松散地層管棚預(yù)支護(hù)效果的數(shù)值模擬研究.pdf

1、公路隧道、鐵路隧道及地鐵隧道等工程施工中常遇到松散地層,為了防止隧道開挖影響地表建筑物或引起地層較大變形,在隧道開挖面前方應(yīng)采取管棚預(yù)支護(hù)措施對圍巖進(jìn)行加固是有效的常用方法。因此,對這一技術(shù)開展研究十分必要。
　　針對特定的松散地層隧道管棚超前預(yù)支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究,并結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行數(shù)值模擬分析,探尋特定條件下的合理有效的管棚預(yù)支護(hù)方案。主要研究內(nèi)容和結(jié)論有以下幾點(diǎn)：
　　(1)對松散地層的概念、圍巖破壞機(jī)理和力學(xué)性能、圍巖變

2、形特征和預(yù)支護(hù)方法進(jìn)行論述。認(rèn)為,管棚支護(hù)能有效地控制開挖面前方松散破碎的地層,提高隧道圍巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,應(yīng)成為首選的松散地層有效的預(yù)支護(hù)方法。
　　(2)對管棚的施工方法、分類和用途進(jìn)行分析,闡明管棚在松散地層中的支護(hù)特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上對管棚的作用機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的分析,總結(jié)出相關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。研究表明管棚支護(hù)在松散地層隧道中起多種作用,影響管棚支護(hù)參數(shù)的因素主要是隧道周圍地質(zhì)條件、埋深、斷面大小、開挖進(jìn)尺、管棚的布置方式、施工

3、條件等。
　　(3)利用地下工程中常用的有限元模擬方法,就管棚的數(shù)值模擬方法進(jìn)行了分析,模擬中不僅考慮了管棚的注漿作用,以要突出其梁效應(yīng)。此外,也就其具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析。
　　(4)通過數(shù)值模擬方法對無預(yù)支護(hù)、僅小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)、僅管棚預(yù)支護(hù)、管棚+小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)四種工況進(jìn)行研究。研究表明松散地層條件下無預(yù)支護(hù)是不安全的,僅小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)的作用有限,而管棚預(yù)支護(hù)的作用效果明顯。采用管棚+小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)能充分發(fā)揮圍巖

4、的自穩(wěn)能力,同時(shí)也降低支護(hù)結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力,由此證明了管棚的支護(hù)效果;現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的回歸分析也表明此支護(hù)方式合理有效。
　　(5)在管棚+小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)條件下,管棚間距在0.40～0.50m左右時(shí)比較合理,既能保證支護(hù)效果又兼顧施工和造價(jià)。管棚的直徑和長度是互相影響的,當(dāng)管棚的長度較小時(shí),管棚直徑變化導(dǎo)致管棚支護(hù)效果變化較大;當(dāng)管棚長度較長時(shí),管棚直徑在較小范圍內(nèi)變化(小于300mm)對支護(hù)效果影響不大,直徑超過300mm后,管棚直