城市地下工程考试题.pdf

该【城市地下工程考试题 】是由【wawa】上传分享，文档一共【19】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【城市地下工程考试题 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:.
城市地下工程
一、围岩及围岩压力
①围岩:修建岩石地下工程必然要进展岩石开挖和施筑维护构造工程,
岩石开挖将导致周围岩体失去原有的平衡状态,其内部原有应力场将发生
改变。这种在地下工程中由于受开挖影响而发生应力状态改变的周围岩体,
称为围岩。隧道工程构造计算考虑的围岩范围:≥3倍隧道直径。
②围岩压力:隧洞开挖之前,岩层中的岩体处于复杂的原始应力平衡
状态,开挖以后,原岩中的应力平衡状态遭到破坏,应力重分布,从而使
周围岩体产生变形。如果再围岩发生变形时及时进展衬砌或维护,阻止围
岩进一步变形,防止围岩塌落,那么围岩对衬砌构造就要产生压力。因此,
围岩压力指的就是位于地下构造周围变形或破坏的岩层,作用在衬砌构造
或支撑构造上的压力。广义的围岩压力包括了:
松弛压力:隧道开挖后,松弛的岩块作用于支护构造上的压力;
形变压力:隧道开挖后,围岩应力重分布和围岩位移和支护构造相互
作用产生的压力;
膨胀压力:围岩膨胀崩解而引起的压力;
冲击压力〔岩爆〕
围岩压力又可以分为水平压力、垂直压力和底部压力。
二、隧道围岩压力确实定:
1、按松散体理论计算围岩压力:
考虑到岩体裂隙和节理的存在,岩体被分割为互不联系的独立块体,:.
因此可以把岩体假定为一种特殊松散体。
①深浅埋地下构造临界高度的计算:
:.
〔2〕按弹塑性体理论计算围岩压力:
:.
〔3〕按围岩分级和经历公式确定围岩压力:
:.
三、城市地下工程中施工方法:
将从城市地下工程根本理念、根本理论、根本方法以及不良及特殊地质
地段隧道施工五个方面进展阐述:
1、城市地下工程施工根本理念:
(1)保护围岩:尽量不损伤或者少损伤围岩,采取措施增强围岩的自稳
能力;
(2)内实外美;
(3)重视环境:包括施工作业时的环境以及对周边生态环境的影响;
(4)动态施工。
2、城市地下工程施工的根本理论:
工程实践说明,在地下工程施工过程中,开挖和支护是两个关键的
工序,二者既相互促进又相互制约。经过长时间的时间和研究,人们提
出了两种理论体系,包含和解决的从工程认识、力学原理、工程措施到
施工方法等一系列的地下工程建立问题。
松弛荷载理论现代支护理论:.
稳定的岩体有自稳
隧道围岩稳定显然是岩体自
理论能力,对隧道不产生荷
身有承载自稳能力;不稳定围岩丧
内容载;而不稳定的岩体那
失稳定是具有一个过程的,如在这
么可能产生坍塌,需要
个过程中提供必要的支护或限制,
用支护构造予以支承岩
那么围岩仍然能够保持稳定状态
体荷载。作用在支护构
造上的荷载就是围岩在
一定范围内由于松弛并
可能塌落的岩〔土〕体的
重力
力学土力学:将围岩视为散岩体力学,将围岩视为应力岩体,
原理粒体,分析计算应力—应变状态及变化
构造力学:将支撑和衬过程,建立起“围岩—支护〞力学
砌视为承载构造。建立体系以实际的应力应变状态作为
起“荷载—构造〞力学支护的设计状态。
体系以最不利荷载组合
作为构造设计荷载。
分步开挖后及时用初期支护:锚杆+喷射混凝土等柔
工程支
刚度较大的构件进性构件,以控制围岩松弛变形的过
措施护
展临时支撑,待隧道程,增强围岩自承能力;
开挖后逐步换成整二次衬砌:
体式厚衬砌作为永:.
