地下工程设计原理与方法考试资料_设计原理考试资料

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地下工程：指地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程

隧道：修筑在岩体、土体或水底，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道

导坑：在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道 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

垭口：线路跨越分水岭时，分水岭的山脊上的高程较低之处

越岭线：从一个水系过渡到另一个水系是跨越高程很大的铁路线路

河谷线：沿河傍山而行的铁路线路 隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间

隧道建筑限界：线路上各种建筑物和设备均不得侵入的外部的轮廓线

锚杆：插入到围岩岩体内利用机械的方法加固围岩的一种金属杆状构件

岩体：处于一定天然应力状态中的地质体 围岩：对隧道稳定性有影响的那一部分岩体 围岩压力：隧道开挖后围岩作用在支护结构上的压力 结构面：岩体中具有一定方向，力学强度相对较低的地质界面（原生，构造，次生）

蠕变：作用应力不变应变随时间的增长而增加 松弛：作用的应变不变应力随时间的增长而衰减 风化作用：地表岩体在大气温度水和生物的综合影响下，使岩石的物理性质或化学成分发生改变的地质作用 溶蚀：使岩体致密度降低并会破坏颗粒之间的胶结从而使岩石强度降低

流变性：与时间或温度有关的变形或破坏性质 初始应力：岩体在天然状态下所具有的内在应力 二次应力：坑道开挖后坑道周围一定范围内的岩体产生应力重分布的状态

三次应力：坑道支护后坑道周边的岩体的应力变化的状态 岩体的初始应力状态：由于岩体的自重和地质构造作用在隧道开挖前岩体中存在的应力状态

坑道的稳定性：隧道围岩在开挖过程中不设任何支护情况下所具有的稳定程度

塑性：围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性质 塑性区半径：对于塑性围岩当围岩内应力超过围岩强度后，在坑道周边产生径向塑性位移形成塑性松动区的范围 塌落拱：将隧道开挖后所形成的相对稳定的拱称为 成拱作用：天然拱像一个承载环一样承受上覆范围地层的全部重量并向两侧传递下去称为围岩的弹性抗力：由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起围岩对支护结构的约束反力

变形协调条件：汇交于同一节点上各单元在此节点处所产生的端点位移与结构节点位移相等

静力平衡条件：在同一节点上作用的各单元节点力的总和应与该点荷载相平衡

收敛：围岩产生挤向隧道内的变形 约束：支护对围岩向坑道内变形的阻止 隧道勘测的一般规定

制定勘测计划，完备勘测资料，设计勘测和施工勘测，评价对环境造成的影响 隧道工程调查的内容

自然概况，工程地址特征，水文地质特征，不良地质地段，地震基本烈度等级，气象资料，施工条件 分析克服高程障碍三种方案的优缺点

绕行：施工容易工期短费用少；运程增加长期运营条件变差改造困难地质复杂施工困难。深堑：展线长度比绕行短；急弯陡坡多在山顶开挖工程量大不确定因素多。隧道：线路平顺缓直运营条件好运程缩短；工程量大工期长费用高 分析解决平面障碍两种方案的优缺点

沿河绕行：对地形条件要求高，线路增长，工程量大运营条件差，不良地质病害工程伴随出现；只在条件允许时使用。隧道穿直：初期工程量大；线路平直，工程单一，无急弯陡坡，运营条件好，不受山体塌方落石影响 曲线隧道设计应注意的问题

1尽可能采取较短或曲线半径较大的曲线，宜将曲线设置在隧道洞口附近2不宜将洞口落在缓和曲线上3隧道内曲线长度不应短于一节车厢长度4一座隧道内不设超过一个以上曲线5两条曲线间应有较长夹直线 隧道内坡道折减的原因及方法

1列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低2洞内空气阻力增大

曲线隧道净空加宽的原因和方法

1车辆通过曲线时转向架中心点沿线路运行车辆本身不能随线路弯曲仍保持其矩形形状2曲线外轨超高车辆向曲线内侧倾斜使车辆界限上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离 喷锚支护的特点

与围岩紧密贴合，支护及时，柔性好，同时封闭围岩壁面防止风化，并能封闭围岩的张性裂隙和节理，提高围岩的固有强度控制围岩的变形，能充分调动围岩本身的自稳能力。有效利用洞内净空，提高作业的安全性和作业效率，能适应软弱和膨胀性地层中的隧道开挖，能用于整治塌方和隧道衬砌的裂损

复合式衬砌的支护机理

先在开挖好的洞壁表面喷射一层早强硂凝固后形成薄层柔性支护结构，满足初期支护施作及时刚度小易变形的要求，与围岩紧密贴合从而保护围岩和加固围岩，促进围岩的应力调整充分发挥围岩的自承作用。二次衬砌完成后，衬砌表面光滑平整可以防止外层风化装饰内壁增强安全感。既可以充分发挥喷锚支护的优点又能发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。明洞的类型

