隧道仰拱结构支护性能研究

• 作 者: 禚振礼
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 仰拱 支护性能 半径 厚度 开挖步距

随着最近几年我国公路事业的飞速发展,各等级公路里程不断增长,公路隧道数量也随之大幅度增加。但是随着公路隧道的大规模修建,各种工程问题亦随之出现,特别是最近几年隧道路面不断出现的开裂、断板、冒水、沉降、隆起等病害,对行车安全及运营管理造成严重影响。仰拱作为隧道支护体系重要的组成部分以及抵抗隧道底部反力保证隧底稳定的重要结构,研究其支护性能对改善或者避免这些工程病害有着重要的作用。因此,本文围绕仰拱结构的支护性能,结合理论分析、相似试验及数值模拟等多种研究方法,对仰拱半径和厚度对其支护性能的影响以及Ⅴ级围岩条件下仰拱开挖步距进行研究。主要进行的研究工作如下:(1)结合相似模型试验对仰拱作用进行的分析,明确其在提高支护体系承载力、约束隧道周边围岩变形、控制围岩塑性区发展和优化支护结构受力状况等方面所发挥的重要作用。并通过体现仰拱这些作用的工程实例对其进行进一步具体有效的说明。(2)通过对隧道仰拱结构进行受力分析,明确仰拱结构半径、厚度、修筑时机、其与边墙结构的连接方式、隧道所处地层围岩性质和仰拱的施工方法等因素对仰拱结构受力的影响,并将仰拱结构视为弹性地基上的圆柱壳体结构进行简化计算。(3)借助于有限元分析软件对仰拱结构在不同半径、不同厚度时的支护性能进行更进一步的分析研究,建议Ⅴ级围岩条件下仰拱半径取隧道断面拱部结构半径的2~2.5倍,初期支护仰拱结构厚度取10~25cm。(4)基于建议的仰拱半径及厚度条件下,综合数值模拟分析结果,仰拱栈桥和二衬台车等施工机具尺寸及隧道施工整体进度要求,建议Ⅴ级围岩中修建隧道且仰拱部分采用全幅开挖时,仰拱一次性开挖距离取4m。