久支撑,
开分步开挖大断面开挖减少对围岩的扰动,
挖
优
构件临时支撑直锚喷初期支护按需设置,适应性
缺
观,容易理解,工强,工艺较复杂,对围岩的动态
点
艺较简单,易于操量测要求较高;
作;围岩松散破碎甚至有水时,需采
围岩松散破碎甚用辅助工法〔如注浆〕来支持,
至有水时,需满铺才能继续施工;
背材,也能奏效;初期支护无需撤除,施工较平
撤除临时支撑既安,支护构造受力状态较好
麻烦,更不平安,
不能撤除时,既浪
费,又使衬砌受力
条件不好
理论要点:隧道开挖后,围岩产生松弛是必然的,但是产生坍塌是
偶然的。现代支护理论中围岩是主要承载局部,初期支护和二次衬砌对
围岩起约束作用,既允许围岩产生有限变形,以发挥其承载能力,有阻
止围岩产生过度变形而发生失稳。先柔后刚,并通过监控测量及时判断
适时提供相应支护。:.
3、根本施工方法:
①矿山法〔又称钻爆发〕:可分为传统矿山法以及新奥法。
传统矿山法:采用钻爆开挖加钢木构件支撑;——松弛荷载理论。
新奥法:采用钻爆开挖,将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为支护
手段,通过监测控制围岩变形,以便充分发挥围岩的自承载能力的
施工方法;——现代支护理论。
新奥法施工又分为以下几类:
1)全断面法:
2)台阶法:一般适用于Ⅳ级围岩,要求台阶长度不大于1倍洞径,仰拱
据掌子面距离不大于两倍洞泾。
3)分布开挖法:
<1>环形导坑〔预留核心土〕法:该方法利用核心土稳定掌子面,然后
开挖两侧边墙、中部核心土,最后开挖仰拱。该法步骤多,工艺要求
高。
<2>CD法〔中隔壁法〕:适用于浅埋地段或穿越建筑物时采用,以减少
沉降,防止塌方。该工法将隧道分为最有两局部进展开挖,先在一侧
采用台阶法分层开挖及支护,再开挖隧道另一侧,每台阶纵向长度3-
5米,初期支护仰拱紧跟下台阶封闭成环。
<3>双侧壁导坑法:在特大断面等特殊条件下采用,先开挖隧道两侧
导坑,再进展中部开挖支护,特点:控制沉降变形好,但连接点多,
受力复杂,对工艺要求较高。
<4>单侧壁导坑法::.
4)盖挖逆作法施工:使用于超浅埋大跨度隧道。
②明挖法:当隧道埋深较浅,上覆岩土体较薄时,采用明挖法施工。
③TBM法:采用隧道掘进机〔TBM〕,集掘进、出渣、支护以及通风防
尘一体,适用于在岩质隧道施工。主要分为开敞式和护盾式两种。
和钻爆法相比,工序简单,施工速度快,平安性好,适用于工期紧
且以硬质岩石为主的圆形隧道施工,有高效、优质、平安、环保等
优点。
④盾构法:是一种适用于软岩和土体隧道的开挖方法;通常使用盾构
机在地下开挖,并同时安装衬砌。在城市地下工程中使用较多,具
有施工快速平安等优点。
4、不良和特殊地质地段隧道施工:
①不良地质地段包括:滑坡、崩塌、偏压、岩溶、高地应力、软土地
段等;
②特殊地质地段:膨胀地层、软弱黄土地层、断层、岩爆、***等。
在这些地段施工,应注意“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、
勤检查、稳步推进〞为指导原那么,根据地质情况合理选择施工方法
〔如黄土地段采用短台阶法或分步法等〕,加强监控量测工作。
四、隧道构造设计模型:
目前国内外采用的隧道构造设计模型可归纳为四种模型:
1、以工程类比为依据的经历设计法;:.
