软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究
2020-09-07王明年赵思光王志龙刘大刚童建军
铁道学报 2020年8期
王明年,张 霄,赵思光,王志龙,刘大刚,童建军
(1. 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室,四川 成都 610031;2. 西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031)
随着我国经济的快速发展,铁路隧道的建设规模和建设难度越来越大,截至2019年底,我国共建成高速铁路隧道3 442座,累计长度约5 515 km,大型机械化全断面法是中国高速铁路隧道施工方法的发展方向[1-2]。全断面开挖对围岩扰动次数少、工序简单、施工效率高,但开挖面积大,掌子面易失稳、塌方,因此目前主要应用于Ⅰ~Ⅲ级围岩,软弱围岩条件下,主要采用传统台阶法,而合理的超前支护措施,能有效提高掌子面稳定性,是实现软弱围岩隧道机械化全断面开挖的技术保证[3-4]。
隧道掌子面稳定性分析主要有极限分析法、极限平衡法,其中极限平衡法的计算模型相对简单、明确,得到了广泛的应用,最具代表性的是文献[5]提出的经典楔形体模型,为提高该模型的准确性,大量学者对此模型进行了改进、修正[6-8]。
隧道工程中常用的超前支护措施有:超前管棚、掌子面喷射混凝土、掌子面锚杆、掌子面预注浆,相关设计方法研究现状如下:
(1)隧道超前管棚主要有三种计算模型,即简支/固端梁模型[9]、弹性地基梁模型[10]、三维棚架模型[11],其中弹性地基梁模型是目前管棚理论分析中应用最广泛的计算模型。文献[10]基于弹性地基梁模型提出了超前管棚设计方法;文献[12]建立了变基床系数下管棚的弹性地基梁模型;文献[13]通过理论分析,得出初期支护、围岩基床系数对管棚的荷载传递效应影响较大。……
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