管棚作用機理及支護設計系統(tǒng).pdf

1、管棚法，作為在軟弱松散和不良地層、復雜環(huán)境條件下及城市地鐵中修建隧道的一種重要的輔助施工方法，不僅能夠有效地限制地表下沉，而且保持工作面和地層處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，在工程現(xiàn)場問題解決中得到了廣泛的應用。基于大量的文獻和廣泛的實踐，借助實測資料，利用現(xiàn)場實驗、理論分析、數(shù)值模擬等多種研究手段，對管棚作用機理進行了全面而系統(tǒng)地深入研究，進而進行合理的支護參數(shù)設計，并結合實際工程對本文的研究思想進行了應用，取得了一系列有益于理論和實踐的研究成果。

2、 (1)系統(tǒng)地研究了管棚在通過既有線隧道開挖過程中所起的作用，對其作用機理進行深入分析。管棚將上部圍巖傳來的比較集中的荷載分散到掌子面前方的土體和格柵(鋼)拱架上，減少了塑性區(qū)的范圍、減少了掌子面前方土體所受壓力的強度，取得了比沒有管棚預支護條件下更大的掌子面土坡穩(wěn)定安全系數(shù)，從而保證了掌子面前方土體的穩(wěn)定。 (2)分析了作用于管棚上的荷載，研究了其算法。管棚的受力荷載與隧道開挖洞室的高度和直徑有關。為此管棚的受力荷載的

3、確定分兩種情況：1)當隧道埋置深度h＜2.0D時，認為管棚上面的圍巖全部作用到管棚上，如果地面為水平，則作用在管棚上的垂直應力為：q=γh，垂直應力沿隧道縱斷面的作用范圍為1=Dtg(45°-ψ/2)；2)當隧道埋置深度h≥2.0D時，隧道垂直應力與隧道上方圍巖埋置深度h無關，只與隧道上方圍巖的坍塌高度h1有關。因此認為作用在管棚上的荷載為隧道上方松散圍巖的重量，即：q=γh1=2γD。垂直應力沿隧道縱斷面的作用范圍為1=Dtg(45°

4、-ψ/2)。 (3)根據(jù)理論分析公式和數(shù)值算法編制了計算程序。從計算結果中分析了管棚作用效果的影響因素。隧道施工的格柵拱架間距不應太大，一般應控制在0.75～1.5m之間。隧道拱頂和管棚的沉降量與管棚在圍巖中的剩余長度關系不大。剩余長度越小，隧道掌子面越不穩(wěn)定。北三環(huán)熱力外線隧道的管棚在圍巖中Ⅰ的剩余長度的合理值為2.0～3.0m。 (4)應用有限元程序驗證了管棚的作用機理和作用效果。 (5)建立荷重模型進行管棚