2、以测试为依据的实用法,包括收敛—约束法、现场原位测试和实验室
的岩土力学试验、应力(应变)量测以及实验室模型试验。
3、构造力学方法:主要为圆环—弹性地基梁法。也可称为荷载-构造法。
该方法认为围岩对支护构造的作用只是产生作用在构造上的荷载〔包
括主动的围岩压力和被动的围岩抗力〕,是基于松弛荷载理论的一种方法。
4、岩体力学方法:连续介质模型法,包括理论分析法和数值法。该方法
将支护构造和围岩视为一体,共同承受荷载的隧道构造体系。
后两种方法的比拟见第四题城市地下工程施工的根本理论。
五、监控量测的主要内容及意义
1、隧道监控量测的主要目的:
①提供监控设计的依据和信息:掌握围岩力学形态的变化和规律;掌
握支护的工作状态信息并及时反应,指导施工作业;
②预报及检测险情:作出工程预报,确定施工对策和措施;监视险情,
以确保平安施工。
③校核地下工程理论计算结果,完善工程类比法:为理论解析、数值
分析提供计算数据和比照指标,为工程类比提供参考指标,为地下工程设
计和施工积累经历资料。
④隧道工程运营期间监控量测:掌握隧道工程运营中的平安状况,隧
道营运阶段及时发现支护衬砌构造的险情,以便及时采取相应的补救措施
等。
2、隧道监测的主要任务::.
①通过对围岩支护的观察和动态量测,以到达合理安排隧道施工程
序、日常施工管理、确保施工平安、修改设计参数和积累资料;
②通过对围岩和支护的变位、应力量测,掌握围岩和支护的动态信
息并及时反应,修改支护系统设计,指导施工作业和管理等;
③经量测数据的分析处理和必要的计算和判断后,进展预测和反应,
以保证施工平安和隧道围岩及支护衬砌构造的稳定;
④对已有隧道工程的量测结果,可以分析和应用到其他类似工程中,
作为指导复合式衬砌设计和施工的重要依据。复合式衬砌的设计,通常以
工程类比法为主,并以现场监控量测进展工程实际检验和修正;
⑤利用实测信息进展反分析,用以推求地层的力学属性、参数以及
地应力场等。
3、隧道监测工程、方法及工具:
①必监测工程:
洞内观察:包括地质及支护状况观察,对岩性、构造面产状及支护
裂缝观察和描述等。工具包括地质罗盘等。
洞周收敛:运用收敛计观测隧洞周边位移情况。
拱顶下降:运用水平仪、水准尺、钢尺等工具测量隧洞拱顶的位移
情况。
①选测工程:包括地表沉降、地中位移、锚杆应力、衬砌应力、锚
杆抗拔试验、洞内弹性波等工程。
〔锚杆作用力及围岩松动带、围岩二次衬砌支护时间选择优化,见
ppt〕:.
六、国内外岩质隧道围岩分级主要采用指标统计率:
国内〔由多到少〕:岩石强度、岩石完整程度、地下水、构造面状态、
初始应力状态、构造面和洞轴组合关系、声波速度、其他〔风化程度、RQD
等〕;
国外:岩石强度、地下水、构造面和洞轴组合关系、构造面状态、初
始应力状态、声波速度;
七、围岩分级的意义:
岩体是一种经历地质构造运动的变形和破坏,建造和改造的十分复杂
的介质,无论怎样仔细研究都不可能将工程区域内岩体的力学性质的细节
完全搞清楚,因此,根据工程应用的性质和要求,将岩体的某种属性加以
概略的划分,用以效劳于地下工程建立。围岩分级有以下目的:
①作为选择施工方法的依据;
②确定构造上部的荷载,便于计算支护衬砌构造的类型及尺寸;
③进展科学管理以及正确评价经济效益,制定劳动定额,材料消耗标准
等。
八、围岩分级方法:
原有岩石分级方法:
1、以岩石强度或者物性指标为根底的分类方法:
①以岩石单轴抗压强度为指标;
②“岩石巩固性系数分类法〞,又称“f〞值分类法,通常f=(1/150
岩石:.
