大断面黄土隧道变形特性及支护机理研究

近年来我国高速铁路及公路工程中修建了大量大断面黄土隧道，揭示大断面黄土隧道变形特征及初支与围岩作用机理，从而采取合理的支护措施和施工方法是目前极需解决的问题。项目以多座铁路及公路大断面黄土隧道为依托，采用理论分析、数值模拟、离心试验等综合方法，开展了大断面黄土隧道施工时空效应分析及支护结构作用机理研究，主要研究内容如下：（1）大断面黄土隧道变形特性；（2）大断面黄土隧道施工过程时空效应分析；（3）大断面黄土隧道系统锚杆作用机理及效果研究；（4）大断面黄土隧道格栅钢架作用机理及适应性研究。 项目收集了大量大断面黄土隧道变形数据，明确了其变形规律，建立大断面黄土隧道施工过程数值模拟计算模型，结合现场监测变形数据，分析了施工过程时空效应。建立了大断面黄土隧道锚杆作用数值计算模型和离心试验模型，阐明了锚杆作用机理，通过大断面黄土隧道有、无系统锚杆现场试验，明确提出大断面黄土隧道应取消系统锚杆。建立了黄土隧道围岩特征曲线和支护特征曲线力学计算模型，分析了格栅拱架 喷射混凝土、型钢拱架 喷射混凝土与围岩作用机理，通过现场对比试验，分析了格栅拱架适应性，提出大断面黄土隧道应采用格栅拱架支护，建立了大断面黄土隧道施工及变形控制体系。研究成果在郑西高速铁路，宝兰客专、武西高速等工程了开展了试验应用，为我国大断面黄土隧道顺利修建提供了重要理论基础和工程借鉴。 项目发表论文7篇，其中EI论文6篇，申请发明专利3项；培养博士生2名，硕士生4名，参加国际学术会议3次，国内学术会议3次；研究成果获得省部级二等奖1次，国家科技进步二等奖1次。 2100433B

以铁路及公路大断面黄土隧道为依托工程，在近年来承担的相关研究项目及已有大量现场试验数据的基础上，采用理论分析、数值模拟、离心试验、室内模型试验等综合方法，开展大断面黄土隧道施工时空效应分析及支护结构作用机理研究。主要内容：研究大断面黄土隧道变形特性、施工过程的时空效应及支护结构力学行为的变化规律，并提出施工过程沉降控制标准；研究浅埋、深埋大断面黄土隧道锚杆的力学性能及其作用效果，提出大断面黄土隧道取消系统锚杆的可行性；研究黄土隧道钢架 喷混凝土的承载力随时间变化规律，型钢钢架与格栅钢架的性能及适用性，以及相应的支护参数；在此基础上，研究提出隧道合理的支护形式及支护参数。研究成果为黄土隧道的设计提供理论基础，为施工中的变形控制提供理论依据和方法。

本书共十章，采用理论分析、室内试验、现场实验、监控量测、数值模拟等研究方法与手段，研究了膨胀性黄土隧道的变形特性及支护技术。第一章介绍了膨胀性黄土概况、工程特性以及膨胀性黄土隧道国内外研究现状；第二章至第四章，分析了膨胀性黄土隧道围岩变形破坏模式、变形原因和变形特征；第五章介绍了几种比较常用的隧道超前地质预报方法；第六章分析了膨胀性黄土隧道沉降特性及其控制技术；第七章分析了膨胀性黄土隧道支护技术；第八章至第九章以小河沟隧道为工程案例分析了膨胀性黄土隧道支护技术及其隧道监控量测技术；第十章简要分析了我国膨胀性黄土隧道建设所面临的问题与发展展望。

1　绪论

1.1　膨胀性黄土概况

1.2　膨胀性黄土的物理力学特性

1.3　膨胀性黄土的工程特性

1.4　膨胀性黄土隧道的研究现状

1.5　膨胀性黄土隧道变形特点

1.6　膨胀性黄土隧道支护方法选择

1.7　膨胀性黄土隧道支护技术研究的任务和意义

2　膨胀性黄土隧道围岩变形

2.1　隧道围岩变形及破坏分析

2.2　围岩破坏模式

2.3　围岩破坏准则

2.4　膨胀性黄土隧道围岩变形特性

3　膨胀性黄土隧道变形原因分析

3.1　水对黄土隧道变形的影响

3.2　围岩特性对黄土隧道变形的影响

3.3　初期支护对黄土隧道变形的影响

3.4　施工工艺对黄土隧道变形的影响

3.5　黄土隧道围岩受力的弹塑性理论解析

4　膨胀性黄土隧道变形特性

4.1　建设期变形破坏的特征

4.2　建设期变形破坏的模式

4.3　建设期变形破坏的危害

4.4　深埋黄土隧道的变形特性

4.5　浅埋黄土隧道的变形特性

5　膨胀性黄土隧道超前地质预报

5.1　常用的超前地质预报分类

5.2　超前地质预报的目的

5.3　超前地质预报包含的主要内容

5.4　超前地质预报存在的主要问题

6　膨胀性黄土隧道沉降及防治

6.1　地表沉降变形理论及预估方法

6.2　隧道沉降的主要因素

6.3　隧道地表沉降控制技术与标准

6.4　施工工艺的优化

6.5　地表沉降规律分析

6.6　地表沉降控制标准

6.7　初期支护

7　膨胀性黄土隧道支护研究

7.1　支护原理分析

7.2　支护与围岩相互作用研究

7.3　膨胀性黄土隧道钢架作用机理分析及效果评价

8　小河沟黄土隧道支护方法

8.1　工程概况

8.2　小河沟隧道施工组织设计研究

8.3　小河沟隧道施工技术选择

8.4　超前支护

8.5　初期支护

8.6　防排水工程

8.7　拱墙二次衬砌

8.8　仰拱及填充

9　小河沟隧道监控量测

9.1　监控量测情况

9.2　监控量测措施

10　我国膨胀性黄土隧道建设发展趋势

10.1　我国膨胀性黄土隧道建设面临的问题

10.2　膨胀性黄土隧道发展趋势及展望 2100433B