隧道塌方处理中管棚支护的力学模型与计算分析

2012-01-23胡五洲陈可祥田常兵王元汉

土木工程与管理学报 2012年4期

杨曌，胡五洲，陈可祥, 田常兵，王元汉

(1．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉 430074；2. 湖北省十白高速公路建设指挥部，湖北十堰 442000)

在现代公路及铁路建设中，由于地形限制及选线的要求，在穿过山区及丘陵地带时，开挖隧道必不可少[1～3]。隧道属于地下工程，施工中可能由于地质情况掌握不准确、开挖方法不合理以及支护措施不到位等都有可能造成塌方事故发生，不仅造成重大经济损失，还会严重影响施工工期及施工安全[4～7]。塌方事故发生后，能否正确分析其发生原因，如何根据具体情况选择合适的处理措施，对塌方处理的效果起决定性作用。

管棚是利用钢管或钢插板件作为纵向支撑，钢拱架作为横向环向支撑，构成纵横向整体。其刚度较大，跨越较长，能阻止和限制围岩变形，承担较大的围岩压力，在隧道施工和塌方处理中具有突出的优势。

隧道开挖施工中采用管棚预支护，曾有较多的文献进行过研究[8～10]，采用的力学模型大多是比较复杂的双参数弹性地基梁模型。本文针对隧道塌方的管棚处理，建立了一种管棚作用的简支梁模型。这种模型简单实用，方便计算。在此基础上，结合十白高速公路四沟隧道塌方事故的处理，进行力学分析与参数的优化设计。并通过数值模拟及现场监测，说明了本文模型及处理方案的正确性。