考虑蠕变影响的喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护结构研究

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北欧国家常在软弱围岩隧道施工中采用喷锚-加筋喷砼拱肋作为永久地下支护结构。近年来,国内外学者系统地研究了混凝土强度等级、结构组合形式等因素对喷锚-加筋喷砼拱肋支护效果的影响,初步揭示了其加固效应与加固机理,证明喷锚-加筋喷砼拱肋对软弱围岩有很好的加固作用。然而,已有研究成果在设计喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护结构时未考虑软弱围岩蠕变特性影响,导致复合支护结构在实际工程中常常破坏,给隧道安全运行带来隐患。  为了更好地分析蠕变对喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护效应的影响,本文以某地下交通隧道为依托,采用有限差分软件FLAC3D对围岩和喷锚-加筋喷砼拱肋复合支护结构的蠕变力学响应进行了仿真模拟,并提出了更完善的软弱围岩支护设计方案。主要研究内容及结论如下:  (1)软弱围岩蠕变特性及毛洞蠕变分析。阐述软弱围岩的蠕变特性,对比现有蠕变模型,选定Cpower蠕变本构模型,利用BP神经网络对软弱围岩蠕变参数进行反演,得到蠕变常数为9.9969e-25Pa-3yr-1,蠕变指数为3.2;基于FLAC3D模拟了隧道在开挖不支护情况下围岩的蠕变响应:围岩变形会随时间不断增加,两个月后拱顶沉降达到216mm,最终因蠕变而失稳。  (2)考虑蠕变影响的喷锚-加筋喷砼拱肋的仿真分析。利用FLAC3D模拟隧道的开挖及支护过程,对比分析蠕变前后喷锚-加筋喷砼拱肋支护下围岩及支护结构的力学响应。考虑蠕变后,50天后变形趋于稳定,拱顶沉降达到111mm,大于规范允许沉降值,基于Q系统法的喷锚-加筋喷砼拱肋设计方案难以维持软弱围岩变形稳定,需进一步改进支护设计方案。  (3)喷锚-加筋喷砼拱肋设计方案改进研究。根据软弱围岩隧道支护常用的加固措施,在原有支护设计方案基础上,加设仰拱、系统锚杆长度增加为4m、将每个断面隧道顶部的三根系统锚杆改为预应力锚杆、增加拱脚位置处拱肋厚度为0.7m,并对比分析改进前后围岩及支护结构的力学响应。30天后变形趋于稳定,拱顶沉降达到75mm,小于规范允许沉降值,改进支护方案既能维持隧道稳定,又提高了支护结构的安全度。
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