地下工程施工复习题崔光耀-2016.doc

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地下工程施工复习题

1. 简述地下工程施工方法分类，并说明每种工法的特点和使用条件？

施工方法分类：
大分类
小分类
细分类

明挖法
基坑开挖法

盖挖法
逆筑法
顺筑法
沉管法

暗挖法
钻爆法
矿山法
一般矿山法
浅埋矿山法

非钻爆法
盾构法
盾构掘进机法
掘进机法
顶进法

特点和适用条件：
■ 明挖法是从地表面向下，在预定位置修筑结构物方法的总称。它是一种用垂直开挖方式修建隧道的方法（对应于水平方向掘进隧道而言。在城市地下工程中，获得了广泛的应用。
■ 明挖法的适用条件：平坦地形，埋深小于30m的场合，具体为：潜埋的地下铁道工程中：在水底隧道两端河岸段，东门入口附近等，均常采用此法。
■ 矿山法，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，分为一般矿山法和浅埋矿山法，其中，按其开挖断面大小和位置，又分为全断面、台阶、分部开挖3种。与一般矿山法相比，浅埋矿山法主要应用于因围岩埋深浅，围岩自稳（强度和刚度）能力不足的场合，常常需要控制对地表及地中环境影响进行控制，因此，它通常需要采用分部开挖和辅助工法，与对盾构法相比，在较短的开挖地段使用，也很经济；与明挖法比较，可以极大地减轻对地面交通和商业活动的影响，避免大量拆迁。
■ 盾构法与掘进机法可以统称为TBM工法，他们均为在壳体保护下用机械切削刀具进行全断面隧道开挖方法，一般来说，掘进机法主要应用于岩质隧道，而盾构法应用于软土隧道，且需要维持工作面压力平衡（抵抗土压、水压），一边开挖一边支护的场合；采用盾构法修筑隧道对环境的影响小。

2. 地下工程选择施工方法主要考虑的因素是什么？如在城市修建地下铁道，已知地质条件为自稳性较好的粘沙土，地下水位为-2m，埋深18m，地面道路60m，可以部分中断交通。试问采用明挖法，怎样选择其施工工法？

主要考虑的因素：
■ 施工条件；最基本的因素（施工队伍的能力、素质、管理水平）
■ 围岩条件；最重要的因素（围岩级别、地下水、不良地质）
■ 隧道横断面积；（尺寸、形状）
■ 埋深；（深埋、浅埋）
■ 工期
■ 环境条件；（爆破震动、地表下沉、噪声、地下水变迁）
■ 生产条件；（材料、运输、医疗、生活、水电）

选择施工工法（说明理由，必要时可画施工图，施工组织）

在城市修建地下铁道，由于地质条件为自稳性较好的粘砂土，地下水位为-2m, 埋深18m，地面道路60m，可以部分中断交通。这种条件下采用地下连续墙和盖挖法施工。原因是：
地下水位较高，若采用施工降水修建地下连续墙作为围护结构，地下连续墙地质水作用较好，若采用半幅施工方式，能满足部分中断交通的要求。其埋置深度和自稳性较好的粘砂土都是地下连续墙工法能满足的。

3. 简述隧道光面爆破的破岩机理，并说明掏槽眼和周边眼的作用？

光面爆破的破岩机理：
爆破时产生的冲击波和高温高压气体作用在岩壁上，炮眼周围的岩石受到强烈的压缩而破碎，粉碎圈以外的岩石在压缩波的作用下产生径向裂缝，当压缩波传到自由面时，因弹性的释放又以拉伸波的形式向反方向传播，此二拉伸波在其传播过程中把岩石拉成切向裂缝，将岩体拉成岩块，剩余气体的压力把岩块从岩体抛掷出去，形成相互作用的爆破漏斗。
当爆破参数选取合理，采用弱装药结构，合理选择周边眼的密集系数（即周边眼间隔E和最小抵抗线W之比），将形成连续的光滑壁面。

