大跨隧道約束混凝土拱架初期支護(hù)圍巖控制機(jī)制研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，交通隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一個(gè)重要引擎，我國(guó)隧道建設(shè)迎來(lái)了前所未有的大發(fā)展時(shí)期。隨著隧道建設(shè)規(guī)模的迅速發(fā)展，越來(lái)越多隧道需要建設(shè)在高地應(yīng)力、斷層破碎區(qū)等復(fù)雜地質(zhì)條件，同時(shí)雙向八車(chē)道等大跨隧道也越來(lái)越多，而目前尚無(wú)雙向八車(chē)道等大跨隧道設(shè)計(jì)及施工規(guī)范，復(fù)雜條件大跨隧道施工安全問(wèn)題亟需解決。約束混凝土技術(shù)在地上結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，而且在復(fù)雜條件礦山巷道中有了成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，因此本文圍繞復(fù)雜條件大跨隧道約束混凝

2、土圍巖控制機(jī)制，利用模型試驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值試驗(yàn)相結(jié)合方法進(jìn)行了以下研究。
　　(1)大跨隧道雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工過(guò)程高強(qiáng)支護(hù)模型試驗(yàn)研究
　　基于港溝隧道現(xiàn)場(chǎng)工程背景，進(jìn)行了雙側(cè)壁導(dǎo)洞法施工過(guò)程高強(qiáng)支護(hù)模型試驗(yàn)研究，分析了無(wú)支護(hù)和高強(qiáng)支護(hù)兩種條件下，圍巖位移、應(yīng)力演化規(guī)律，支護(hù)構(gòu)件受力特性，揭示了大跨隧道施工過(guò)程中圍巖變形破壞機(jī)制與高強(qiáng)控制機(jī)制。
　　無(wú)支護(hù)條件下圍巖整體位移遠(yuǎn)大于高強(qiáng)支護(hù)，左、右拱頂近點(diǎn)位移分別高出69

3、％、75％，遠(yuǎn)點(diǎn)位移分別高出77.8％、88.6％，小凈距分別高出47.1％、52.4％，說(shuō)明高強(qiáng)支護(hù)對(duì)巖體變形具有良好的控制效果;埋深300m～800m時(shí)，高強(qiáng)支護(hù)隧道拱頂位移比無(wú)支護(hù)條件分別降低了78.1％、78.9％、70.8％、71.2％、72.3％、74.1％，說(shuō)明在一定埋深范圍內(nèi)，高強(qiáng)支護(hù)能夠有效控制圍巖變形。
　　(2)約束混凝土拱架力學(xué)性能大比尺室內(nèi)試驗(yàn)研究
　　通過(guò)改造自主研發(fā)的地下工程約束混凝土拱架大型力

4、學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸約束混凝土拱架進(jìn)行了大比尺室內(nèi)力學(xué)性能試驗(yàn)。結(jié)合數(shù)值試驗(yàn)對(duì)拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應(yīng)力應(yīng)變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　在均布荷載作用下拱架整體變扁平，位移和應(yīng)變最大部位出現(xiàn)在拱頂和兩幫位置;室內(nèi)試驗(yàn)屈服承載力和極限承載力分別為1980.7kN和2370.6kN，數(shù)值試驗(yàn)中拱架屈服承載力為1890.9kN，極限承載能力為2196.6kN，二者具有很好的一致性;拱架受壓彎作用破壞，彎

5、矩作用更加顯著。
　　(3)約束混凝土拱架初期支護(hù)承載特性研究
　　針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸約束混凝土拱架、H型鋼拱架進(jìn)行數(shù)值對(duì)比試驗(yàn)，研究了拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應(yīng)力應(yīng)變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律。同時(shí)分析了拱架截面鋼管邊長(zhǎng)、壁厚、混凝土強(qiáng)度、荷載作用模式對(duì)拱架力學(xué)性能影響規(guī)律，明確了約束混凝土拱架初期承載特性。
　　均布荷載作用下，SQCC180×10拱架相比于H200×200、H200×200-C拱架承載能力

6、提高了81.4％和58.4％，在垂直壓力/水平壓力=1.5"的荷載模式作用下，承載能力提高了128％和72.3％，方鋼約束混凝土拱架相比較于相同含鋼量的型鋼拱架以及考慮混凝土噴層情況的型鋼拱架，承載能力都有明顯提高。同時(shí)，分別研究了鋼管壁厚、邊長(zhǎng)、核心混凝土強(qiáng)度、垂壓比等參數(shù)對(duì)拱架力學(xué)性能的影響規(guī)律，擬合得到各因素自變量與承載力變量方程。
　　(4)大跨隧道約束混凝土拱架高強(qiáng)控制機(jī)制研究
　　開(kāi)展雙側(cè)壁導(dǎo)洞法開(kāi)挖大跨隧道不同

7、支護(hù)方式數(shù)值對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比分析了無(wú)支護(hù)、錨噴支護(hù)、H型鋼拱架+錨噴支護(hù)、方鋼約束混凝土拱架+錨噴支護(hù)支護(hù)四種支護(hù)方式下隧道圍巖變形、塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律，明確了大跨隧道軟弱圍巖約束混凝土高強(qiáng)控制機(jī)制。
　　在圍巖極破碎條件下，約束混凝土拱架相比于H型鋼拱架控制效果最為明顯，尤其在開(kāi)挖第五部分時(shí)，拱頂位移量?jī)H為H型鋼支護(hù)的29.5％。在復(fù)雜條件大跨隧道中，約束混凝土拱架支護(hù)相比H型鋼圍巖控制效果較大程度提高，尤其在軟弱破碎圍巖條件下，支護(hù)