軟弱圍巖隧道鎖腳錨桿受力及預(yù)襯砌結(jié)構(gòu)承載能力研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)在建的7500km鐵路隧道中，有30％～40％屬于軟弱圍巖隧道，并且正在設(shè)計(jì)和規(guī)劃修建的鐵路隧道中，軟弱圍巖所占的比重更大。軟弱圍巖具有變形大、變形速度快、變形難以控制等特點(diǎn)。隨著修建于軟弱圍巖中的隧道數(shù)量不斷增加，由于拱腳地基承載力不足而造成隧道整體或局部下沉的事故時(shí)有發(fā)生。本文通過理論分析、模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)鎖腳錨桿作用機(jī)理、預(yù)襯砌鎖腳微型樁的比選分析及預(yù)襯砌的承載能力進(jìn)行研究分析，主要工作及所得成果如下:<

2、br>　　1、盡管目前鎖腳錨桿在軟弱圍巖隧道工程中已經(jīng)應(yīng)用的很多，但是對(duì)其作用機(jī)理和荷載傳遞機(jī)理的認(rèn)識(shí)并不清楚。通過分析錨桿、鋼架和圍巖的相互作用機(jī)理，提出了鎖腳錨桿力學(xué)計(jì)算模型。根據(jù)該模型對(duì)所托工程鎖腳錨桿受力情況進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)比研究不同圍巖彈性抗力系數(shù)、不同錨桿直徑、不同錨桿壁厚、不同錨桿長(zhǎng)度及不同下插角條件下鎖腳錨桿的受力變化情況，為鎖腳錨桿參數(shù)的合理選取給予指導(dǎo)。
　　2、對(duì)于機(jī)械預(yù)切槽法開挖的軟弱

3、圍巖隧道，為了避免因拱腳地基承載力不足而發(fā)生過大沉降變形，采用荷載結(jié)構(gòu)法的不同模型進(jìn)行拱腳地基荷載的計(jì)算。運(yùn)用鎖腳錨桿力學(xué)計(jì)算模型對(duì)不同規(guī)格的鎖腳微型樁受力情況進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，鎖腳微型樁的加筋建議選擇T76L-1錨桿(外徑76mm，壁厚7mm)。
　　3、綜合考慮試驗(yàn)箱及隧道尺寸確定模型試驗(yàn)的相似條件，根據(jù)土工力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果可知，圍巖相似材料采用2mm粒徑砂土、鐵粉、粘土和木屑，預(yù)襯砌模型材料采用水膏比為1.1∶1的高強(qiáng)

4、石膏漿液。
　　4、利用MIDAS GTS有限元軟件進(jìn)行模型試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬計(jì)算，通過模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，預(yù)襯砌結(jié)構(gòu)的最不利受力部位為拱頂內(nèi)側(cè)和拱腳內(nèi)側(cè)。由于試驗(yàn)條件所限，無(wú)法加載到預(yù)襯砌結(jié)構(gòu)破壞，運(yùn)用MIDAS GTS有限元軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)得到當(dāng)施加荷載為22.56Kpa時(shí)，預(yù)襯砌模型拱頂內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力值（51.3 Kpa）達(dá)到石膏模型的抗拉強(qiáng)度值，開始出現(xiàn)裂縫。若按此時(shí)模型預(yù)襯砌結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，那么反推得