軟弱圍巖隧道管棚預(yù)支護(hù)模型試驗(yàn)及受力狀態(tài)研究.pdf

1、管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)作為一種主要的隧道開挖輔助工法，有效地解決了在某些特殊困難地段面臨的問題，如軟弱破碎圍巖地段、淺埋大偏壓地段、地下水活動(dòng)較強(qiáng)的地段等。然而，工程實(shí)踐中依然存在許多問題，如管棚系統(tǒng)的支護(hù)力、支護(hù)效果沒有量化，管棚預(yù)支護(hù)的設(shè)計(jì)未能優(yōu)化。基于此，本文采用理論分析、模型試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方式進(jìn)行研究。主要工作和成果如下:
　　(1)將隧道埋深、管棚條件、圍巖的力學(xué)性質(zhì)等因素綜合考慮，確定管棚的力學(xué)模型與計(jì)算參數(shù)。分別

2、考慮管棚在縱向、橫向的力學(xué)模型:以Pasternak彈性地基粱理論為理論依據(jù)的縱向計(jì)算方法和以微拱理論為基礎(chǔ)的橫向計(jì)算方法結(jié)合;提出了管棚系統(tǒng)的極限支護(hù)力P管。
　　(2)結(jié)合工程實(shí)例，自主設(shè)計(jì)了立體相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)縱向開挖過程，設(shè)計(jì)了具有12組36個(gè)室內(nèi)模型試驗(yàn)的正交表，考慮不同管棚布置（無管棚、120°布置、150°布置）、不同覆跨比(H/D=1，2，3)、不同工法（全斷面法和臺(tái)階法）、不同進(jìn)尺（D/3和2D/3）等

3、工況;并在試驗(yàn)中使用粒子成像測(cè)速(PIV)技術(shù)。
　　(3)試驗(yàn)條件下，采用管棚預(yù)支護(hù)不僅能有效防止坍塌，還能減少59.5％-76.8％的地表最大沉降值;通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)給出了Peck公式中的沉降槽寬度參數(shù)K的建議區(qū)間，管棚預(yù)支護(hù)后K值增大0.15左右，在一定范圍內(nèi)管棚布置越密K值越大;分析隧道開挖和加載中圍巖破壞過程，受到管棚系統(tǒng)支護(hù)力P管作用的圍巖在破壞試驗(yàn)中承受的荷載值提高了一倍左右，破壞形式由拱頂坍塌轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)壁擠擴(kuò)。
　

4、　(4)針對(duì)南京地鐵南北線一期工程珠江路站-鼓樓站-玄武門區(qū)間軟弱圍巖隧道，使用有限差分軟件Flac3D分析，結(jié)果顯示:使用管棚預(yù)支護(hù)能夠減少74.3％的地表最大沉降和69.0％的拱頂最大位移，與模型試驗(yàn)得到的規(guī)律相符，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)，驗(yàn)證了管棚預(yù)支護(hù)系統(tǒng)控制地層變形的實(shí)際效果;得到了每一個(gè)施工步管棚的內(nèi)力值，有無管棚情況下圍巖塑性區(qū)發(fā)展和初期支護(hù)受力截然不同。
　　本文的研究結(jié)果表明:不同覆跨比(H/D=1，2，3)、不同