挤压型软弱围岩隧道柔性支护变形与承载性能研究
发布时间：2021-07-27 04:26
随着交通基础设施建设的迅猛发展,穿越富水软弱破碎围岩区隧道大量出现,诱发的软岩大变形灾害也越来越多。在建或已建的众多软岩隧道都不同程度地出现了锚杆拉断,钢拱架扭曲破坏,喷射混凝土开裂等大变形灾害,甚至引发隧道坍塌。目前,针对软岩大变形的支护体系并没有统一定论,各类支护形式优劣各异,普遍适用性不强,支护结构单一,无法形成协同变形的整体支护体系:本文以广东大潮高速东溪山隧道工程为依托,基于变形让压的围岩内力释放的指导思想,综合运用调查研究、现场调研、理论分析、数值模拟等方法,对挤压型大变形隧道柔性支护形式开展了系统研究,形成了如下研究成果:（1）基于围岩应力释放理论的柔性支护结构,通过释放围岩应变能,降低围岩内力,优化隧道支护结构受力情况;（2）基于收敛约束法,对比普通支护与柔性支护围岩特征曲线以及围岩支护特征曲线,分析柔性支护结构受力特征;（3）基于数值分析结果,对比围岩变形、应力,初期支护拱架内力,锚杆内力计算结果,分析柔性支护下围岩与支护结构的变形受力特点;（4）综合数值分析以及试验结果,对柔性支护结构受力和变形情况进行综合考虑,分析柔性支护对于依托工程的可行性。
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型围岩松散变形曲线
西安建筑科技大学硕士学位论文7G.Anagnostou和L.Cantiei[26]指出实现屈服控制支护的方式有两种：一种是在刚性支护的背后填充可压缩柔性层，这种方案在盾构或TBM开挖支护中较为适用；另一种方式采用可滑动钢架和喷射混凝土的组合，可当滑动钢架变形道预设值后再喷射混凝土，也可立钢架后立即喷射混凝土，并同时在钢架滑动结构位置的混凝土处插入“衬砌应力控制器”，或“高压缩混凝土”，以便与混凝土同步压缩变形，这种屈服控制型支护已经在Alpine隧道、Galgenberg隧道、Semmering导洞隧道、SaintMartin-LaPorte链接通道等隧道广泛使用。BerndMoritz[28]等提出了一种衬砌压力控制器（LSC）如下图1.2所示，通过在初期支护中施加衬砌压力控制器，实现初期支护的让压，降低围岩对支护的作用力，以应对软岩大变形。图1.2围岩衬砌压力控制器国内的隧道建设在柔性支护方面也进行了一定的探索，在实际工程中进行了大量的尝试，设计出了多种柔性支护结构，很大程度上解决了各种地质条件下的软岩大变形问题孙钧[28]根据改进联合支护理论，提出了锚喷弧板支护理论，该理论认为隧道软弱围岩需要首先释放围岩压力，当围岩压力释放到一定程度时采用及时强支护手段控制围岩变形，以控制围岩向临空面发生位移，以此建立采用高标号和高强度钢筋混凝土弧板的先柔后刚的刚性联合支护形式。庞建勇[30]设计了隧道钢筋网壳喷层衬砌结构，通过设置可缩性柔性接头，有效降低了围岩内力，有效改善了支护结构受力情况。王树仁[31]邓提出了刚隙柔层支护结构，通过在初期支护与二次衬砌之间设置一层柔性层，以释放围岩应力，保护二衬安全，但是却无法保护初期支护的安全，
西安建筑科技大学硕士学位论文8且初期支护并没有设定吸能构件释放围岩应变能。陈卫忠[32]等研究在王树仁等研究结果的基础上，在初期支护与二次衬砌之间的刚隙中填充了具有一定吸能和变形效能的泡沫混凝土，有效吸收了围岩应变能，降低了隧道二次衬砌内力，保护了避免出现二衬开裂等隧道病害。王建宇[33]等介绍了挤压性变形围岩支护技术的可让原则，从围岩支护特征曲线与围岩特征曲线理论讨论了柔性支护的可行性，并给出了施工关键技术要点。李术才等[34]借鉴了现代高层建筑中较为常用的框架-核心筒结构（Core-Tube），提出了钢格栅钢管混凝土核心筒新型支护体系如下图1.3所示。钢格栅框架具有柔性变形能力，在荷载作用下，格栅与围岩协调变形，有效缓解应力集中、长期流变及突发变形，随着荷载的提高，钢格栅节点受力逐渐向核心钢管转移，直至荷载完全由核心混凝土钢管承担。图1.3格栅-钢管混凝土核心筒柔性支护汪波[35]等从围岩变性能合利释放、进而优化支护结构受力的思想出发，提出先及时强支护而后进行让压的支护新型设计理念，并依据该设计理念提出基于让压锚杆+可缩性钢拱架+带变形槽或让压控制器的喷射混凝土组成的让压支护系统。仇文革[36]等研发出一种与普通钢架、喷射混凝土共同工作的“限制支护阻力阻尼器”如图1.4所示，利用低碳钢钢板的较好的屈服变形能力和峰后参与承载能力，通过在受力过程中竖向港边的弯曲塑性变形，实现限制结构内力、释放围岩压力的目的。图1.4限制支护阻力阻尼器
