软岩大变形隧道中基于位移差的预应力锚固体系设计方法与应用实践

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当前西部地区的隧道建设,由于地质环境复杂,隧道施工难题层出不穷,软弱围岩中存在高地应力诱发的挤压大变形问题,时常导致施工过程中初期支护开裂、剥落,钢拱架扭曲、破断,甚至支护侵限,需拆换拱架,改换支护形式等,严重影响隧道施工安全与施工进度。为解决此类问题,应当改变传统的强力被动支护形式,针对软弱围岩采用“主动支护”的理念设计支护形式,以期利用预应力锚固支护体系从围岩内部改善隧道支护环境。本文综合资料调研、理论分析、数值仿真、现场试验等研究方法,对甘肃木寨岭公路隧道的及时主动预应力锚固体系进行研究,主要有如下论证结果:(1)分析现行软岩隧道中的三种常用支护体系的演变在于锚固系统的改变,故锚固系统的参数的准确设计极为重要,预应力锚固系统的设计可基于位移场,根据位移差,结合材料延伸率与轴力双控准则,采用数值仿真进行研究,此即为基于位移差的预应力锚固体系设计方法。(2)以基于位移差的预应力锚固体系设计方法,对木寨岭公路隧道目前采用的强力被动支护、主动预应力锚固支护的大变形适用范围进行研究,并对数值仿真中围岩参数进行围压下的弱化与预应力锚固下的强化进行了两次参数修正,计算结果为强力被动支护适用范围为未支护位移≤50cm,主动预应力锚固支护适用范围为未支护位移51~110cm。(3)根据得出的及时主动预应力锚固支护大变形适用范围,结合木寨岭公路隧道实际情况,提出兼具永临支护功能的预应力锚固支护形式及其构成,并采用数值仿真手段对主动预应力锚固支护中的预应力大小、锚索长度、锚索间距等参数进行优化设计,得到不同大变形范围对应的适宜支护参数。(4)在现场开展试验段研究,现场监控量测数据显示围岩稳定性良好,可保持正常施工,验证了所设计主动预应力支护参数的适宜性及合理性,为后续的设计施工提供参考。
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