軟弱圍巖隧道管棚預支護模型試驗及受力狀態(tài)研究.pdf

1、管棚超前預支護技術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、地下水活動較強的地段等。然而，工程實踐中依然存在許多問題，如管棚系統(tǒng)的支護力、支護效果沒有量化，管棚預支護的設計未能優(yōu)化。基于此，本文采用理論分析、模型試驗與數(shù)值計算相結合的方式進行研究。主要工作和成果如下:
　　(1)將隧道埋深、管棚條件、圍巖的力學性質等因素綜合考慮，確定管棚的力學模型與計算參數(shù)。分別

2、考慮管棚在縱向、橫向的力學模型:以Pasternak彈性地基粱理論為理論依據(jù)的縱向計算方法和以微拱理論為基礎的橫向計算方法結合;提出了管棚系統(tǒng)的極限支護力P管。
　　(2)結合工程實例，自主設計了立體相似試驗模型系統(tǒng)，可以實現(xiàn)縱向開挖過程，設計了具有12組36個室內模型試驗的正交表，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（全斷面法和臺階法）、不同進尺（D/3和2D/3）等

3、工況;并在試驗中使用粒子成像測速(PIV)技術。
　　(3)試驗條件下，采用管棚預支護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，管棚預支護后K值增大0.15左右，在一定范圍內管棚布置越密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)支護力P管作用的圍巖在破壞試驗中承受的荷載值提高了一倍左右，破壞形式由拱頂坍塌轉變?yōu)閭缺跀D擴。
　

4、　(4)針對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，結果顯示:使用管棚預支護能夠減少74.3％的地表最大沉降和69.0％的拱頂最大位移，與模型試驗得到的規(guī)律相符，并與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)比對，驗證了管棚預支護系統(tǒng)控制地層變形的實際效果;得到了每一個施工步管棚的內力值，有無管棚情況下圍巖塑性區(qū)發(fā)展和初期支護受力截然不同。
　　本文的研究結果表明:不同覆跨比(H/D=1，2，3)、不同