考虑施工特性的浅埋软弱洞口段管棚变形量预测及工程应用

doi:10.13722/j.cnki.jrme.2016.0635

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摘要针对洞口管棚受开挖过程影响的特点，考虑初期支护延滞性、围岩应力释放差异性、地层反力系数不均匀性和仰坡坡度等因素，将管棚划分为初支闭合段、初支未闭合段、开挖未支护段、掌子面前方塑性扰动段、弹性扰动段和无扰动段，建立基于Pasternak弹性地基梁理论并考虑施工特性的洞口管棚变形量预测模型。利用有限单元法思想和梁段纵向剪力传递理论，获得管棚变形预测理论值，并应用于桦皮岭隧道工程。结果表明：(1) Pasternak力学模型摈弃了Winkler弹性地基梁不能传递纵向剪力的缺陷，其预测值与现场试验结果吻合度较高，最大偏差较Winkler模型减小11.8 %，更适合洞口管棚变形预测。(2) 管棚变形量随地层反力系数和管棚直径增大而减小，但非线性关系；管棚环向间距与变形呈正比例关系；当地层反力系数和管棚直径超过某一数值，通过调整注浆改善地层反力系数或直径方法来控制管棚变形效果甚微。(3) 在给定变形控制基准下，确定IV，V和VI级围岩不同纵坡条件下经济合理的管棚直径和环向间距，并制定了管棚设计施工参数选择一览表。其研究成果为完善管棚计算方法、设计施工体系提供参考和借鉴。

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关键词 ：隧道工程, 软弱围岩, 施工特性, 变形预测, 工程应用

Abstract：针对洞口管棚受开挖过程影响的特点，考虑初期支护延滞性、围岩应力释放差异性、地层反力系数不均匀性和仰坡坡度等因素，将管棚划分为初支闭合段、初支未闭合段、开挖未支护段、掌子面前方塑性扰动段、弹性扰动段和无扰动段，建立基于Pasternak弹性地基梁理论并考虑施工特性的洞口管棚变形量预测模型。利用有限单元法思想和梁段纵向剪力传递理论，获得管棚变形预测理论值，并应用于桦皮岭隧道工程。结果表明：(1) Pasternak力学模型摈弃了Winkler弹性地基梁不能传递纵向剪力的缺陷，其预测值与现场试验结果吻合度较高，最大偏差较Winkler模型减小11.8 %，更适合洞口管棚变形预测。(2) 管棚变形量随地层反力系数和管棚直径增大而减小，但非线性关系；管棚环向间距与变形呈正比例关系；当地层反力系数和管棚直径超过某一数值，通过调整注浆改善地层反力系数或直径方法来控制管棚变形效果甚微。(3) 在给定变形控制基准下，确定IV，V和VI级围岩不同纵坡条件下经济合理的管棚直径和环向间距，并制定了管棚设计施工参数选择一览表。其研究成果为完善管棚计算方法、设计施工体系提供参考和借鉴。

Key words：隧道工程软弱围岩施工特性变形预测工程应用

引用本文:

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WANG Daoyuan1，2，3，YUAN Jinxiu2，LI Jun4，PENG Xiang4，WU Zongli4，LIU Weichao3，WANG He3. Deformation prediction of pipe roof in shallow soft portal section of tunnels considering construction feature. , 2017, 36(3): 716-724.

链接本文:

http://www.rockmech.org/CN/10.13722/j.cnki.jrme.2016.0635 或 http://www.rockmech.org/CN/Y2017/V36/I3/716

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