基于D-P屈服準(zhǔn)則的圍巖支護(hù)作用理論,以隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工過程中支護(hù)位置與掌子面的距離作為動(dòng)態(tài)參數(shù),綜合考慮注漿圈的應(yīng)力變形特征,構(gòu)建巖體隧道圍巖彈塑性變形條件下圍巖、注漿圈和管片襯砌三者動(dòng)態(tài)變形協(xié)調(diào)方程,提出三者的變形計(jì)算方法和管片襯砌圍巖壓力計(jì)算方法,明確管片襯砌對采用TBM開挖的巖體隧道的支護(hù)機(jī)理。針對新街臺格廟巖體隧道工程實(shí)例,計(jì)算不同支護(hù)條件下圍巖變形及管片襯砌圍巖壓力,并通過數(shù)值模擬驗(yàn)證理論方法的合理性和有效性。結(jié)果表明:如果在掌子面開挖處開始進(jìn)行支護(hù),管片襯砌圍巖壓力將達(dá)到1.91 MPa,管片安全系數(shù)僅為0.76;如果在掌子面后4 m開始進(jìn)行支護(hù),安全系數(shù)將提升至1.25。建議距離掌子面12 m處開始進(jìn)行支護(hù),可將圍巖壓力降至0.24 MPa,管片襯砌具有較高的安全系數(shù)。 

【文章來源】：中國鐵道科學(xué). 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圍巖收斂變形曲線

圍巖—注漿圈—管片襯砌相互作用動(dòng)態(tài)過程中，各個(gè)時(shí)刻的結(jié)構(gòu)變形關(guān)系如圖2所示。圖中：R為隧道開挖半徑；r1為管片外徑；r0為管片內(nèi)徑。從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2，注漿圈壓縮變形為Δu1，管片襯砌徑向變形為Δu2。根據(jù)變形協(xié)調(diào)關(guān)系，相互作用過程中，圍巖變形量u0等于注漿圈壓縮變形量Δu1與管片襯砌徑向變形量Δu2之和，結(jié)合公式（1），可以得到TBM開挖巖體隧道圍巖、注漿圈和管片襯砌三者動(dòng)態(tài)變形協(xié)調(diào)方程為2 圍巖—注漿圈—管片襯砌變形量

為了驗(yàn)證本文提出的管片圍巖壓力計(jì)算方法的有效性，針對此TBM巖體隧道工程，采用3DEC離散元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。建立的數(shù)值模型如圖3所示，模型尺寸50 m×100 m×50 m。管片襯砌采用彈性本構(gòu)模型，參數(shù)如表1所示；圍巖選用基于D-P屈服準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)模型，參數(shù)見表2；注漿圈采用彈性本構(gòu)模型，彈性模量為1 GPa，泊松比為0.3。對于大埋深隧道，管片襯砌受力近似為靜水壓力環(huán)境，因此，在x和z方向邊界施加P0=14.3MPa應(yīng)力約束，在y方向施加位移為0的約束。本數(shù)值模擬的核心在于動(dòng)態(tài)支護(hù)時(shí)機(jī)的模擬，應(yīng)力釋放率是關(guān)鍵的模擬參數(shù)，常用的給定應(yīng)力釋放率的方法顯然無法滿足本次模擬的要求。通過分析圍巖—注漿圈—管片動(dòng)態(tài)接觸模型中各階段的結(jié)構(gòu)特征，本文提出的模擬方法如圖4所示：假定支護(hù)范圍為y=0～4 m；在y=4 m位置前方距離x處為掌子面，在無支護(hù)條件下進(jìn)行一次平衡；在y=0～4 m范圍內(nèi)施作注漿圈和支護(hù)管片，同時(shí)開挖面繼續(xù)推進(jìn)20 m，進(jìn)行二次平衡。以上方法可以明確模擬出支護(hù)時(shí)機(jī)對圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響。根據(jù)不同工況，x取值分別為0,4,8,12,16,20 m。


本文編號：3496203