本文编号：3305074
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型围岩松散变形曲线
西安建筑科技大学硕士学位论文7G.Anagnostou和L.Cantiei[26]指出实现屈服控制支护的方式有两种：一种是在刚性支护的背后填充可压缩柔性层，这种方案在盾构或TBM开挖支护中较为适用；另一种方式采用可滑动钢架和喷射混凝土的组合，可当滑动钢架变形道预设值后再喷射混凝土，也可立钢架后立即喷射混凝土，并同时在钢架滑动结构位置的混凝土处插入“衬砌应力控制器”，或“高压缩混凝土”，以便与混凝土同步压缩变形，这种屈服控制型支护已经在Alpine隧道、Galgenberg隧道、Semmering导洞隧道、SaintMartin-LaPorte链接通道等隧道广泛使用。BerndMoritz[28]等提出了一种衬砌压力控制器（LSC）如下图1.2所示，通过在初期支护中施加衬砌压力控制器，实现初期支护的让压，降低围岩对支护的作用力，以应对软岩大变形。图1.2围岩衬砌压力控制器国内的隧道建设在柔性支护方面也进行了一定的探索，在实际工程中进行了大量的尝试，设计出了多种柔性支护结构，很大程度上解决了各种地质条件下的软岩大变形问题孙钧[28]根据改进联合支护理论，提出了锚喷弧板支护理论，该理论认为隧道软弱围岩需要首先释放围岩压力，当围岩压力释放到一定程度时采用及时强支护手段控制围岩变形，以控制围岩向临空面发生位移，以此建立采用高标号和高强度钢筋混凝土弧板的先柔后刚的刚性联合支护形式。庞建勇[30]设计了隧道钢筋网壳喷层衬砌结构，通过设置可缩性柔性接头，有效降低了围岩内力，有效改善了支护结构受力情况。王树仁[31]邓提出了刚隙柔层支护结构，通过在初期支护与二次衬砌之间设置一层柔性层，以释放围岩应力，保护二衬安全，但是却无法保护初期支护的安全，
西安建筑科技大学硕士学位论文8且初期支护并没有设定吸能构件释放围岩应变能。陈卫忠[32]等研究在王树仁等研究结果的基础上，在初期支护与二次衬砌之间的刚隙中填充了具有一定吸能和变形效能的泡沫混凝土，有效吸收了围岩应变能，降低了隧道二次衬砌内力，保护了避免出现二衬开裂等隧道病害。王建宇[33]等介绍了挤压性变形围岩支护技术的可让原则，从围岩支护特征曲线与围岩特征曲线理论讨论了柔性支护的可行性，并给出了施工关键技术要点。李术才等[34]借鉴了现代高层建筑中较为常用的框架-核心筒结构（Core-Tube），提出了钢格栅钢管混凝土核心筒新型支护体系如下图1.3所示。钢格栅框架具有柔性变形能力，在荷载作用下，格栅与围岩协调变形，有效缓解应力集中、长期流变及突发变形，随着荷载的提高，钢格栅节点受力逐渐向核心钢管转移，直至荷载完全由核心混凝土钢管承担。图1.3格栅-钢管混凝土核心筒柔性支护汪波[35]等从围岩变性能合利释放、进而优化支护结构受力的思想出发，提出先及时强支护而后进行让压的支护新型设计理念，并依据该设计理念提出基于让压锚杆+可缩性钢拱架+带变形槽或让压控制器的喷射混凝土组成的让压支护系统。仇文革[36]等研发出一种与普通钢架、喷射混凝土共同工作的“限制支护阻力阻尼器”如图1.4所示，利用低碳钢钢板的较好的屈服变形能力和峰后参与承载能力，通过在受力过程中竖向港边的弯曲塑性变形，实现限制结构内力、释放围岩压力的目的。图1.4限制支护阻力阻尼器
本文编号：3305074
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