随着国民经济的高速发展,城市化进程不断加快,特大城市、大城市解决交通问题的主要方法就是发展大容量快速城市轨道交通技术。由于轨道交通项目受环境的限制,出现了大量的大跨度浅埋软弱地质地下工程,超前小导管预支护作为一种经济有效的隧道辅助施工工法,因其施工工艺简单、易于操作、施工安全、见效快、浆液损失少、成本低等优点被应用于许多软弱地质隧道工程。本文以重庆轨道交通5号线回填土隧道为工程背景,通过现场调研、理论分析、室内外试验、监控量测以及数值模拟等方法,对隧道开挖过程中小导管外插角度、环向布设范围和纵向间距等因素对隧道掌子面及围岩稳定性的影响等进行了较为系统的研究。论文主要研究成果如下:(1)分析了回填土的特性,通过室内试验得到了回填土的基本力学参数,根据塑性指数和颗粒级配把回填土归为碎石土,并通过水文地质条件分析对回填土隧道进行分级。提出了依托工程隧道回填土段的处理措施,通过比选得出安全适用、经济合理的超前预支护方案。(2)应用有限元软件MIDAS/GTS NX,考虑回填土的相关性质和参数,对隧道开挖过程及超前小导管预支护进行了数值模拟,得到了隧道掌子面及围岩塑性区范围、隧道围岩竖向位移以及围岩竖向应力的变化规律。通过对比有小导管和两种工况的模拟结果,综合分析超前小导管注浆加固对隧道掌子面及围岩稳定性的影响。(3)通过对影响超前小导管预支护效果的因素进行单一变量的数值计算,分别对各种因素不同工况下的掌子面周边围岩竖向应力、围岩竖向变形以及掌子面和围岩塑性区分布进行对比分析,得出了小导管外插角和环向布设范围的大小对于围岩竖向变形、掌子面及围岩稳定性影响较大,小导管纵向间距的变化对隧道掌子面及围岩的稳定性影响较小的结论。最后对影响超前小导管预支护的各参数进行优化设计,使小导管工法在今后的地下工程中具有更高的经济实用性。(4)对重庆轨道交通5号线5101标回填土隧道进行了现场监测试验,通过分析监测数据,得出了隧道开挖过程中水平收敛、拱顶下沉、地表沉降的变形规律曲线,最后根据监测数据和超前小导管预支护数值模拟计算的结果进行了对比分析,验证了数值模拟值和实际监测值是比较吻合的。