掏槽眼的含意和作用：
■ 开挖断面中部，最先起爆的炮眼，为其他炮眼爆破创造条件
■ 隧道爆破开挖成败的关键是掏槽技术。掏槽的成功与否直接影响爆破效果，直接影响隧道掘进的循环进尺。
■ 隧道（或导坑）开挖时，只有一个临空面，为给其在开挖面上炸出一个槽子的过程就叫做掏槽，这个槽子内的炮眼就叫做掏槽炮眼。

周边眼的含意和作用：
周边轮廓线上的炮眼，在光面爆破中，使周边眼最后起爆，形成开挖相对完整的轮廓；而在预裂爆破周边眼则是最先起爆，爆破能精确地沿周边眼连线形成断裂面，把设计要求爆除的部分崩落下来，而使围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。

4. 什么叫盾构机和TBM？TBM和盾构有什么区别？简述其施工的主要条件和关键工序？

TBM是岩石隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）的英文缩写，是利用岩土隧道掘进机在岩石地层中进行全断面暗挖隧道的一种施工方法，通常是利用回转刀盘又借助推进装置的作用力从而是刀盘上的滚刀切割（或破碎）岩面，以达到破岩开挖隧道（洞）的目的。
一般来说，掘进机法主要应用于岩质隧道，而盾构法应用于软土隧道，且需要维持工作面压力平衡（抵抗土压、水压），一边开挖一边支护的场合；采用盾构法修筑隧道对环境影响较小。
盾构隧道的关键工序：盾构的始发和到达，根据围岩条件，保证工作面的稳定，适当地调整千斤顶的行程和推力，沿锁定路线的方向准确地进行掘进。

5. 地下工程施工中为什么要使用辅助工法？在什么条件下才使用辅助工法？试分析在浅埋得破碎围岩中开挖隧道，哪些辅助工法是适用的？

为什么要采用辅助工法：
在隧道施工，如果围岩不能自稳，施工时不可能的，辅助工法就是控制隧道开挖施工引起的围岩（包括掌子面）稳定性问题而采取的一种辅助性的施工工法。

在什么条件下才使用辅助工法：
辅助工法的选择，应充分掌握辅助工法的特征的基础上，视周边的环境条件，控制围岩松弛，稳定围岩和掌子面，根据其功能的不同考虑施工性、经济性等进行选择。主要根据以下特性选择：
1、提高构件的弯曲刚度支持围岩的（超前支护、短管棚等）；
2、改良围岩的（注浆等）；
3、发挥锚杆作用的（斜锚杆、正面，锚杆等）；
4、喷混凝土加强的等。

分析浅埋破碎围岩中开挖隧道辅助工法的选择：
浅埋破碎围岩中开挖隧道，其特征是控制围岩松弛引起地面下沉和稳定围岩和掌子面，可选择地面注浆改良围岩和超前支护、短管棚等辅助工法。

6. 沉管隧道管段制作有哪些类型？沉管法施工包括哪些主要施工内容？要注意哪些环境保护问题？

哪些类型？
钢壳方式：不需要修建胡的船务，用浮在水面上的钢壳箱体作为制造管段。
干船坞方式：在干船坞内制造箱体，而后浮运、沉放的方式。

主要施工内容:
主要施工内容有三部分，即沉管部分 引道部分 通风井部分
沉管部分的施工主要内容包括：在水底预先哇好沟槽，吧在陆地上特殊产地预制的适当长度的管段，浮运到沉放现场，顺序地沉放到沟槽中并进行水下连接，然后回填覆盖。
引道部分的施工和明挖施工的方法累世。
通风井部分是高耸建筑，主要有沉井施工、脚手架、钢筋绑扎、模注混凝土等。

环境保护问题:
主要的环境保护有下列3方面的问题：
对水道的影响：所有的沉管隧道窑穿过水道，特别是河口或狭窄的海峡。这种水道通畅有复杂的自然特点，如水流、潮汐、海洋生物分布、平面醒转、沉积物的迁移，冲刷和沉积的特点。

