黄土地区高速铁路建设中的重大工程地质问题研究（以郑西客运专线为例）

摘要

我国黄土面积约占全国陆地总面积的6.63％，其中湿陷性黄土约占3/4。在黄河中游的陕、甘、青及山西、河南等省，地表几乎完全被黄土所覆盖，连续分布面积达44×104km2，形成了地层连续、厚度大、面积广的黄土高原地貌景观。由于黄土特殊的工程性质(水敏性、大孔性、结构性)，黄土地区的铁路工程建设常常会出现多种工程病害，如路堤的不均匀沉降，高湿度黄土中隧道的塌方和既有线黄土隧道出现拱部裂缝，桩基因负摩擦力作用引起的变形和破坏等多方面的问题，给铁路运营和养护带来了较大的危害。 我国高速铁路(客运专线)建设起步晚，但发展速度很快，郑州至西安铁路客运专线设计时速350km/h，是我国也是世界上在湿陷性黄土地区建设的第一条高速客运专线铁路。沿线黄土分布广泛，约占全线总长度的80％，其中湿陷性黄土区段占全线总长度的65％，自重湿陷性黄土占线路总长度的27％，湿陷程度从轻微(Ⅰ级)到很严重(Ⅳ级)在整个路段均有分布，涵盖了我国湿陷性黄土的全部类型。由于沿线湿陷性黄土的工程性质非常复杂，客运专线对黄土路基、桥梁和隧道的特殊要求以及可供借鉴的研究成果和工程经验不足，因此，以郑西客运专线为例研究黄土地区高速铁路建设中的重大工程地质问题具有极其重要的实践价值和理论意义。论文的总体研究思路、主要研究内容和成果如下： (1)从勘察、设计、施工和检测方面论述了客运专线的技术要求，分析了黄土工程地质的研究进展，提出了通过黄土地区的郑西客运专线需要解决的重大工程地质问题。 (2)按自然地理概况(地理位置、地形地貌、气候与水文、地震)、地层岩性、地质构造和水文地质特征等诸多方面阐释了郑西客运专线黄土区域工程地质环境。 (3)深入进行了郑西客运专线黄土工程地质特性分析与湿陷性评价。总结分析了郑西客运专线沿线黄土的分布特征、物质成分、结构特征及物理力学性质等工程地质特性，通过现场试坑浸水试验研究了黄土的自重湿陷变形特性(发生发展变化规律、自重湿陷量及其沿深度的变化、湿陷土层下限深度、浸水湿陷影响范围)、黄土场地的湿陷类型和等级、因地区土质而异的修正系数β0、黄土的湿陷敏感性及渗透性，在此基础上对郑西客运专线黄土的湿陷性进行了准确评价。 (4)通过湿陷性黄土地基处理措施与改良土路基实体工程的质量检测与评价以及沉降观测试验研究，验证了郑西客运专线湿陷性黄土地基处理措施、填料改良技术与施工工艺的合理性和有效性，按照客专路基工后沉降15mm的标准要求，对路基工后沉降进行了分析评价和预测，为郑西客运专线铺设无碴轨道提供了基础依据。 (5)结合大断面黄土隧道的工程地质特点和重点黄土隧道的工程地质条件及客运专线双线黄土隧道的支护设计参数，对大断面黄土隧道施工方法进行了综合评价，研究了支护结构的适用性及变形控制技术指标。 (6)试验研究分析了湿陷性黄土区桩基负摩擦力、中性点及沉降变形的影响因素、发展变化规律及桩顶附加浸水沉降、土桩相对沉降与负摩擦力、中性点深度的关系，提出了湿陷性黄土地区桩基施工需要关注的重点问题。 (7)分析论述了路基、隧道、桥涵的修建对黄土地质工程环境的影响，研究提出了郑西客运专线黄土地质工程环境保护的对策和措施。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2选题依据与研究意义

