發(fā)布時間：2020-11-02 00:01

　　 新意法的核心思想是通過調(diào)節(jié)超前核心土的強(qiáng)度和剛度來控制圍巖變形。通過數(shù)值計算方法模擬掌子面玻璃纖維錨桿加固參數(shù)(加固長度、搭接長度、加固范圍)在軟巖隧道變形中的作用,得出軟巖隧道的變形規(guī)律。結(jié)果表明:(1)加固超前核心土能有效控制隧道變形;(2)根據(jù)隧道預(yù)收斂變形可以確定錨桿長度,根據(jù)掌子面失穩(wěn)機(jī)理和破裂面的深度可以確定錨桿最小搭接長度;(3)在隧道變形允許情況下,可以對掌子面加固范圍進(jìn)行優(yōu)化,僅加固掌子面中心部位。
【部分圖文】：

衛(wèi)嘈陀胨淼啦晃榷ǖ謀硐中問?3工程背景和數(shù)值模擬模型3.1工程背景某鐵路隧道開挖洞寬11.3m，開挖高度11.9m，隧道斷面積104.2m2，隧道處于新老黃土交界處，即拱腳以上為新黃土，拱腳以下為老黃土，具體土層參數(shù)如表1所示。根據(jù)以往黃土隧道工程可知，隧道拱頂沉降和掌子面擠出量較大，為了有效控制隧道結(jié)構(gòu)與土體變形［11，14］，本工程擬采用預(yù)切槽超前支護(hù)和玻璃纖維錨桿加固掌子面超前核心土，以便進(jìn)行全斷面開挖。預(yù)切槽縱向長度為4m，灌注長度3.5m，搭接0.5m，縱向仰角7°，預(yù)切槽厚度為20cm，預(yù)切槽如圖2所示，預(yù)切槽設(shè)置范圍為拱墻范圍內(nèi)。初支鋼拱架采用H150型鋼間距為0.8m。拱墻范圍內(nèi)初支平均厚度為28cm，仰拱范圍內(nèi)初支厚度為22cm，二襯厚度50cm。表1土層參數(shù)材料容重/(kN/m3)黏聚力/kPa內(nèi)摩擦角/(°)μ彈性模量/MPa新黃土15.425.219.40.343.2老黃土20.035.025.60.345.0圖2預(yù)切槽切槽深度與搭接示意(單位:cm)掌子面前方超前核心土加固采用40cm全粘結(jié)型80鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計第59卷

玻璃纖維錨桿加固，玻璃纖維錨桿在掌子面采用間距為2m×2m的梅花形布置，加固后土層黏聚力提高26.5%，摩擦角提高66.9%，單軸抗壓強(qiáng)度提高13%，抗剪強(qiáng)度提高147%，彈性模型提高25%［12，13］。3.2計算模型隧道埋深為40m，隧道模型大小為x方向(寬度)100m，y方向(長度)60m，z方向(高度)80m，共192000個單元，202675個節(jié)點，隧道模型采用位移邊界作為邊界條件，計算模型如圖3所示。圖3隧道模型在進(jìn)行數(shù)值模擬時做以下假定:(1)假定圍巖為均質(zhì)連續(xù)體，其物理力學(xué)行為服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則;(2)忽略地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力，用自重應(yīng)力來模擬初始應(yīng)力場;(3)不考慮地下水的影響;(4)根據(jù)剛度等效原則將預(yù)切槽等效為混凝土開口圓筒來考慮，沿隧道縱向全長分布。4掌子面加固參數(shù)分析4.1玻璃纖維錨桿長度為了研究掌子面超前核心土加固長度即玻璃纖維錨桿長度在隧道開挖過程中對圍巖與隧道變形的控制作用，本節(jié)對比了玻璃纖維錨桿長度為0、7、10.5、14、17.5m五種工況下計算結(jié)果，如表2所示。玻璃纖維錨桿搭接長度均為3.5m，玻璃纖維錨桿在掌子面采用間距為2m×2m的梅花形布置。表2隧道變形計算結(jié)果掌子面加固措施沿隧道縱向各處拱頂下沉/mm(距離掌子面距離/m)錨桿長度/m錨桿搭接長度/m－15－1001020最大下沉掌子面最大擠出量/mm003.322.854.561.568.179.8270.473.50.54.312.418.224.335.5102.410.53.502.58.813.919.327.987.0143.501.57.511.815.421.882.717.53.500.55.410.614.321.382.3注:距離掌子面距離為負(fù)表示距離掌子面前方還未開挖的距離;若為正值表示距離掌子面后方已開挖的距離。通過表2可知，隧道在不加固掌子面超前核心土?xí)r，隧道拱頂預(yù)收斂變形最大為54.5mm，最大拱頂沉降為79.8mm，并且隧道預(yù)收斂?

相似的，隧道因開挖引起的掌子面上方松散土體將全部作用在隧道掌子面上。隧道掌子面上方受到松弛荷載q的作用，如圖4所示［4］。圖4掌子面失穩(wěn)機(jī)理通過計算最小搭接長度為L=H·tan(45°－φ2)=3.0m(1)因此應(yīng)保證錨桿最小搭接長度不小于3m。通過表3可知，隨著錨桿搭接長度增大，隧道拱頂最大沉降值減少明顯，但掌子面擠出量減小較校所以本工程采用3.5m的錨桿搭接長度可以滿足掌子面穩(wěn)定性的要求。4.3掌子面玻璃纖維錨桿加固范圍由于掌子面擠出最大的地方一般發(fā)生在掌子面中心部位，而隧道輪廓線周圍掌子面擠出量很小，所以對于掌子面玻璃纖維錨桿加固范圍可以進(jìn)行優(yōu)化，一方面可以減少施工步驟，增加施工速度，另一方面可以降低施工成本。為了研究掌子面加固范圍對于核心土加固效果的影響，本節(jié)對比了掌子面全斷面加固、加固范圍1、加固范圍2、不加固掌子面四種工況。加固范圍1為只對掌子面中心直徑8m范圍內(nèi)加固如圖5所示，加固范圍2為掌子面中心直徑4m范圍內(nèi)加固如圖6所示，粗線代表隧道輪廓線，細(xì)線以內(nèi)代表掌子面加固范圍。掌子面加固所用玻璃纖維錨桿長度為14m、搭接長度為3.5m，錨桿在加固范圍內(nèi)采用間距為2m×2m的梅花形布置。計算結(jié)果見表4。圖5加固范圍1(單位:m)由表4可知，隨著掌子面加固范圍減少，隧道拱頂沉降、地表沉降、掌子面擠出量不斷增加，加固掌子面圖6加固范圍2(單位:m)中心部位對于控制掌子面擠出效果最明顯。由于掌子面加固措施是臨時的，所以在對隧道拱頂沉降和地表沉降要求不高的地區(qū)可以只加固掌子面中心部位，但對于控制地表變形和掌子面擠出要求高的地區(qū)應(yīng)優(yōu)先采取全斷面加固掌子面。表4隧道變形計算結(jié)果掌子面加固范圍拱頂最大下沉/mm地表最大下沉/mm掌子面最大擠?
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2866288