西安地铁浅埋暗挖黄土隧道围岩变形特性及控制技术研究

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1、西安科技大学博士学位论文西安地铁浅埋暗挖黄土隧道围岩变形特性及控制技术研究专业名称：岩土工程作者姓名：郑选荣指导教师：杨更社StudyonDeformationCharacteristicsandControlMeasuresoftheShallowBurriedExcavationintheLoessTunnelofXi’anSubwayDissertationSubmittedtoXi’anUniversityofScienceandTechnologyInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngi

2、neeringBy:ZhengXuan-rongSchoolofArchitectureandCivilEngineeringDissertationDirectedBy:ProfessorYangGengsheApr，2015学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名

3、：日期：学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日论文题目：西安地铁浅埋暗挖黄土隧道围岩变形特性及控制技术研究专业：岩土工程博士生：郑选荣（签名）指导老

4、师：杨更社（签名）摘要西安地铁黄土隧道在采用浅埋暗挖法施工过程中，隧道塌方、路面沉陷等事故时有发生，给城市交通带来较大影响，因此如何安全、快速、经济的进行黄土隧道暗挖施工，是黄土地区地铁建设亟待解决的工程问题之一。本文以西安地铁黄土隧道浅埋暗挖法施工为依托，采用理论分析、室内试验、数值模拟及现场监测相结合的方法对黄土隧道围岩变形特性及控制技术进行了深入研究。（1）运用现场测试方法对黄土隧道施工引起的地层响应规律进行研究。根据监测隧道开挖经过监测断面前、经过中、经过后地层的响应规律，阐明了地层变位与支护参数、地层条件的相互关系；提出了隧道上覆地层在工作面开挖扰动下呈区域性变形的特点，论

5、证了西安地铁黄土隧道浅埋暗挖法施工进行深部地层监测的必要性。结合施工现场围岩变形特点，分析得出黄土隧道围岩变形受土体性质、地下水、地层应力释放率、覆跨比和施工组织管理等因素的影响。（2）采用室内试验方法对隧道工作面黄土的物理力学特性进行了分析。研究得到：黄土的强度受含水率的影响较大，黄土在干湿循环受荷作用下发生的损伤阶段分为干湿循环引起的损伤阶段和干湿循环与荷载共同作用引起的损伤阶段。（3）运用宏观唯象损伤力学和非平衡统计的概念和方法，得到了以干湿循环和含水率为控制因子的黄土损伤本构关系和黄土强度破坏准则。（4）运用FLAC数值模拟方法对黄土隧道围岩变形特性进行了分析，数值计算结果表

6、明：黄土隧道围岩稳定性与黄土的含水率和隧道支护形式有着密切的关系，黄土含水率越高，强度越低，因此施工过程中必须控制好开挖掌子面的含水率。在无超前地层加固条件下，围岩变形及地层沉降较大，容易造成围岩失稳和地表道路损坏；采取超前预加固措施后，围岩变形和地层沉降得到很好的控制，满足规范要求。（5）采用数值模拟对黄土隧道开挖围岩变形控制措施进行研究，全面分析了影响超前预加固设计参数的因素；揭示了超前预加固设计参数与地层参数、支护参数和隧道开挖等的内在关系；论证了超前小导管参数存在最佳值，给出适合西安地铁隧道暗挖施工的超前小导管设计参数；采用袖阀管注浆加固后，提升了土层的抗渗性、抗剪强度和抗压

7、强度，形成了很好的止水效果，保障施工期间隧道的稳定性，论证了袖阀管注浆对黄土地层具有很好的加固作用，应用于处理西安地铁高含水率老黄土地层是可行的，根据现场注浆效果观察、结合经验和数值模拟，确定了合理的注浆范围。（6）针对西安地铁A区间隧道在施工中引起围岩过大变形以及地层沉降过大等问题，采用本课题提出的围岩变形控制技术，对原有方案进行调整。数值模拟和现场监测结果表明，采取调整预加固措施后，围岩变形量较小，地层沉降得到有效控制，能够确保隧道围岩稳定，验证所提控