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1.1　研究现状及发展趋势1

1　绪论1

1.2　研究内容和技术路线4

1.2.1　主要研究内容4

1.2.2　技术路线4

1.3　主要成果5

2　煤系地层隧道设计施工所遇到的地质病害特征与处理对策9

2.1　工程地理位置9

2.2　地形、地貌、气象条件9

2.3　工程地质条件9

2.3.1　地层岩性9

2.3.2　地质构造11

2.5.1　采空区12

2.5.3　突水、涌水12

2.5.2　有害气体12

2.4　隧道围岩分类12

2.3.3　水文地质条件12

2.5　煤系地层设计施工所遇到的地质病害特征12

2.5.4　常家山隧道出口端（灵石端）滑坡13

2.6　煤矿采空区特征与处理对策13

2.6.1　煤矿采空区范围确定的依据13

2.6.3　采空区覆岩剖面特征14

2.6.4　采空区垮落带体积估算14

2.6.2　煤矿采空区特征14

2.6.5　隧道路段（k88+800～k89+600）采空区岩体基本特征15

2.6.6　老采空区稳定性和地表沉陷机制16

2.6.7　祁临高速公路隧道采空区段工程地质特征17

2.6.8　祁临高速公路隧道采空区段围岩变形破坏特点18

2.6.9　隧道围岩应力分布特征的分析20

2.6.10　祁临高速公路隧道采空区段围岩稳定性分析与评价31

2.6.11　采空区治理对策38

2.7.4　常家山隧道段煤层瓦斯特点39

2.7.2　影响瓦斯含量的因素39

2.7.3　煤层采空区瓦斯特点39

2.7.1　煤系地层瓦斯的基本特征39

2.7　瓦斯39

2.7.5　瓦斯隧道施工安全措施41

2.8　涌水、突水45

2.8.1　煤矿采空区涌水、突水基本特征45

2.8.2　涌水、突水防治对策45

3　煤系地层隧道支护结构设计47

3.1　煤矿开采特征47

3.1.1　煤矿开采一般特征47

3.1.2　煤矿采空区特征47

3.2　移动变形规律48

3.2.1　采空区地表移动变形规律48

3.2.2　地表移动延续时间48

3.3　煤矿采空区岩体基本特征48

3.3.1　采动破裂岩体结构中的结构面49

3.3.2　采动（破碎）岩石的分类49

3.3.4　采动影响岩体结构分类50

3.3.3　采动破裂岩体结构中的结构体50

3.3.5　采动破碎岩体的孔隙度和碎胀系数51

3.4　隧道支护设计思想与方法51

3.5　常家山隧道支护设计与计算52

3.6　设计、施工概况60

3.6.1　常家山隧道段（k87+000～k93+263.977）初步设计及优化情况60

3.6.3　隧道横断面设计61

3.6.4　衬砌结构设计61

3.6.2　隧道位置设计61

3.6.5　常家山隧道采空区处理62

3.6.6　洞口位置设计62

3.6.7　防排水设计62

3.6.8　路面及内装饰设计62

3.6.9　紧急停车带及安全横通道设计62

3.6.10　检修道设计62

3.6.11　现场监控量测62

3.6.12　施工方案设计63

4.1.1　有限单元法的基本分析过程64

4.1.2　有限元分析的力学模型64

4.1　有限单元法概述64

4　隧道支护设计中围岩变形与破坏分析及预测64

4.1.3　有限元分析软件NCAP-2D程序65

4.2　材料的参数及计算模型66

4.3 Ⅰ类围岩隧道开挖支护分析66

4.4　Ⅱ类围岩隧道开挖支护分析72

4.5　Ⅲ类围岩隧道开挖支护分析78

4.6　Ⅳ类围岩隧道开挖支护分析83

4.7.1　数值模型及其假定86

4.7　采空区隧道开挖支护模拟分析86

4.7.2　采空区位于隧道上方地段的模拟结果87

4.7.3　采空区位于隧道底部94

4.7.4　小结100

4.8　结论100

5　施工及监控技术102

5.1　隧道开挖方法102

5.1.1　公路山岭隧道常用开挖方法102

5.1.2　常家山隧道开挖方案的探讨与选定104

5.2.2　采空区的预报105

5.2　施工期地质预测、预报105

5.2.1　常用的超前预报方法105

5.2.3　瓦斯突出的监测与预报106

5.2.4　涌水、突水的监测与预报107

5.3　控制爆破与安全爆破技术108

5.3.1　爆破分类与影响爆破效果的因素108

5.3.2　常家山隧道爆破方案109

5.4　防排水措施113

5.4.2　初期支护防水114

5.4.1　隧道内外总的防排水措施114

5.4.3　初期支护和二次衬砌之间防排水116

5.4.4　二次衬砌防排水116

5.4.5　防排水系统施工质量控制117

5.4.6　小结118

5.5　施工阶段围岩类别的判定与核实118

5.5.1　概述118

5.5.2　常家山隧道施工阶段核实隧道围岩类别的方法118

5.6.2　测量原则与内容122

5.6.1　监控量测目的122

5.5.3　判定结果122

5.6　施工监控测量122

5.6.3　数据分析结果124

6　隧道塌方处理126

6.1　Lk89+420～Lk89+450段塌方126

6.1.1　概述126

6.1.2　原因分析126

6.1.4　塌方段施工处理127

6.1.5　处理效果127

6.1.3　治理方案的讨论与选定127

6.2　Lk88+676.5～Lk88+740段大变形和塌方128

6.2.1　概述与原因分析128

6.2.2　处治方案129

6.2.3　处治效果130

6.3　Lk88+740～Lk88+802段沉降变形和塌方130

6.3.1　概述130

6.3.2　处治方案130

6.4.1　经验体会131

6.4　小结131

6.4.2　塌方的技术处理措施132

7　煤系地层隧道围岩内地面注浆加固技术133

7.1　注浆法特征133

7.2　注浆材料选择133

7.3　注浆边界范围137

7.4　采空区覆岩注浆法137

7.5　采空区注浆参数试验研究139

7.6　祁临高速公路隧道采空区注浆效果及质量评价146

7.6.1　注浆效果评价146

7.6.2　注浆质量检验内容及标准146

7.6.3　注浆治理工程的质量检验方法及工程质量评述147

7.7　采空区注浆工程优化设计153

7.7.1　施工概述153

7.7.2　工程变更及理由153

7.8　结论与建议156

参考文献159