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（1）富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带的稳定性分析及施工技术。针对富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带围岩稳定性影响问题，采用岩土弹塑性理论建立不同断层破碎带夹角、倾角的隧道力学模型，研究了隧道围岩稳定性；提出加强地质预报并采用全断面超前帷幕注浆堵水措施。 （2）富水软弱围岩偏压隧道超前支护施工技术研究。通过有限元软件MIDAS GTS NX建立有无超前支护的隧道出口端力学模型，分析无超前支护和长管棚超前支护工况下隧道围岩稳定性、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律；提出长管棚超前支护能够有效控制富水软弱围岩隧道偏压段的围岩变形。 （3）富水软弱围岩隧道塌方机理及治理措施。通过MIDAS GTS NX GTS NX模拟隧道塌方段围岩稳定性，隧道塌方机理研究表明实际工程中地下水流动降低了围岩强度，较大的施工扰动导致了该次塌方事故；采用了超前管棚支护对塌方段进行注浆加固，确保安全。 （4）岩溶洞穴对富水软弱围岩隧道稳定性影响分析及处治技术。通过MIDAS GTS NX分别建立不同溶洞尺寸的隧道开挖有限元模型，对隧道洞周位移、围岩塑性区及围岩应力进行分析；提出按照动态设计施工原则的处治方案。

1. 采用岩土弹塑性理论建立不同断层破碎带夹角、倾角的隧道三维模型，阐述了富水软弱围岩隧道穿越断层破碎带围岩稳定性力学机理；发明了隧道地基加固装置以及隧道掌子面施工用便携式工作台。 2. 分析了富水软弱围岩偏压隧道超前支护特征并提出长管棚超前支护技术，研发了隧道钢拱架连接钢板定位装置，以及隧道仰拱纵向浇筑用止水带定位吊装装置、隧道U型钢筋混凝土中心排水沟施工模板支撑体系。 3. 探讨了岩溶洞穴对隧道稳定性的影响，揭示了富水软弱围岩偏压隧道塌方机理，提出超前管棚支护及注浆加固措施，发明了隧道拱顶弧形模板加工装置。

结合国家高速铁路、高速公路等领域建设重大需求，中铁十五局集团第五工程有限公司与河南科技大学等联合开展桥梁、隧道项目科学研究，共建了产学研合作模式，完善了培养土木工程类专业学位研究生创新能力的工程实践基地建设。