軟弱圍巖既有隧道上方挖方與填方對(duì)承載拱效應(yīng)影響研究.pdf

1、近年來(lái)既有隧道上方挖、填方的近接工程大量涌現(xiàn)。在既有隧道上方挖方近接工程中，由于挖方可能導(dǎo)致圍巖承載拱的破壞，會(huì)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(duì)于隧道來(lái)說(shuō)是加載過(guò)程。圍巖與襯砌共同承擔(dān)荷載，但承擔(dān)比例受多項(xiàng)因素影響，且在填方過(guò)程中的承載拱內(nèi)變化機(jī)制尚不明確，導(dǎo)致填方引起襯砌內(nèi)力變化難以預(yù)測(cè)。因此研究既有隧道上方挖、填方過(guò)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(yàn)和數(shù)值模擬的

2、方法對(duì)既有隧道上方挖方對(duì)承載拱的破壞作用和填方過(guò)程中承載拱的形成和發(fā)展進(jìn)行研究，同時(shí)運(yùn)用應(yīng)力準(zhǔn)則和強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)既有隧道上方挖、填方近接施工影響進(jìn)行分區(qū)。研究工作和主要成果如下:
　　以理論分析為基礎(chǔ)，對(duì)隧道承載拱的概念進(jìn)行解釋，并對(duì)挖方過(guò)程中承載拱的破壞過(guò)程作出預(yù)測(cè)。在挖方起始階段，襯砌內(nèi)力和圍巖壓力下降;當(dāng)挖方對(duì)承載拱產(chǎn)生破壞后，由于承載拱承載能力下降，導(dǎo)致承載拱承擔(dān)的荷載向襯砌轉(zhuǎn)移，致使圍巖壓力和襯砌內(nèi)力隨挖方減小過(guò)程中出現(xiàn)減緩

3、段或反向增大段。針對(duì)既有隧道上方填方，以圍巖特征曲線為基礎(chǔ)，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(cè)在深埋條件下的填方工程，襯砌承擔(dān)的圍巖壓力增量隨隧道塑性變形量增大而增加。
　　離心試驗(yàn)得出:
　　既有隧道上方挖方圍巖壓力及襯砌內(nèi)力變化過(guò)程與理論預(yù)測(cè)一致，圍巖壓力、襯砌軸力在減小過(guò)程中分別出現(xiàn)斜率減緩段、反向增大段。在定義了地應(yīng)力承擔(dān)比的基礎(chǔ)上，以地應(yīng)力承擔(dān)比作為離心試驗(yàn)承載拱變范圍判斷的主要依據(jù)，得出

4、了柔性支護(hù)條件下的承載拱范圍為1.0～1.5D，剛性支護(hù)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(nèi)力變化隨填方呈近線性增加，根據(jù)拱頂?shù)貞?yīng)力承擔(dān)比變化反映出填方過(guò)程中承載拱的發(fā)展。因襯砌對(duì)圍巖變形的限制，導(dǎo)致承載拱塑性區(qū)發(fā)展較少，圍巖壓力無(wú)法得到有效釋放。在填方過(guò)程邊墻及墻腳發(fā)生應(yīng)力集中，剛性支護(hù)與柔性支護(hù)邊墻處承擔(dān)比分別增加了0.6、0.46。
　　數(shù)值模擬得出:
　　建立圓形隧道模型