对地下水状况的影响：两个目的——引道开挖和建造隧道管段的干坞，沉管隧道施工一般包括大规模的降低地下水。

对开挖材料的处理：施工总是大量的挖泥作业，一般需要大型的干燥坑道作为引道机构。在工程中一直重复使用挖泥材料时，需要处理大量材料。

7. 下列施工图属于什么工法？图形中间连根线表示的是什么？并说明在施工中的作用？

属于的工法为：
中隔壁法，又称为CRD工法。

中间线条表示为：
中间竖线表示中隔壁，通常用钢支撑（和喷混凝土）支护。而中间横线表示临时仰拱封闭断面。
在施工中的作用为：
中隔壁将隧道分成左右两部分开挖；而采用临时仰拱封闭断面，可以保证分部开挖断面围岩及支护稳定，特别是有利于控制地表变形较小。

8. 地下施工中说明条件下使用辅助工法？如在地下水丰富的条件下开挖隧道，应该采用哪些辅助工法？

在什么条件下才使用辅助工法？
在隧道施工，如果围岩不能自稳，施工时不可能的，辅助工法就是控制隧道开挖施工引起的围岩（包括掌子面）稳定性问题而采取的一种辅助性的施工工法。辅助工法的选择，应充分掌握辅助工法的特征的基础上，视周边的环境条件，控制围岩松弛，稳定围岩和掌子面，根据其功能的不同考虑施工性、经济性等进行选择。主要根据以下特性选择：
1、提高构件的弯曲刚度支持围岩的（超前支护、短管棚等）；
2、改良围岩的（注浆等）；
3、发挥锚杆作用的（斜锚杆、正面，锚杆等）；
4、喷混凝土加强的等。

分析地下水丰富的条件下开挖隧道辅助工法的选择：
地下水丰富的条件下开挖隧道，其特征是防止地下水涌出，导致胃炎松弛引起地面下沉和掌子面不稳定，可选择注浆堵水、降水、钻孔或泄水洞引离地下水等辅助方法，为了稳定掌子面。可采用超前支护、短管棚等辅助工法。

9.、地下工程选择施工方法主要考虑的因素是什么？如修建一单线铁路隧道，已知地质条件为完整性较好的Ⅲ级围岩，无地下水，埋深大于30m，试问选择什么施工工法？画出其施工工序断面图，怎么组织施工？

主要考虑的因素：
■ 施工条件；最基本的因素（施工队伍的能力、素质、管理水平）
■ 围岩条件；最重要的因素（围岩级别、地下水、不良地质）
■ 隧道横断面积；（尺寸、形状）
■ 埋深；（深埋、浅埋）
■ 工期
■ 环境条件；（爆破震动、地表下沉、噪声、地下水变迁）
■ 生产条件；（材料、运输、医疗、生活、水电）

选择施工工法，施工工序断面图：
1、采用钻爆法中的新奥法施工工法，可选择全断面或长台阶法开挖。
2、

全断面 长台阶

施工组织：
● 施工准备
● 拟定施工计划及主要施工方案
● 确定施工准备工作计划
● 编制施工总进度和季（月）计划
● 按工期确定劳动力计划
● 计算资源需要量计划
● 涉及施工总平面图
● 明确主要施工技术措施
● 制定质量、安全、节约的技术措施
● 达到的技术经济指标

10、简述隧道工程中支护的作用，并解释锚喷支护的作用机理？

支护的作用：
■ 保持坑道断面的使用净空；
■ 防止岩体质量的进一步恶化；
■ 承受可能出现的各种荷载；
■ 使坑道支护体系有足够的安全度。
锚喷支护的作用机理：
● 锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的一种支护形式。可以根据围岩的稳定性情况，采用锚喷支护中的一种或集中结构的组合。实践证明，锚喷支护优于较传统的现浇混凝土衬砌。
● 锚喷支护是一种符合岩体力学原理的主动支护方法，具有良好的物理力学性能。它能及时支护和加固围岩，与围岩密贴，封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效地发挥和利用岩块间的镶嵌、咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自承载能力和整体性。由于锚喷支护结构柔性好，所以他能同围岩共同变形，构成一个共同的承载体系。在变形过程中，它能调整围岩压力，抑制围岩变形的发展，避免岩体坍塌的产生，防止过大的松动压力出现。锚喷支护技术不再把外延仅仅视为荷载（松散压力），同时还把它视为处在的组成部分。锚喷支护结构承受荷载的性质也变为承受围岩的形变压力。

