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第1章 绪论1

1.1我国黄土的分布及特征1

1.1.1黄土的定义1

1.1.2黄土的分布1

1.1.3黄土的特征2

1.2黄土隧道建设历史与现状3

1.2.1铁路黄土隧道建设历史3

1.2.2公路黄土隧道建设历史5

1.2.3黄土隧道建设现状8

1.3黄土隧道断面等级和跨度的划分11

1.3.1黄土隧道断面等级划分11

1.3.2黄土隧道跨度分级13

1.4黄土隧道建设技术问题14

1.5郑西高速铁路大断面黄土隧道建设的主要成果16

参考文献19

第2章 黄土隧道围岩工程特性21

2.1物理力学特性21

2.1.1物理力学参数指标21

2.1.2弹性参数统计26

2.2强度特性27

2.2.1抗剪强度28

2.2.2无侧限抗压强度31

2.2.3抗拉强度32

2.3变形特性34

2.3.1固结试验、压缩系数和压缩模量34

2.3.2黄土的三轴压缩和单轴压缩变形性质36

2.3.3现场载荷试验及变形参数37

2.4构造特征40

2.4.1黄土垂直节理发育特征40

2.4.2黄土结构和构造特征对强度的影响41

2.4.3黄土力学性质的各向异性43

2.4.4黄土构造特征对隧道稳定性的影响48

参考文献49

第3章 黄土隧道围岩分级50

3.1影响黄土隧道稳定的因素50

3.2分级指标体系50

3.2.1形成年代对黄土分级的影响52

3.2.2含水率对力学性质的影响52

3.2.3埋深对物性参数的影响54

3.2.4物理力学指标的变异性56

3.3围岩分级56

3.3.1分级思路及分级指标的确定56

3.3.2围岩分级58

参考文献59

第4章 黄土隧道施工地表变形与裂缝规律60

4.1黄土隧道施工变形特征60

4.1.1变形与埋深的关系60

4.1.2变形与工序的关系62

4.1.3地表沉降变形与雨水的关系62

4.1.4变形特征63

4.2施工地表裂缝形成机理64

4.2.1围岩构造特征64

4.2.2各向异性力学性质64

4.2.3施工地表裂缝形成机理65

4.3施工地表裂缝形成规律研究65

4.3.1地表裂缝调查65

4.3.2裂缝规律物理探测71

4.3.3裂缝规律坑探测试72

4.3.4裂缝规律有限元分析74

4.3.5裂缝发展规律离散元分析78

4.3.6裂缝形成规律81

4.4黄土隧道施工地层裂缝规律室内模型试验82

4.4.1模型试验相似比的确定82

4.4.2模型试验装置83

4.4.3模型试验相似材料选择84

4.4.4室内模型试验工况85

4.4.5室内模型试验成果85

4.5地表裂缝对隧道长期稳定性影响90

4.5.1分析模型90

4.5.2计算结果91

4.5.3浸水影响分析92

4.6地表裂缝施工预防控制与处理技术92

4.6.1防止地表裂缝形成的施工控制标准92

4.6.2减少地表裂缝危害性的洞外施工措施92

4.6.3防止地表裂缝形成的洞内施工措施93

4.6.4地表裂缝的处理措施93

参考文献93

第5章 黄土隧道深浅埋分界及设计荷载96

5.1黄土隧道围岩破坏模式96

5.1.1黄土隧道围岩破坏模式调查96

5.1.2黄土隧道围岩破裂角现场调查97

5.2黄土隧道深浅埋界定依据98

5.2.1理论假定98

5.2.2深浅埋界定判据99

5.2.3深浅埋分界深度99

5.3黄土隧道的设计荷载100

5.3.1黄土隧道围岩压力计算理论100

5.3.2黄土隧道围岩压力实测数据分析102

5.3.3理论计算与实测压力对比分析112

5.3.4围岩压力分布形式118

参考文献123

第6章 黄土隧道支护设计124

6.1黄土隧道支护设计原则124

6.2黄土隧道系统锚杆的作用机理分析124

6.2.1浅埋隧道系统锚杆现场试验124

6.2.2深埋隧道系统锚杆现场试验134

6.2.3黄土隧道锚杆作用机理分析141

6.3黄土隧道钢架作用机理分析及效果评价145

