宽1.3m，中墙地基梁宽2.7m，各超出墙底宽度15～35cm，梁的纵向两端各留5m置于基岩（Ⅲ类围岩）上，梁中段置于溶槽充填物上。
2、穿越溶槽施工工序
弹性地基梁设计[1]双跨隧道一般不宜两洞同时施工，以避免在同一断面上出现大跨度而影响围岩的稳定。
该隧道段位于不良地层中，需要穿越溶槽，更应谨慎行事，任何一道工序的错乱都有可能导致严重的后果。
因此，施工方案总的思路是首先开挖一侧隧道（单跨），将衬砌完成后再进行另一侧隧道的施工。
3、主要支护形式
为稳定围岩（特别是溶槽粘土充填物），设置了超前注浆小导管预支护作为辅助施工措施。
采用长4.5m的φ42钢管，沿隧道拱圈布置，环向布置间距35cm，沿隧道纵向每2m布设一环。
同时架设I18工
字钢钢拱架，钢拱架纵向间距0.5m。
二次模筑衬砌的设计通过荷载-结构模型计算分析后确定。
考虑到初期支护担负着一定的围岩荷载，且辅助施工措施采用了小导管注浆加固也有利于减少围岩压力，故将上覆全部土体自重的80%作为二次衬砌的垂直压力，侧压力比照处理，中墙在中导洞的高度范围内无侧压力。
隧道在施工过程中有2种结构状态，即单跨衬砌结构状态与双跨衬砌结构状态。
先行施作的单跨衬砌结构是偏压结构，而最终完成的双跨衬砌结构是对称结构，显然单跨衬砌结构是最不利的受力结构。
衬砌基底压力计算结果（每延米）为：
中墙基底2460kN，边墙基底2200kN。
作用在地基梁上的荷载为：
中墙地基梁宽2.7m，作用荷载2460/（2.7×
1.0）=911kN/m2；
边墙地基梁宽1.0m，作用荷载2200/（1.0×
1.0）=2200kN/m2。
要说明的是，由于隧道采用了钢筋混凝土仰拱，对照图2的施工步骤可知，不论是单跨结构还是双跨结构，最终完成的工序都是拱圈衬砌，即在地基梁承受地层荷载之前隧道就已经形成了闭合支护结构，仰拱将分散相当一部分压力。
因此，实际作用在地基梁上的压力应该比计算值要小，但出于准确判断的难度与顾及到施工中可能出现一些意料不到的不利因素，未予以折减。
此外，二次模筑混凝土衬砌浇注后将与增设的弹性地基梁共同工作，相当于增加了地基梁的刚度，这样处理后的荷载应当偏于安全。
按照计算结果，二次衬砌必须采用钢筋混凝土结构。
应说明的是，地基梁置于两端基岩上的长度对于梁的内力状态影响较大，留置过长会造成浪费，过短又不安全，而且不管是过长还是过短，都会使梁的内力分布不合理。
因本工程必须尽快对溶槽进行处理，以免造成塌方事故，所以没有时间作更深入的分析。
建议类似的工程可以考虑对梁在基岩上的留置长度及梁的截面高宽比作进一步的优化处理。
试题二：
软弱围岩隧道通常被列为重难点控制工程,对工期、安全、质量、投资均产生重大影响。
本
隧道断面跨度大、围岩软弱、防护要求高，所以要严格选择施工方法及辅助措施。
1软岩隧道地质工程特点
1.1地质特点
软岩,主要是指第四系全新、中更新、更新统的坡残积土部分。
范围包括江河湖岸和池塘冲积、淤积层,人工杂填土、水田、溶洞充填物、新老黄土、风积砂等。
普遍具有内磨擦角小,粘聚力弱及流滑、蠕变、膨胀、湿陷等不稳定的特点。
一般南方地区软土含水量偏大,扰动易液化呈液态流动,北方地区软土含水量较小,失水后易呈固态流动,扰动易崩坍。
北方地区软土浸水饱和,极易流失并很快失去承载力。
1.2工程特性