拱形（路堑式、偏压直墙式、偏压斜墙式、半路堑单压式）棚洞（盖板式、刚架式、悬臂式）隧道门的类型

环框式、端墙式、翼墙式、柱式、台阶式、斜交式、耳墙式 洞门的类型

环框式、端墙式和柱式、翼墙式与耳墙式、其他形式(台阶式斜交式）、拱形、遮光棚式 隧道附属建筑物的类型

通风建筑物，安全避让设备、防排水设备、电力及通讯信号安放设备

喷射混凝土的喷射方式

1干喷（拌合料输送到喷嘴以前才与水汇合）2湿喷（拌合料先与水拌合再以浆液输送）机械通风的方式

1纵向式（洞口风道式、喷嘴式、竖井斜井式、射流式）2全横向式3半横向式

岩石在单轴和三轴压缩下的破坏形式

三轴低围压下（张破裂）中等围压下（剪破裂）高围压下（延性破坏）

抗拉强度、抗剪强度的测定方法

抗拉（直接拉伸法、棱柱体试件的弯曲、圆柱体的弯曲、圆盘弯曲、液压扩张试验、巴西试验）抗剪（直接剪切法、倾斜板间加压的单向剪切法）

典型的岩石的全应力-应变曲线分为哪四个阶段 压密阶段弹性阶段塑性阶段破坏阶段 无支护坑道丧失稳定的形式

1由于破碎岩体的自重超过了它们脱离岩体的阻力而多在顶部较少在侧壁处造成局部崩塌2围岩的应力重分布造成的应力集中区域内的岩体强度破坏而形成的崩塌3在塑性岩体中稳定性的丧失是由于塑性变形的结果 隧道围岩失稳破坏性态

1脆性断裂2块状运动3弯曲折断破坏4松动解脱5塑性变形和剪切破坏 围岩压力的类型

1松动压力2形变压力3膨胀压力4冲击压力 天然拱范围的大小与下列因素有关

1围岩的地质条件2支护结构架设时间3刚度以及它与围岩的接触状态4隧道的形状和尺寸5隧道的埋深6施工因素

隧道围岩分级的目的1作为选择施工方法的依据2进行科学管理及正确评价经济效益3确定结构上的荷载4给出衬砌结构的类型和尺寸5制定劳动定额、材料消耗标准基础等 隧道围岩分级的方法主要有哪些

1以岩石强度或物理指标为代表2以岩体构造岩性特征为代表3以地质勘探手段相联系4组合多种因素5以工程对象为代表

围岩分级的基本因素与影响因素

岩石的坚硬程度和岩体的完整程度，地下水和初始应力场 支护结构的作用

1与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，能承受可能出现的各种荷载2保持隧道断面的使用净空3防止围岩质量的进一步恶化4提供空气流通的光滑表面 支护结构的基本要求

1必须与围岩大面积地牢固接触，保证支护结构与围岩作为一个整体进行工作2重视早期支护的作用并使早期支护与永久支护相互配合协调一致的工作3允许隧道围岩能产生有限的变形，以充分发挥围岩的承载能力而减少对支护结构的不利作用使两者更协调的工作4必须保证支护结构的及时施作5要能根据隧道围岩的动态及时地进行调整和修改

支护结构的类型

1防护型2构造型3承载型 地下结构计算理论发展的七个阶段

刚性结构阶段、弹性结构阶段、假定抗力阶段、弹性地基梁阶段、连续介质阶段、数值方法阶段、极限和优化设计阶段

地下结构计算方法的分类

荷载结构法（弹性链杆法、假定抗力法、弹性地基梁法）地层结构法（剪切滑移法、特征曲线法、数值法）地下结构设计模型分类

经验类比模型、荷载结构模型、地层结构模型、监控设计模型

荷载结构模型的三种计算模式

1主动荷载模式2主动荷载加被动荷载模式3实际荷载模式

局部变形理论与共同变形理论

局部变形理论：认为地层表面某点上施加的外力只会引起该点产生沉陷（变形），外力与沉陷之间为线性关系。共同变形理论：认为地层表面某点上施加的外力不仅会引起该点产生沉 陷（变形），而且会引起附近的地层也产生沉陷变形，外力与沉陷之间为非线性关系 地层-结构模式的求解方法

数值法、剪切滑移破坏法、特征曲线法 确定Pmin的途径

1现场实测的塑性区半径r求（按重力平衡条件求）P2根据坑道周边的允许位移值求P3实地量测形变压力作为P4 根据围岩特征曲线求P监控设计法原理

通过现场监测获得围岩力学动态和支护结构工作状态的信息（数据），再通过必要的力学分析，以修改和确定支护结构系统的设计参数和施工对策。施工前的预设计阶段和修正设计阶段

监控设计的主要环节及其包含的工作内容

现场监测:制定监测方案、确定测试内容、选择测试手段、实施监测计划；数据处理：原始数据的整理、明确数据处理的目的、选择处理方法、提出处理结果；信息反馈：反馈方法（理论反馈经验反馈）反馈作用（修正设计指导施工）

监控量测的项目及内容

肉眼观察、岩体力学参数测试、应力应变测试、压力测试、位移测试、温度测试、物理探测 监控量测的目的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、掌握支护结构的工作状态）2指导施工，预报险情（做出工程预报，确定施工对策、监视险情，确保施工安全）3校核理论，完善工程类比方法（为理论解释，数据分析提供计算数据与对比指标、为工程类比提供参数指标）4为隧道工程设计与施工积累资料 反馈信息在设计与施工中的应用

1评价围岩的稳定性2评价围岩达到稳定的标准，确定最终支护时间及仰拱灌筑的时间3调整施工方法与支护时机4调整锚杆的支护系数5调整喷层厚度6调整变形余裕量，修改开挖断面尺寸 求解回归系数的方法

选点法、图解法、平均法、最小二乘法等 隧道预支护的概念、类型及其使用条件

预先设于隧道轮廓线以外一定范围内的支护，或与开挖面后方的支架等共同组成的支护系统。超前锚杆（Ⅳ～Ⅴ级围岩，开挖临空后的数小时内可能剥落或局部坍塌）小导管注浆（Ⅴ级围岩自稳能力低）管棚（Ⅴ、Ⅵ级围岩，无自稳能力，或浅埋隧道及其地面有主要建筑物）