11.盾构有哪些类型？其基本组成有哪几部分？试说明在选择盾构施工的主要条件和采用盾构施工的关键工序？

类型：
■ 全敞开式：手掘式，半机械式，机械式
■ 半敞开式：挤压式
■ 密封式：泥水式、土压式
基本组成：
主要由刀盘、刀盘支撑和切削刀头构成。

选择盾构施工的主要条件：
选择盾构机时，必须综合考虑，以获得经济、安全、可靠的施工方法。盾构机机型是工程成功与否的重要因素，选择时，必须主义以下几点：
① 适用于本工程围岩的机型；
② 可以合理使用的辅助施工方法；
③ 满足本工程施工长度和线型的要求；
④ 后续设备、始发基地等施工设备能与盾构机的开挖能力配套；
⑤ 工作环境。

关键工序：
盾构机的始发和到达，本剧围岩条件，保证工作面的稳定，适当地调整千斤顶的行程和推力，沿所定路线方向准确地进行掘进。

12. 沉管法施工有什么特点？
沉管隧道与其他横断水路的隧道相比，主要有如下特点：
1、 能够设置在只要不妨碍通航的深度下，隧道全长可以缩短；
2、 管段是预制的，质量好，水密性高；
3、 固有福利作用在隧道上，视比重小，要求地层承载力不大；
4、 断面形状无特殊限制，可按用途选择，适应较宽断面形式；
5、 沉管的沉放，可在1～3日内完成，对航运的限制较小；
6、 不需要压缩空气作业，在相当水深的条件下，能安全施工；
7、 采用预制方式施工，效率高，工期短。

13. 解释光面爆破、掏槽眼、扩槽眼和周边眼的含意和作用？

光面爆破的含意和作用：
■ 分为两类，即光面爆破和预裂爆破。光面爆破和预裂爆破技术的产生，是出于降低施工费用的经济上的考虑。通称为光面爆破技术，具有改善隧道围岩稳定状况，改善支护结构物的受力状况，确保施工安全，延长使用年限等方面有更重大的意义。
■ 光面爆破时一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破方法。
■ 预裂爆破则是周边眼最先起爆。线装药密度要适当地比光面爆破大，周边眼间距适当小，周边跟的最小抵抗线相比要小。爆破能精确地沿周边眼连线形成断裂面，把设计要求爆除的部分崩落下来，而使围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。
掏槽眼的含意和作用：
■ 开挖断面中部，最先起爆的炮眼，为其他炮眼爆破创造条件
■ 隧道爆破开挖成败的关键是掏槽技术。掏槽的成功与否直接影响爆破效果，直接影响隧道掘进的循环进尺。
■ 隧道（或导坑）开挖时，只有一个临空面，为给其在开挖面上炸出一个槽子的过程就叫做掏槽，这个槽子内的炮眼就叫做掏槽炮眼。
扩槽眼的含意和作用：
■ 随掏槽眼之后爆破的一部分炮眼。
周边眼的含意和作用：
■ 周边轮廓线上的炮眼，在光面爆破中，使周边眼最后起爆，形成开挖相对完整的轮廓；而在预裂爆破周边眼则是最先起爆，爆破能精确地沿周边眼连线形成断裂面，把设计要求爆除的部分崩落下来，而使围岩稳定性不因爆破而遭到明显的破坏。

14. 什么叫NATM？简述其主要施工技术手段和核心内容？

NATM为:
新奥法—即奥地利隧道施工法（New Austrian Tunnelling Method）奥地利隧道工程师腊布希维兹首先提出。
主要的施工技术手段:
以控制爆破（光面、欲裂爆破等）为开挖方式；以喷射混凝土和锚杆作为主要的支护手段，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工的一种隧道施工法。
核心内容：
其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。围岩是承载的主体，结构是安全的储备。

