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随着我国经济的发展,公路隧道以及城市地铁隧道的开发数量飞速增长。其中,浅埋黏土隧道的施工受地质条件的影响较大,当围岩软弱,自稳能力较差,依靠围岩自身的承载能力通常不能满足工程对安全性的要求,从而导致隧道的坍塌破坏,影响施工进度,甚至会造成人员伤亡,因此,需要采用预支护的方法提高隧道围岩的稳定性。小导管注浆技术是工程实际中应用较多的一种超前预支护形式,具有较好的经济性和灵活性,还具备锚杆、注浆等加固作用,适用于复杂地质条件下的隧道开挖,拥有良好的围岩加固效果。为了研究不同布置形式的注浆小导管对浅埋隧道变形机制、沉降及稳定性的影响,进行以下工作:(1)运用Acutronic 661型离心机模拟七种注浆小导管预支护工况下的单孔圆形隧道,采用树脂合成材料模拟注浆小导管,利用位移传感器及数字图像处理技术对地层运动信息进行采集。通过对试验结果的观察分析发现,拱腰是注浆小导管支护的的关键区域,随着拱顶支护范围向拱腰扩大,支护末端的楔形滑动区域向下转移,并表现为拱脚回弹;随着支护范围的增大,隧道的稳定性提高;环形支护区范围相同时,注浆小导管的布置形式是影响地表沉降的关键因素;稳定性系数由大到小进行排序,依次为FP5、FP8、FP6、FP2、FP4、FP3、FP7。(2)采用解析解法对未加固隧道和离心试验中的七种支护工况进行分析研究,假设土体沉降槽曲线为理想的高斯曲线,以此建立拱顶上侧土体单元的应力平衡方程,计算出不同体积损失率下隧道的临界坍塌支撑力σ_t,并计算出体积损失率为10%时隧道的稳定性系数。结果表明,该方法适用于对拱腰以上区域进行支护的方案,稳定性系数由大到小排序依次为FP8、FP2、FP4、FP3、FP7,与离心试验结果保持一致。(3)采用ABAQUS有限元分析软件对隧道进行建模分析,并采用强度折减系数法计算隧道的稳定性系数。结果表明,对拱腰附近进行支护时,隧道两侧产生明显的塑性滑移面;塑性区域随支护范围的增加逐渐减小,并向拱脚转移,深部土体开始承载;有效支护区域是影响支护效果的关键,相同的支护范围,双侧支护的效果更好,对拱顶及拱底不采取支护有利于减小地表沉降;稳定性系数由大到小依次为FP5、FP6、FP8、FP2、FP4、FP3、FP7,与离心试验结果基本一致;结合以上结论提出一种优化的小导管支护方案,对隧道拱腰两侧圆心角为(α+β)的环形区域进行加固,其中α≦60°,β≦45°,且α﹥β。