基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

TU91; 隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用.为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式.将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响.与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传...

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Published in工程科学与技术 Vol. 55; no. 4; pp. 142 - 152
Main Authors 石钰锋, 张涛, 曹成威, 阳军生, 陈祥胜
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 华东交通大学 轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室,江西 南昌 330013%长沙国欣房地产开发有限公司,湖南 长沙 410007%中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075 01.07.2023
Subjects
双参数地基
two-parameter foundation
受力变形
force deformation
预支护拱棚
解析解
隧道工程
shell model
analytical solution
壳体模型
tunnel engineering
pre-supporting arch shed
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ISSN2096-3246
DOI10.15961/j.jsuese.202201107

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Summary:TU91; 隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用.为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式.将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响.与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好.力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺.横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏.不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度.
ISSN:2096-3246
DOI:10.15961/j.jsuese.202201107