6.3.1喷射混凝土早期强度与弹模试验145

6.3.2三维数值模拟及分析147

6.3.3钢架作用机理及评价150

6.4黄土隧道超前支护作用效果分析154

6.4.1小导管作用效果分析154

6.4.2大管棚作用效果分析157

6.5黄土隧道预留变形量分析165

6.5.1Ⅳ级围岩隧道初期支护变形统计165

6.5.2 Ⅴ级围岩隧道初期支护变形统计166

6.5.3 Ⅳ级围岩隧道预留变形量确定167

6.5.4 Ⅴ级围岩隧道预留变形量确定168

6.6黄土隧道二次衬砌受力特征及设计思路168

6.6.1二次衬砌荷载分配比例168

6.6.2弹性抗力系数现场试验确定169

6.6.3黄土隧道二次衬砌设计思路171

6.7黄土隧道合理支护参数173

参考文献174

第7章 黄土隧道施工方法及关键技术176

7.1黄土隧道施工方法概述176

7.2不同工法施工过程的力学特性179

7.2.1双侧壁导坑法力学特性179

7.2.2交叉中隔壁法力学特性183

7.2.3中隔壁法力学特性187

7.2.4预留核心土台阶法力学特性191

7.2.5各种工法力学特性综合评价206

7.3工法适用性分析212

7.3.1双侧壁导坑法分析212

7.3.2交叉中隔壁法分析212

7.3.3中隔壁法分析213

7.3.4预留核心土台阶法分析213

7.3.5各种工法适用性综合评价213

7.4适用工法的关键技术及解决途径214

7.4.1大断面黄土隧道稳定性的技术关键214

7.4.2解决技术关键的原则与方法214

7.4.3适用工法的关键技术215

7.4.4浅埋大断面黄土隧道预留核心土台阶法适用技术参数220

7.5三台阶七步开挖法施工技术221

7.5.1工法简介221

7.5.2施工工艺221

7.5.3工程应用224

7.6变形控制基准与监测方法230

7.6.1大断面黄土隧道变形控制基准230

7.6.2监测方法234

参考文献237

第8章 湿陷性黄土隧道基底处理技术239

8.1基底稳定性评价239

8.1.1黄土的湿陷性239

8.1.2黄土湿陷性评价240

8.1.3黄土隧道的基底稳定性评价241

8.2基底处理方法242

8.2.1基底处理原则242

8.2.2基底处理方法242

8.2.3挤密桩处理技术243

8.2.4树根桩处理技术246

8.3黄土隧道基底稳定性分析249

8.3.1基础稳定性含义及判别依据249

8.3.2现场激振试验251

8.3.3试验结果分析254

8.3.4隧道基底沉降长期稳定性评价255

参考文献258

第9章 黄土隧道下穿构筑物施工技术259

9.1施工基本原则259

9.2地表沉降控制基准261

9.2.1下穿高速公路的沉降控制基准261

9.2.2下穿运营铁路的沉降控制基准261

9.3下穿高速公路施工技术262

9.3.1工程概况262

9.3.2技术试验263

9.3.3技术优化268

9.3.4下穿段应用273

9.3.5道路沉降应急预案275

9.4下穿运营铁路施工技术276

9.4.1工程概况276

9.4.2双层支护台阶法的设计与施工277

9.4.3双层支护台阶法的力学特性280

9.4.4双层支护台阶法适用性及关键技术285

9.4.5轨道加固预案287

参考文献288

第10章 黄土隧道洞口边仰坡稳定性分析及防护技术289

10.1洞口边仰坡防护的必要性289

10.1.1洞口边仰坡防护现状289

10.1.2黄土隧道边仰坡防护的重要性289

10.2黄土隧道洞口边仰坡稳定性分析290

10.2.1黄土边仰坡稳定性的影响因素290

10.2.2黄土边仰坡的破坏模式291

10.2.3黄土洞口边仰坡稳定性分析293

10.3高速铁路黄土隧道洞口边仰坡防护技术297

10.3.1郑西高速铁路黄土隧道洞口边仰坡防护297

10.3.2高速铁路黄土隧道洞口边仰坡防护技术要点304

参考文献306

第11章 黄土隧道建设技术发展方向307