-1/100)R,R是岩石的饱和单轴极限抗压强度。在我国通常令f=K*f,
cc岩石
其中K为地质条件折减系数。
2、按照岩体构造、岩体特征分类方法:以太沙基分类法为代表,考虑了构
造、岩性、地下水的影响。
3、按照岩体完整性分类方法:
①按弹性波〔纵波〕速度的分级方法。弹性波在岩体中传播时,构造面
使岩体中的波速明显下降、能量有不同程度的损耗。
②按照岩石质量指标〔RQD〕分类:RQD指长度等于或者大于10cm的岩
心总长度和钻孔长度之比。隧道中计算RQD时可在隧道侧壁上画一条线段,
测量被构造面分割后大于10cm的线长度占总长度的比值。
4、综合因素分类法:
①岩体质量指标〔Q〕分类,由巴顿提出,该指标考虑多种因素,包括RQD、
节理组数、节理面粗糙系数、节理蚀变系数、节理含水折减系数、地应力
影响折减系数等。
②地质力学分类:由比尼奥斯基提出,又称RMR分类,综合考虑岩石强
度、RQD、不连续面间距、不连续面特征、不连续面产状和洞室短息、地下
水情况等6个因素。
我国现行岩石分级方法:
我国现行铁路隧道及公路隧道采用的围岩分级方法,通常以定性和定
量相结合的方法进展围岩分级,考虑因素通常包括以下几种:岩石岩性特
征和完整状态、构造面发育程度、围岩开挖后稳定状态、围岩弹性波纵波
速度、岩石强度等等因素进展综合评价。:.
大跨度隧道围岩分级?
九、围岩亚级分级的意义何在?并对其进展评价。
目前,我国隧道围岩分级方法将围岩质量由好到坏分为6个等级,但
是在工程实践中我们经常发现,隧道开挖后实际地质条件经判定经常会处
于两级围岩之间,这种现象在ⅢⅣⅤ级围岩中尤为突出。如果将其划分到
较好的围岩中,那么会出现平安隐患;现实工程建立中常常不得不按照低
级围岩的方法进展处理,从而使得隧道建立过于保守,造成浪费,为提高
隧道支护的优化程度,有必要对稳定性较为复杂、施工方法、支护构造参
数相对多样化的ⅢⅣⅤ级围岩进展更加细致地划分,及进展围岩亚级划分。
十、城市地下工程防灾系统
十、地下工程的根本理论:
②地下构造计算理论开展阶段〔地下构造设计P8〕:刚性构造阶段、
弹性构造阶段、连续性介质阶段、现代知乎理论阶段
③地下构造计算理论的开展趋势:〔书P8〕
岩土体压力的计算理论:
①土压力的计算:静止土压力、主动土压力、被动土压力;库伦土
压力理论以及朗肯土压力理论;
②侧向岩石压力的计算
③地下洞室围岩压力的计算:按松散体理论计算围岩压力、按弹塑
性体理论计算围岩压力、按围岩分级和弹塑性公式确定围岩压力。
:.
地下构造计算方法:工程类比法、荷载构造法、地层构造法〔P43〕
十一、城市地下工程隧道施工过程中数值模拟应考虑的问题
1、数值模拟的作用和意义:
总结为以下几点:
检验、评价和优化隧道施工方案及支护设计的参考依据。当然,数值
模拟的结果通常不宜直接用作工程设计。
2、在数值模拟过程中应考虑以下几个问题:
①模型的建立:通过分析区域地质条件、边界条件,对模型的应力条
件、位移约束条件、重力平衡条件等进展合理、有效地定义。
②参数的选取:依据工程地质详勘报告和沙塘坑隧道施工图设计方
案,根据相关标准、文献,选取围岩参数。包括弹性模型、粘聚力、内
摩擦角等,此时注意考虑围岩等级对参数的影响。
③屈服准那么的选取:依据围岩的等级选择相应的屈服准那么,如
Ⅰ-Ⅲ围岩选择D-P准那么;Ⅳ围岩选择M-C准那么或D-P准那么;Ⅴ围岩
选择M-C准那么。
④施工过程控制:考虑开挖顺序、支护措施、二次衬砌和初期支护
的接触关系等对计算结果的影响;特殊条件下的施加和控制等。
⑤支护构造的模拟:包括单元类型的选择、分析结果的实现等因
素。
⑥计算结果的提取、分析和评价:对计算结果进展分析和解释,理
解计算所得数据的含义。:.
3、数值模拟研究方向:
①屈服准那么的选取〔M-C,D-P系列,Hoke-Brown〕
②荷载释放系数问题
③衬砌之间接触关系的模拟〔没有考虑防水板,不能反映复合式衬砌的
实际情况〕
④支护构造长期稳定性分析
⑤多数模拟结果位移小于实测位移,没有考虑开挖对一定范围内围岩的
劣化作用
⑥爆破、地震作用下支护构造稳定性研究
⑦大断面隧道施工力学分析
⑧渗流作用下隧道围岩-支护构造稳定性分析
十二、隧道开挖后的应力状态
1、应力状态:
初始应力状态〔围岩〕——隧道开挖后应力状态〔二次应力状态〕——
支护体系应力状态〔三次应力状态〕——终极应力状态。
2、塑性圈分布:
松动破坏区——塑性区——弹性区——原岩应力区
3、轴向应力和径向应力变化情况
4、围岩和支护构造平衡状态的建立
P-U曲线,支护点选取:.
