软岩隧道变形机理与限阻耗能型支护研究

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软岩隧道容易出现大变形问题,对工程建设带来了较大的挑战。当前的提高支护刚度与强度的做法,难以从根本上解决大变形问题,采用刚柔并济的支护方案才能取得较好的效果。本文依托工程实际,运用文献查阅、现场试验、室内试验、数值模拟等方法,分析软岩隧道变形机理与限阻耗能型支护,主要得出了以下方面的研究成果。
  (1)齐云隧道进口段围岩情况较差,地下水含量丰富,围岩自稳能力差,岩体破碎,层间结合差,遇水就软,遇风就散。隧道采用台阶法开挖,在开挖的过程,施工扰动也影响了的围岩的稳定性。隧道开挖后初期支护沉降严重,由于围岩遇水软化,原有锁脚措施未能有效控制隧道的下沉,特别是在台阶落脚的时候下沉量明显增大,造成隧道初支侵限以及开裂。
  (2)齐云隧道发生了大变形问题,应用套拱,边墙钢管桩等措施,虽然成功应对了隧道大变形问题,但投入成本过高,严重影响了工期。因此应当转变支护理念,应用刚柔相济的支护原则。即在初期支护关键部位环向嵌入强度相对较低、可塑性好、变形能力强且不侵入净空的限制支护阻力阻尼器(限阻器)。通过限阻器的压缩变形,降低初期支护结构的刚度,使得初期支护能够与围岩协调变形,释放围岩压力。
  (3)限阻耗能型支护结构在隧道施工中运用,能够有效适应围岩变形,限阻器段落围岩压力较小,相对于初支变形破坏段落,应力水平低。即施作限阻器,能够让围岩充分变形,从而有效释放围岩压力,使得初支结构处于低应力状态,对于提升结构安全性有着积极作用。分析初支内力监测结果,得出围岩压力主要以形变压力的形式存在。隧道洞室开挖产生的围岩压力是由岩体与支护结构共同承担。
  (4)初期支护所受的弯矩较小,型钢钢架与喷射混凝土几乎没有产生拉应力,均受压应力作用,即支护结构处于小偏心受压状态。可见其受力模式由压-剪控制,破坏模式为斜截面的剪切破坏,而非由弯拉控制的正截面拉伸破坏。
  (5)应用限阻器,隧道支护结构能够适应围岩变形,洞室变形较大的情况,初期支护结构没有发生破坏,可见限阻器能够应对软岩隧道大变形问题。在支护结构上应用限阻器,相当于给支护结构设置了过载保护器,使普通截面不会产生压剪破坏,实现了经济上做减法,安全上做加法。限阻器加工方便,施工工艺简单,有着显著的经济效益,应当在后期施工中遇到类似工程,推广应用。
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