软岩扰动后,自稳能力下降,松动圈不断扩大,围岩压力逐渐增加,再次稳定的时间很长,支护及衬砌结构承受围岩压力,极易引起支护结构变形、收敛、下沉和衬砌结构开裂等事故和病害,同时往往伴随地表下沉,失水等环境问题。
软岩由于具有稳定性差,易崩塌溜滑等特点。
洞口段拉槽施工极易引起大范围牵连性滑动,因而难以接
近仰坡,进洞困难。
洞内施工,由于承载力不足,易导致支护结构下沉收敛,同时掌子面围岩自稳力差,易涌出和坍塌,施工困难,危险性大。
软岩自稳时间短,一般采取化大为小,分部施工的方法,因而工序繁多,应力转换频,封闭环形成的时间长,安全与进度、进度与质量的矛盾突出。
软岩常处于地质变化复杂的地带,预设计难以一次摸清地质,因而施工标准、方法、设计参数必须及时随围岩变化调整,没有固定的模式。
软岩隧道施工风险大,常给管理者和施工人员带来极大的精神压力,施工过程对管理者、技术人员和施
工队伍都是一次严峻的考验。
2施工方法
隧道采用喷锚构筑法施工、复合衬砌。
喷锚构筑法是根据新奥法原理,以岩土力学原理为基础,合理地利用围岩的自承能力,尽量减少开挖隧道对围岩的扰动,使围岩成为支护体系的组成部分。
监控量测是喷锚构筑法的重要内容,通过监控量测指导隧道的设计和施工。
据此,施工中我们遵循了下列原则:
合理利用围岩的自稳能力,保持围岩稳定;
以喷射混凝土、锚杆为主要支护手段,必要时采用钢架联合支护,及时支护,及时封闭,使围岩成为支护体系的重要组成部分;
减少开挖作业对围岩的扰动,保持隧道开挖轮廓圆顺;
二次衬砌在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下进行。
2.1洞口段施工
一般来讲,洞口段由于埋深较浅,围岩破碎松散,开挖后,围岩不能形成自然拱,或者不能自稳,或者自稳时间较短,易导致坍塌。
为安全进洞,均采用套拱。
进、出口地质条件较好时清理边仰坡,并对边仰坡进行锚杆挂网和喷混凝土封闭,在拱部3m范围内打三排超前锚杆;
洞口位于地下水、地表水发育地段,对围岩采用40超前小导管进行预加固。
在套拱下施工作业,确保安全。
2.2正洞施工
当围岩软弱、松散时,围岩变形快,侧压力大,自稳时间短,初期支护早期强度不能满足围岩稳定要求,甚至开挖后便产生围岩失稳坍塌。
根据本隧道围岩情况,采用超前小导管进行预加固。
由于围岩软弱,且覆
盖层较薄，开挖后不宜暴露时间过长,为确保安全,开挖和初期支护参数原则上不能超出Ⅴ、Ⅵ级隧道开挖和初期支护参数。
3.3施工工序大跨度连拱隧道施工一般采用导坑先行的减跨原则，但由此也带来洞室经多次开挖引起应力频繁的重分布、荷载变化大、工序烦琐。
尤其两隧洞相距较近时，由于两隧洞相互作用，相邻侧的应力明显大于相反侧的应力，这使得选择合理的施工顺序减少应力变化，保证连拱隧道中墙的稳定至关重要。
为此，隧道在本地段采用中导坑单侧先行台阶法施工，如下图：
隧道施工工序图
3软弱围岩隧道施工设备
3.1
迈式锚杆或WTD锚杆专用风枪钻孔或直接
超前支护作业机具
软岩隧道的超前支护,一般锚杆可采用矿用电煤钻成孔施作
打入,管棚打孔可采用管棚钻机如国产土星881（轨行）、金星900（履带式）或矿用地质钻机打孔。
一般先成孔后顶管,国产设备由于成孔的直线度较差,顶管阻力大,机具作业欠灵活,施作效率较低般最大管棚施作长度在40m以内。
瑞典和日本产专用管棚钻机的施作效率和一次施作长度均有很大提高。
另外,采用凿岩台车掘进臂改造后钻孔和顶进管棚,也可以获得很快的施作进度,一般在成孔较好的软岩中可施作20m以内的管棚。