十三、压力拱理论
据岩石力学,在地下开挖空间,会带来围岩应力的转移,在一定范围
内产生应力集中现象。进一步研究还说明,在地下空间埋深到达一定数值
后,围岩应力转移会形成有规律的压力区域,拱形是这个区域的典型特征,
被称为岩石“压力拱〞
压力拱是岩体为抵抗不均匀变形而进展自我调节的一种现象,是围岩
内应力发生集中、传递路线发生的偏转而形成的一种拱形应力分布区。这
种现象无法用肉眼观测到,它的主要特点是地下工程开挖后主应力方向发
生偏转,但无破裂发生。压力拱不仅存在于顶板上,也存在于两帮和底板。
根据压力拱的定义,用应力分析方法可以确定拱体上、下边界。
(1)确定下边界的判别方法:如果围岩为无破坏的理想状态,由于拱
体自身和其上的荷载向硐室两侧转移,在拱体内部最小主应力减小,最大
主应力增大,因此最大主应力在边界处最大。当有破坏发生在围岩中时,
由于变形导致应力释放,该处的最大主应力减小,因此,最大主应力的最
大值在压力拱的下边界处。
(2)确定上边界的判别方法:上边界根据最小主应力在拱体内被转移
到最大主应力这种现象来确定。拱体内的岩体,最小主应力逐渐减小,最
大主应力逐渐增大,因此可以用围岩中最小主应力的减小量来判断该局部
岩体是否属于拱体,如减小量大,那么被认为该局部岩体进入了拱体。
矩形隧道有无压力拱?马蹄形隧道压力拱?
:.
十四、对城市地下工程的认识和开展、展望。
1、城市地下工程现状:
目前国际上有一种普遍认同的观点即:21世纪将是地下空间大开发的
世纪。和此同时,有人说21世纪世界上最具影响力的两大事件:美国的高
科技革命和中国的城市化。由此可以预测在未来一段时间内,中国的城市
地下工程将会得到空前的大开展,城市地下空间的开发利用主要是依托地
下工程建立,主要解决交通系统、市政公用系统、防空放在系统以及能源
物资储藏系统等。城市地下空间的建立将有效缓解人口拥挤、交通堵塞,
减少汽车尾气污染、噪声污染等一系列问题。
目前,就我国实际情况来看,首当其冲的是缓解交通拥挤问题,因此
现今我国城市地下空间开发利用尤以修建地铁和轻轨为主。但和此同时,
其他地下工程诸如上海海底隧道、杭州西湖湖滨隧道以及地下停车场商业
街等正逐渐得到开展。
2、城市地下工程存在问题:
我认为目前我国城市地下工程主要存在两个方面的问题,
一是人为方面,诸如缺少整体规划或统筹、出现重复开挖、对地面影
响较大等问题。但我相信随着国家对城市地下工程的重视,这方面不难得
到解决。
二是施工技术方面。诸如开挖支护、防水防潮、地下采光通风、平安
防灾以及减少对环境的影响等。
3、城市地下工程施工技术开展趋势和展望:
①重视TBM和盾构机的引进、消化、应用和开发,尤其是异形断面盾:.
构机、特殊地质地段盾构机开发研制等。以更好的适用于复杂地质条件。
②深入研究和充分利用信息技术,重视隧道动态设计和动态施工;充
分利用先进的监测技术和方法,尤其是3S技术等,建立对地表及地下形
变、位移的数据库。探讨地下施工-地质-生态环境的相互作用机理和耦合
效应。
③制定相应的有关城市地下工程的规划、勘察、技术、施工等方面的
法规、标准;引进国外先进的管理方法和经历。
④开发多媒体监控和仿真系统、三维仿真计算机管理系统,实现管理
信息化和智能化。