高地应力软岩隧洞流质充填衬砌支护技术研究

发布时间：2020-08-20 17:55

【摘要】：随着我国经济建设的飞速发展、基础建设投入的增多,在世界范围内我国的公路隧道规模和拥有量,已然跃居第一,与之伴随的是位于西部的高地应力软岩隧道工程问题正不断涌现。目前,高地应力软岩隧洞开挖后,因开挖卸荷的应力重分布作用,导致蠕变量大(100cm)、蠕变时间长(3年),导致隧道初衬与二衬之间施工间隔时间长,围岩的不均匀性变形易导致二衬结构的不可逆破坏,从而施工成本高企。针对此,本文提出了流质充填衬砌支护技术,其主要作用于隧道开挖的预留变形量层,通过充分利用预留空间释放部分围岩变形压力,并均化变形荷载,解决支护结构受力不均的问题,从而大幅提升后续二次衬砌的支护效果,具有广阔的推广价值和应用前景。为了定量分析流质充填衬砌支护技术的支护效果和支护机理,开展了系列试验,具体研究内容及成果如下:(1)陶粒填充式预留变形量缓冲层支护技术试验研究1)提出陶粒式缓冲层作用在预留变形量处的支护原理,将支护过程分为了4个阶段,并给出了陶粒压缩时位移量的变化速率并将变化过程分区分段;2)通过试验得到,陶粒在被压碎的过程中卸除压力效果显著,卸除率最高可达19.41%;3)低强陶粒的压缩率范围为47.13%~58.51%,高强陶粒的形变量极限压强值范围为9.63MPa~10.75MPa,可根据不同开挖要求合理选择填充陶粒类型;4)对比了同样具有强度及可压缩性的泡沫混凝土材料,发泡剂含量为5%~15%时,压缩率最大为33%,变形量极限压强为4.72MPa,荷载卸除率为4.93%,因此陶粒作为预留变形量层的填充材料时性能要优于泡沫混凝土。(2)可抽吸充砂式衬砌对隧洞支护结构作用效果试验研究1)可抽吸充砂式衬砌力的均化效果显著,跨中荷载降低了48.95%,最大挠度、弯矩均化系数分别是无衬砌时的0.7倍、0.75倍;2)可抽吸充砂式衬砌泄砂减压效果显著,跨中荷载可卸除94.25%;3)通过模拟围岩与可抽吸充砂式衬砌不同接触长度的简支梁试验,得到加载时简支梁的挠度、弯矩与施加荷载线性递增,卸载时,与卸载时间呈指数关系递减;4)跨中位置抽砂时卸除压力效果最好,是距跨中5cm处的1.01倍,是距跨中10cm处的1.04倍;卸砂量跨中是距跨中5cm处的1.10倍,是距跨中10cm处的1.53倍;5)得到了可抽吸充砂式衬砌与围岩不同接触长度时的压力分布、弯矩及挠度公式;6)通过软件SMSolver软件分别对中心角为120°、180°的圆拱进行抽砂模拟计算,得到跨中卸载效果最好的是中心角为180°、覆板长度为60cm的情况,卸载后弯矩的减少率达到83.44%;7)对比了充水、充气式胎式衬砌与陶粒填充式、可抽吸充砂式流质填充衬砌的优缺点,从经济与承载力方面考虑应选择陶粒填充式缓冲层衬砌及可抽吸充砂式衬砌。
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455
【图文】：

图 1.1 丹巴引水洞 1200m 埋深洞周关键点 50 年位移变化趋势线明垭子隧道钢拱架扭曲、剪切错断 图 1.3 北非甘塔斯隧道二衬图 1.4 软岩洞段塌方 图 1.5 初支侵限 2：地应力不均匀性显著，导致支护结构受力极不均匀

明垭子隧道钢拱架扭曲、剪切错断

北非甘塔斯隧道二衬变形破坏

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本文编号：2798266