软岩钻孔,一般宜用螺旋钻杆,土质钻头,干钻成孔,孔壁坍塌可选用套管跟进,使用偏心扩孔钻头。
若为粘土层,不易坍孔,可使用水钻成孔。
3.2开挖作业机具
工程规模较大,软岩分布广,如地铁施工采用全护盾式土压或水压平衡盾构机,也可采用履带行走臂式
护盾掘进机进行开挖施工,本文主要探讨一般机具条件支持下的施工方法。
一般软弱隧道开挖空间狭窄,大型机械难以施展作业。
洞内开挖一般用人工,普通工具有锹、镐、铲、镢头等,稍硬或风化层使用风镐或电煤钻、风枪打孔微震松动爆破解决。
无轨出碴工具采用0.1-0.3m小型履带挖掘机,风动翻渣机,农用自卸车或小型低高度装载运输车,也可采用履带行走的挖掘装载机。
软岩隧道有轨出碴运输可采用矿用侧卸斗车（0.8-2m）、人力推运或调度卷扬牵引,也可采用8-14t
电瓶车牵引,8-16m棱式矿车载运渣。
4结束语
软岩隧道施工,具体情况各有不同,施工方法的选择应以适合围岩特点,操作性强,能够确保安全,最大限度发挥机械作业和人力效率为优化原则。
在制定软岩隧道施工方案之前宜充分汲取以往的施工经验教训避免重大方案的失误,增加方案的可靠性和可行性。
并且不断在施工中根据各种条件的变化及时调整优化完善方案,确保施工质量。
根据连拱隧道的受力特点及一般连拱隧道的施工工序，拟定了如下3种可行的半明半暗连拱隧道的施工方案。
方案1：
（1）先开挖中导洞，施做临时支护；
（2）修筑中墙；
（3）开挖右侧暗洞并施作初期支护；
（4）修筑暗洞二次衬砌；
（5）开挖左侧明洞基坑；
（6）修筑明洞衬砌；
（7）洞顶回填土石。
方案2：
（3）开挖左侧明洞基坑；
（4）修筑明洞衬砌；
（5）洞顶回填土石；
（6）开挖右侧暗洞并施作初期支护；
（7）修筑暗洞二次衬砌。
方案3：
（1）先开挖左侧明洞基坑（基坑范围保证有足够的空间施作隧道中墙）；
（2）修筑中墙及明洞
衬砌；
（3）洞顶回填土石并在靠近右侧暗洞洞顶处采用混凝土材料构筑人工山体；
（4）开挖右侧暗洞并施
作初期支护；
（5）修筑暗洞二次衬砌。
以上3种方案中，暗洞施工统一采用先开挖侧导坑，再采用上下台阶法进行开挖的施工方法。
隧道开挖以前围岩处于初始应力的平衡状态之中，隧道开挖破坏了这种平衡，在隧道周边一定的范围内围岩应力会产生重分布，并随之产生变形和位移，形成松弛，与此同时围岩的物理力学性质也会恶化。
新奥法的核心就是保护围岩，尽量使其承载能力不被破坏，特别是在软弱围岩洞口大偏压地段围岩承载能力的保护尤为重要。
方案1中导洞施工完成后，先开挖右侧暗洞，在开挖左侧明洞，隧道暗洞施工时左侧明洞基坑尚未开挖，其周边围岩的承载力得到了很好的保护，有利于隧道的施工安全及隧道结构的整体稳定性。
方案2中导洞施工完成后，先开挖左侧基坑，修建明洞后，在开挖右侧暗洞。
明洞施工深大基坑的开挖必然使周边的岩土体受到极大的扰动，隧道上覆原岩被回填土所取代，其原有承载能力被极大的消弱，特别是隧道洞口地段一般岩层节理裂隙发育，基坑开挖爆破振动破坏了原岩中原有的层间粘结力，使后续暗洞的施工安全及洞室的稳定性受到威胁。
方案3不开挖中导洞，但明洞开挖基坑更大，施工中对围岩的扰动更大，特别是隧道暗洞顶部部分围岩被挖除，而后再进行回填，对右侧暗洞的成洞更为不利。
因此，从理论角度分析，方案1更优，方案2次之，方案3最差。
I中导坑开挖
3中墙施工及顶部回填
5左侧导坑开挖