1.2.1选题依据

1.2.2研究意义

1.3高速铁路(客运专线)的技术要求

1.3.1高速铁路(客运专线)工程地质勘察的技术要求与标准

1.3.2高速铁路(客运专线)工程设计的技术要求与标准

1.3.3高速铁路(客运专线)工程施工与检测的技术特点

1.4黄土工程地质研究进展

1.4.1黄土的地质特征

1.4.2黄土的工程性质

1.4.3黄土地基工程

1.4.4黄土路基工程

1.4.5黄土隧道工程

1.4.6桩基的负摩擦力研究

1.4.7黄土地质环境保护问题

1.5郑西客运专线通过黄土地区的重大工程地质问题

1.5.1湿陷性黄土地基处理问题

1.5.2黄土填料的改良与压实问题

1.5.3黄土路基工后沉降评估问题

1.5.4大断面黄土隧道变形与控制问题

1.5.5桩基负摩擦力问题

1.6主要研究内容、技术路线、关键技术与创新点

1.6.1主要研究内容

1.6.2技术路线

1.6.3完成的工作量

1.6.4关键技术问题和创新点

第二章郑西客运专线黄土区域工程地质环境

2.1自然地理概况

2.1.1地理位置

2.1.2地形地貌

2.1.3气候与水文

2.1.4地震

2.2地层岩性

2.2.1郑州～渑池段

2.2.2渑池～灵宝段

2.2.3灵宝～西安段

2.3地质构造

2.3.1郑州～渑池段

2.3.2渑池～灵宝段

2.3.3灵宝～西安段

2.4水文地质特征

2.4.1郑州～渑池段

2.4.2渑池～灵宝段

2.4.3灵宝～西安段

2.5区域工程地质环境特征综述

第三章郑西客运专线黄土工程地质特性与湿陷性评价

3.1郑西客运专线黄土的分布特征

3.1.1郑州至渑池段(DK0+000～DK170+800)

3.1.2渑池至灵宝段(DK170+800～DK333+000)

3.1.3灵宝至西安段(DK333+000～DK498+800)

3.2黄土的物质成分

3.2.1黄土的粒度成分

3.2.2黄土的矿物成分

3.2.3黄土的化学成分

3.3黄土的结构特征

3.4黄土的物理力学性质指标综合分析

3.5黄土的湿陷性

3.5.1浸水试验简况

3.5.2黄土的自重湿陷变形特性

3.5.3黄土场地的湿陷类型和等级

3.5.4修正系数β0

3.5.5黄土的湿陷敏感性

3.6黄土的渗透性

3.7郑西客运专线黄土的湿陷性评价

第四章黄土地基处理与路基试验工程

4.1黄土地基处理与路基试验工程设计

4.1.1试验场地工程地质条件

4.1.2黄土地基处理与路基试验工程设计概况

4.2黄土地基质量检测与评价

4.2.1复合地基质量检测指标和标准

4.2.2复合地基质量检测结果评价

4.2.3小结

4.3黄土路基质量检测与评价

4.3.1路基质量检测指标和标准

4.3.2路基质量检测结果评价

4.4黄土试验路基工程沉降观测与分析

4.4.1路基沉降观测

4.4.2路基沉降观测数据分析

4.5路基沉降预测

4.5.1路基沉降预测方法

4.5.2路基沉降预测分析

第五章黄土隧道

5.1大断面黄土隧道的工程地质特点

5.2重点黄土隧道的工程地质条件

5.2.1秦东隧道

5.2.2函谷关隧道

5.2.3贺家庄隧道

5.3客运专线双线黄土隧道的支护设计参数

5.4大断面黄土隧道施工方法简介

5.4.1 CD法

5.4.2 CRD法

5.4.3双侧壁导坑法

5.4.4弧形导坑法

5.5大断面黄土隧道施工方法综合评价

5.5.1不同工法条件下大断面黄土隧道开挖、支护及衬砌阶段现场监控量测数据对比分析

5.5.2大断面黄土隧道施工方法综合评价

5.6支护结构中不同钢架的适用性分析

5.7大断面黄土隧道预留变形量问题研究

第六章黄土桥基

6.1郑西客运专线湿陷性黄土桥基的工程地质特点

6.2桩基浸水试验

6.2.1桩基浸水试验场地工程地质条件简述

6.2.2桩基浸水试验概况

6.3湿陷性黄土中桩基的负摩擦力

6.3.1负摩擦力的含义

6.3.2负摩擦力的性质

6.3.3负摩擦力的发展变化规律

6.3.4最大负摩擦力的确定

6.3.5负摩擦力实测值与规范值的比较分析

6.4湿陷性黄土中桩基的中性点

6.4.1桩基中性点的确定及影响因素

6.4.2中性点的变化特点

6.4.3中性点深度实测值的对比分析

6.5黄土的湿陷性与桩基沉降的关系

6.5.1黄土的湿陷性对桩基沉降的作用

6.5.2浸水引起的桩顶附加沉降发展变化规律

6.5.3浸水后桩周湿陷性黄土沉降对桩顶附加沉降的影响

6.5.4桩顶附加浸水沉降实测值的对比分析

6.5.5桩顶附加浸水沉降、土桩相对沉降与负摩擦力、中性点深度的关系

6.6湿陷性黄土地区桩基施工

第七章黄土地质环境保护

7.1概述

7.2路基修建对黄土地质工程环境的影响及环保措施

7.2.1路基修建对黄土地质工程环境的影响

7.2.2环保措施

7.3隧道修建对黄土地质工程环境的影响及环保措施

7.3.1隧道修建对黄土地质工程环境的影响

7.3.2环保措施

7.4桥涵修建对黄土地质工程环境的影响及环保措施

7.4.1桥涵修建对黄土地质工程环境的影响

7.4.2环保措施

第八章结论与建议

8.1结论

8.2 建议

参考文献

个人简历

读博期间的科研工作及发表论文

致谢