軟弱圍巖既有隧道上方挖方與填方對承載拱效應影響研究.pdf

1、近年來既有隧道上方挖、填方的近接工程大量涌現。在既有隧道上方挖方近接工程中，由于挖方可能導致圍巖承載拱的破壞，會使得襯砌與圍巖的受力發(fā)生改變。在既有隧道上方填方近接工程中，填方對于隧道來說是加載過程。圍巖與襯砌共同承擔荷載，但承擔比例受多項因素影響，且在填方過程中的承載拱內變化機制尚不明確，導致填方引起襯砌內力變化難以預測。因此研究既有隧道上方挖、填方過程中隧道承載拱的變化是必要的。
　　本文采用理論分析、離心模型試驗和數值模擬的

2、方法對既有隧道上方挖方對承載拱的破壞作用和填方過程中承載拱的形成和發(fā)展進行研究，同時運用應力準則和強度準則對既有隧道上方挖、填方近接施工影響進行分區(qū)。研究工作和主要成果如下:
　　以理論分析為基礎，對隧道承載拱的概念進行解釋，并對挖方過程中承載拱的破壞過程作出預測。在挖方起始階段，襯砌內力和圍巖壓力下降;當挖方對承載拱產生破壞后，由于承載拱承載能力下降，導致承載拱承擔的荷載向襯砌轉移，致使圍巖壓力和襯砌內力隨挖方減小過程中出現減緩

3、段或反向增大段。針對既有隧道上方填方，以圍巖特征曲線為基礎，分析得出在深埋條件下，隧道承載拱剛度將隨塑性區(qū)發(fā)展下降。推測在深埋條件下的填方工程，襯砌承擔的圍巖壓力增量隨隧道塑性變形量增大而增加。
　　離心試驗得出:
　　既有隧道上方挖方圍巖壓力及襯砌內力變化過程與理論預測一致，圍巖壓力、襯砌軸力在減小過程中分別出現斜率減緩段、反向增大段。在定義了地應力承擔比的基礎上，以地應力承擔比作為離心試驗承載拱變范圍判斷的主要依據，得出

4、了柔性支護條件下的承載拱范圍為1.0～1.5D，剛性支護條件下承載拱范圍為2.0～2.5D。
　　既有隧道上方填方的圍巖壓力及襯砌內力變化隨填方呈近線性增加，根據拱頂地應力承擔比變化反映出填方過程中承載拱的發(fā)展。因襯砌對圍巖變形的限制，導致承載拱塑性區(qū)發(fā)展較少，圍巖壓力無法得到有效釋放。在填方過程邊墻及墻腳發(fā)生應力集中，剛性支護與柔性支護邊墻處承擔比分別增加了0.6、0.46。
　　數值模擬得出:
　　建立圓形隧道模型