7左侧边墙衬砌
9左拱部初期支护（拆除导坑内侧支护）
II左洞下部开挖
13右侧导坑开挖
15右侧边墙衬砌
17右拱部初期支护（拆除导坑内侧支护）
19右洞下部开挖
2中导坑初期支护
4中墙侧边回填（与主洞开挖协调）
6左侧导坑初期支护
左拱部开挖（边墙混凝土
达到设计强度之后）
10左拱部二次衬砌
左洞仰拱施作
246
达到设计强度之后且滞后左洞20m*-30πι）
18右拱部二次衬砌
20右洞仰拱施作
第四题答案：
一、方案确定
1、对距地表坍孔周围5～10m施做临时截水天沟。
临时采用彩条布对坍孔进行覆盖，防止地表水下渗。
2、对坍碴及塌孔6米范围内采用注浆加固。
其中塌孔采用固结灌浆，注浆孔位间距1.0×
1.0m，梅花型
布置。
3、DK664+309.4～DK664+297全断面设置I20B型钢拱架，间距1榀/50cm，配合钢架自右侧上台阶底脚至左侧拱墙150°
设置φ42超前小导管进行预支护，小导管环向间距40cm，长度3.5m，纵向0.5m/环，与钢
架夹角为10～１5°
。
支护施工见图4.
4、衬砌采用Ⅴ级围岩钢筋砼加强式复合衬砌形式。
5、待衬砌完成，强度达到100%后，塌腔内采用土、石回填。
顶部1m范围内采用黏土回填，沉降结束后
地表采用厚30cmM10浆砌片石铺砌。
图4密排超前小导管、钢拱架及塌孔内固结灌浆示意图
二、方案的实施
1、注浆施工
1.1注浆参数确定本隧道塌方注浆分塌方处理中坍塌体注浆与坍孔内固结灌浆两种形式。
坍塌体注浆主要为防止向掌子面进尺时由于上部压力造成二次滑塌，处理过程中需逐步清除，坍孔内固结灌浆主要是在坍孔底部形成强度较高的塞体，在处理塌方过程中及隧道永久支护一起承受承受坍孔内塌体压力，确保日后运营安全。
根据不同部位注浆目的，确定参数见表1。
表1注浆参数表
注浆部位
材料
配合比
注浆孔间距
注浆压力
施工工艺
坍塌体
32.5#R水泥；
中砂（过4.75mm筛）
1：
0.05：
0.45（水
泥：
砂：
速凝剂水：
）
1.5×
1.5m
0.4～0.6
单序灌浆
坍孔内
32.5#R水泥
比为3:
1、1:
1、两个
等级（水泥：
水）
1.0×
1.0m
0.6～0.8
Ⅱ序灌浆
1.2施工
⑴施作止浆墙。
由于坍塌体主要为全风化泥岩夹孤石，孔隙率现场实测为36%。
为防止浆液外溢，确保注浆达到设计压力，在注浆花管施工，于坍体面上喷射20cm混凝土止浆墙。
以后各注浆塌体表面均要喷射20cm厚的混凝土。
⑵成孔
注浆花管采用Φ42Φ42×
3.5mm，（外径×
壁厚）的热轧无缝钢管，长度洞内坍塌体为2m，塌孔为6m；
花管前端加工成锥形，管体钻设透浆孔，孔径10mm，孔间距30cm，导管尾端1.0米范围不钻孔，管尾焊
接φ6加劲箍（加工图见图5）。
用冲击锤直接将花管打入坍体。
如遇坍体中大块孤石导管无法自进时，可暂按现有孔深进行注浆，待本循环注浆结束后，对受阻孔采用凿岩机成孔后进行补灌。
3）注浆孔角度
45°
，见图6。
对洞内塌碴注浆花管平行线路方向打入，塌孔内临时固结注浆钢花管与断面外插角为塌孔内固结灌浆沿隧道轮廓线径向打入。
图6水泥注浆示意图
（4）注浆顺序
加固坍体压浆自下而上顺序进行。
达到注浆压力即可进行下一孔灌注。
塌孔内固结灌浆采用注浆时应采用Ⅱ序灌浆，浆液采用二级浆液，即先注入稀浆，水灰比为3:
1后注入1:
1稠浆，考虑到注浆后需尽快开挖，注浆选用早强水泥。