15. NATM施工法和传统矿山法有什么不同？NATM施工法包含了哪几样主要施工技术？
新奥发与传统矿山法比较，不仅是手段上的不同，更重要是工程概念不同，时人们对地下工程问题的进一步认识和理解。新奥发技术的应用和发展，导致隧道及地下工程理论不如到现代理论的新领域。
以控制爆破（光面、预裂爆破等）为开挖方法；以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过检测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工的一种施工工法。其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。围岩是承载的主体，结构是安全储备。

16.盾构有哪些类型？土压式平衡盾构的工作机理如何？试说明施工中盾构机选型的依据是什么？

类型：
■ 全敞开式：手掘式，半机械式，机械式
■ 土半敞开式：挤压式
■ 密封式：泥水式、土压式

土压式平衡盾构的工作原理：
开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及螺旋输送机组成。土压平衡盾构就是将刀盘开挖下来的土砂填满土仓室，通过装在切削刀盘后面及隔板的搅拌臂使土仓室内土砂强制混合，借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，刀盘切削下来的土渣量与旋转输送机向外输送量相平衡，维持土仓内压力稳定在预定的范围内。土仓内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证一定的土压力，可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速。当土仓内的土压力大于地层土和水压力时，地表将会隆起；当土仓内的土压力小于地层土和水压力时，地表将沉陷。

选型依据：
● 盾构设计选型的主要依据取决于如下几个因素：渣土的粘合系数，渗透系数。
● 盾构选型设计的一个重要依据，是渣土的渗透系数，按照盾构设计的理论，渣土的渗透系数在10~7m/s以上，需要采用泥水式盾构才能保证开挖时对水的控制，维持地层水的稳定，保证施工时对地面建筑影响最小，而在此数值以下，采用土压平衡式盾构才是可靠的。

17、什么叫地下工程预加固法？ 有些什么种类？并简述每一种内的加固机理？
在隧道开挖和支护时，把主要使掌子面稳定的任何手段，都统称为“辅助工法”。而隧道预加固法，作为“辅助工法”的主要组成部分，已经越来越多的受到广泛的关注，并且成为钻爆法焕发青春的强劲动力。
预加固法多数是在隧道开外之前实施的，以图稳定的围岩和掌子面，根据其功能的不同，可以分为以下几种：
● 提高构件的弯曲刚度支持围岩的（超前支护、短管棚等）
● 改良围岩的（注浆等）；
● 发挥锚杆作用的（斜锚杆、正面锚杆等）
● 喷混凝土加强等
辅助工法的选择，应该在充分掌握辅助工法的特征的基础上，考虑施工性、经济性等进行选择。同时，视周边的环境条件，需极力控制围岩松动时，更需要慎重选择

18、简述泥水加压盾构和土压平衡盾构的优缺点及适用范围。
1．泥水加压盾构
优点：开挖工作面保持稳定，水土不能涌入；实现了管道连续出土，效率高，工人劳动强度低；应用面广；泥水可回收，节约成本。
缺点：设备安装复杂，工序较多。
适用范围：广泛应用于各种用途的隧道工程中。
2．土压平衡盾构
优点：开挖工作面保持稳定，水土不能涌入。实现了管道连续出土，效率高，工人劳动强度低；不需泥水处理设备。
缺点：设备相对较少，工序相对简单。
适用范围：含水饱和软弱地层中施工。

19、什么叫做垭口？越岭隧道垭口位置比选时应考虑的原则有哪些？
1、当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处，称之为垭口。
2、① 优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，此时垭口在两侧具备有良好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。
② 虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件，又不损失越岭高程的垭口。
③ 隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接近处。
④ 工程地质和水文地质条件良好的垭口。
经隧道长度、施工难度、运营条件等综合比选多个方案，最后确定最佳方案。

20、简述隧道洞口位置选择的一般原则和要求。
1、洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方；
2、洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；
3、洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不致受到偏侧压力；
4、当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上。
5、为洞口稳定和安全,边坡及仰坡均不宜开挖过高, 不使新开出的暴露面太大。
6、若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，设置桥涵净空不宜太小，以免后患。
7、若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面；
8、洞口以外应当留有生产活动的场所。

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