大跨隧道約束混凝土拱架初期支護圍巖控制機制研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟發(fā)展的需要，交通隧道等基礎設施建設成為引領經(jīng)濟發(fā)展的又一個重要引擎，我國隧道建設迎來了前所未有的大發(fā)展時期。隨著隧道建設規(guī)模的迅速發(fā)展，越來越多隧道需要建設在高地應力、斷層破碎區(qū)等復雜地質(zhì)條件，同時雙向八車道等大跨隧道也越來越多，而目前尚無雙向八車道等大跨隧道設計及施工規(guī)范，復雜條件大跨隧道施工安全問題亟需解決。約束混凝土技術在地上結(jié)構(gòu)中應用廣泛，而且在復雜條件礦山巷道中有了成功應用經(jīng)驗，因此本文圍繞復雜條件大跨隧道約束混凝

2、土圍巖控制機制，利用模型試驗、室內(nèi)試驗、數(shù)值試驗相結(jié)合方法進行了以下研究。
　　(1)大跨隧道雙側(cè)壁導洞法施工過程高強支護模型試驗研究
　　基于港溝隧道現(xiàn)場工程背景，進行了雙側(cè)壁導洞法施工過程高強支護模型試驗研究，分析了無支護和高強支護兩種條件下，圍巖位移、應力演化規(guī)律，支護構(gòu)件受力特性，揭示了大跨隧道施工過程中圍巖變形破壞機制與高強控制機制。
　　無支護條件下圍巖整體位移遠大于高強支護，左、右拱頂近點位移分別高出69

3、％、75％，遠點位移分別高出77.8％、88.6％，小凈距分別高出47.1％、52.4％，說明高強支護對巖體變形具有良好的控制效果;埋深300m～800m時，高強支護隧道拱頂位移比無支護條件分別降低了78.1％、78.9％、70.8％、71.2％、72.3％、74.1％，說明在一定埋深范圍內(nèi)，高強支護能夠有效控制圍巖變形。
　　(2)約束混凝土拱架力學性能大比尺室內(nèi)試驗研究
　　通過改造自主研發(fā)的地下工程約束混凝土拱架大型力

4、學試驗系統(tǒng)，對現(xiàn)場實際尺寸約束混凝土拱架進行了大比尺室內(nèi)力學性能試驗。結(jié)合數(shù)值試驗對拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應力應變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律進行了研究。
　　在均布荷載作用下拱架整體變扁平，位移和應變最大部位出現(xiàn)在拱頂和兩幫位置;室內(nèi)試驗屈服承載力和極限承載力分別為1980.7kN和2370.6kN，數(shù)值試驗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承載特性研究
　　針對現(xiàn)場實際尺寸約束混凝土拱架、H型鋼拱架進行數(shù)值對比試驗，研究了拱架變形破壞形態(tài)、極限承載能力、應力應變分布特征、內(nèi)力分布及變化規(guī)律。同時分析了拱架截面鋼管邊長、壁厚、混凝土強度、荷載作用模式對拱架力學性能影響規(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，分別研究了鋼管壁厚、邊長、核心混凝土強度、垂壓比等參數(shù)對拱架力學性能的影響規(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控制機制研究
　　開展雙側(cè)壁導洞法開挖大跨隧道不同

7、支護方式數(shù)值對比試驗，對比分析了無支護、錨噴支護、H型鋼拱架+錨噴支護、方鋼約束混凝土拱架+錨噴支護支護四種支護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控制機制。
　　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，尤其在開挖第五部分時，拱頂位移量僅為H型鋼支護的29.5％。在復雜條件大跨隧道中，約束混凝土拱架支護相比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