2、开挖与支护
2.1施工流程
左半断面扩挖处理→左半断面拱架、喷锚网支护→塌方体分部开挖→右侧拱架、喷锚网支护→塌孔内固结灌浆进入下一循环→及时施做仰拱、二衬。
2.2左半断面扩挖处理
由于隧道原开挖按级Ⅲ级围岩施工，线路左半未塌方断面为较坚硬砂岩夹页岩，需扩挖已满足Ⅴ级围岩加强式断面尺寸。
为减少爆破震动对塌方体的影响，爆破设计遵循“密打孔、弱爆破、短进尺”的原则，爆破参数见表2。
扩挖处理顺序为：
断面测量→钻孔→爆破→断面复测→初喷。
表2扩挖处理爆破参数表
扩挖厚度
孔环向间距
装药结构
循环进尺
备注
25~30cm
30cm
双导爆索
1m
装药结构见图7
2.3超前小导管施工
导管采用规格Φ42×
壁厚）的热轧无缝钢管，加工同注浆花管，采用风枪钻孔后插入。
1）施工设计参数
长度3.5米，纵向0.5m/环，与钢架夹角为10～１5°
，范围为右侧上台阶底脚至左侧拱墙150°
2）小导管施工工艺流程
图8导管施工流程图
3）注浆参数设计
水灰比W:
C=1:
1注浆终压0.5-1Mpa
4）主要材料机具设备
主要材料：
32.5号普硅水泥。
机具设备：
PH-15自动化注浆机。
注浆示意图见图
3、塌体开挖与支护
3.1超前支护施工完成后，用人工沿塌方体进行环形预留核心土方案开挖，每循环进尺0.5米。
根据开挖顺序Ⅰ25B上台阶钢拱架加工共分5各单元段,每节两端焊法兰盘，以螺栓连接。
开挖前预先架设左侧为塌方带2个单元段钢拱架。
随开挖及时架设其余各Ⅰ25B钢拱架。
拱架间距0.5榀/m，架设时要紧贴围岩，
贴不紧处，每隔1m以钢板垫实。
拱架立好后，打定位锚杆与锁脚锚杆，并与与钢轨拱架焊接，锚杆采用
Ф22mm砂浆锚杆，定位锚杆长度3.0m，沿拱架环向间距1.2m。
锁脚右侧拱脚锚杆设置4根，左侧拱脚2根，长3.5m。
同时，焊纵向连接钢筋将钢轨拱架连到一起，纵向钢筋Ф22mm，沿环向间距0.6m布置。
各
分部钢拱架安好后，及时网喷混凝土25cm厚。
核心土每两循环一挖除，为防止因单侧偏压造成拱架变形
1m，待下断面开挖前逐榀拆除。
施工流程见图
侵限，采用Ф200mm钢管横撑加固钢架拱脚，纵向间距
3.2下半断面施工。
待上断面支护通过坍方体，塌孔Ⅱ序灌浆7天后进行下半断面开挖。
下半断面开挖采用先马口再核心土的施工方案。
循环进图尺10小1导m管，单开液挖注浆后示架意设图下断面拱架，施做初期支护。
仰拱按下断面每开挖4m/循环及时施做。
4、二次衬砌当初期支护变形趋于稳定时，采用跳槽法进行塌方段二次衬砌。
即从现衬砌地段将模板台车走行至塌方段，先衬砌塌方段的方法。
5、塌顶回填洞内衬砌通过坍方后，待强度达到100%后，陷穴采用土石及时回填，回填高出地面，顶部1m范围内
采用黏土回填，沉降结束后地表采用厚30cmM10浆砌片石铺砌。
6、监控量测塌方地段每处理完一个循环后，及时布设监控量点，进行监控量测，并及时分析监控量测数据，若有局部位移量偏大段，及时调整支护参数。
监控量测实施见表3。
表3监控量测实施表
项目
布点
量测频率
测试方法和仪表
测试精度
洞内、外观察
4小时
现场观察
周边收敛
3m
12小时
收敛计
0.1mm
拱顶下沉
水准仪、钢尺
1mm
地表下沉
横向10m
水准仪、塔尺
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