高地应力软岩隧道中型钢与格栅支护适应性现场对比试验研究

发布时间：2018-11-28 18:07

【摘要】：结合正在修建的兰新铁路第二双线LXS 7标存在极高地应力的大梁隧道,系统开展型钢钢架与格栅钢架在高地应力软岩隧道支护中适应性的现场对比试验研究。现场设置型钢钢架支护段与格栅钢架支护段各20 m,通过现场试验及三维数值仿真模拟,对施工过程中的围岩位移、初支钢架应力、围岩 初期支护接触压力进行对比分析,结果表明:(1)在高地应力软岩隧道支护中,型钢钢架对沉降及水平位移的约束作用较强,但支护后期变形呈现台阶式增长趋势,支护设立2个月后仍无明显收敛趋势。相应地,支护结构承受了较大的围岩压力,试验断面围岩 初期支护接触压力最大值为336 kPa,钢架应力较大;二衬施作后围岩变形仍在增加,对二衬结构会有一定影响。(2)格栅钢架属于柔性支护,初期支护设立一周后拱顶累计变形达350 mm,可较好地释放高地应力区围岩应力与变形,但支护内力及变形急剧增加无法收敛。(3)为更好地控制围岩变形,在格栅支护设立一周后增设工字钢套拱作为后期刚性支护,围岩变形曲线呈现明显收敛趋势,洞室变形稳定至446 mm。断面围岩 初期支护接触压力实测最大值为190 kPa,有效地控制支护的变形与格栅应力。(4)试验表明,现场采用"先柔后刚"的支护原则,即先架立格栅后加设套拱对高地应力软岩隧道进行支护,可有效控制软岩大变形及支护内力,结构合理。经济性分析也表明,此支护形式具有较好的经济性,是一种可适用于高地应力软岩隧道的支护结构。
[Abstract]:Combined with the large beam tunnel with extremely high ground stress in the second double track LXS No. 7 of Lanxin Railway under construction, the field comparative test study on the adaptability of steel frame and grid steel frame in the support of soft rock tunnel with high ground stress is carried out systematically. Through field test and 3D numerical simulation, the displacement of surrounding rock, the stress of initial support frame and the contact pressure of initial support of surrounding rock are compared and analyzed by field test and 3D numerical simulation. The results are as follows: (1) in the support of soft rock tunnel with high ground stress, the steel frame has a strong constraint on the settlement and horizontal displacement, but the deformation of the support is increasing step by step in the later stage, and there is no obvious convergence trend after the support is established for 2 months. Accordingly, the supporting structure bears a large surrounding rock pressure, and the maximum value of the initial supporting contact pressure of the test section is 336kPa, steel frame stress. The deformation of surrounding rock is still increasing after the second lining construction, which will have some influence on the second lining structure. (2) the grid steel frame belongs to flexible support, and the cumulative deformation of arch roof reaches 350 mm, after the initial support is set up one week later. The stress and deformation of surrounding rock in high stress zone can be well released, but the sharp increase of supporting force and deformation can not converge. (3) in order to better control the deformation of surrounding rock, after the grid support is set up one week later, the I-shaped steel sleeve arch is added as the later rigid support. The deformation curve of surrounding rock shows an obvious convergent trend, and the deformation of cavern is stable to 446 mm.. The measured maximum value of contact pressure in the initial support of cross-section surrounding rock is 190 kPa, to effectively control the deformation and grid stress of the support. (4) the experimental results show that the support principle of "first soft and then rigid" is adopted in the field. The structure of the soft rock tunnel with high ground stress can be controlled effectively and the internal force of the soft rock can be controlled effectively. The economic analysis also shows that this support form has better economy and is a kind of supporting structure suitable for soft rock tunnel with high ground stress.
【作者单位】： 北京交通大学土木建筑工程学院;中铁二十局集团有限公司;
【基金】：中央高校基本科研业务费专项资助项目(2011JBM274)
【分类号】：U456.3

【参考文献】

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【共引文献】

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6 ;Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion[J];Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering;2010年04期

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本文编号：2363816