基于堆载试验的隧道支护结构拱顶压力研究

作     者：罗元成 谌勇 仇文革 陈吉辉 段东亚 罗杰 

作者机构：贵州路桥集团有限公司 成都天佑智隧科技有限公司 西南交通大学交通隧道工程教育部重点试验室 

出 版 物：《铁道标准设计》 (Railway Standard Design)

年 卷 期：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：贵州省交通运输厅科技项目(2022-122-025) 

主　　题：隧道工程 支护 堆载 拱顶压力 松散荷载 承载拱效应 形变压力 

摘      要：隧道设计理论认为较完整的岩体可以发挥岩体的自支撑能力，而对于松散体，普遍认为其完全没有自承能力，不可利用，只能当作重力荷载作用在结构上。为探究松散体的自承能力，进行了原型堆载试验，结果表明：随着堆载体高度的变化，监测得到的支护结构拱顶压力值小于松散荷载理论计算值，进一步结合数值模拟方法，也发现拱顶压力值小于理论值。通过分析松动压力产生的原因，并采用数值模拟分别对裸洞模型、劣化围岩+支护模型、散体+支护模型进行研究，得到拱顶压力沿竖直方向的变化规律，主要结论如下：（1）松散体重力并不完全作用于支护结构上，而是松散体与支护结构分担；（2）松散体在支护结构的支撑与组织作用下，其内部也可形成承载拱，岩体的重力荷载通过承载拱传递，使得围岩主应力方向发生偏转，竖向应力逐渐转化为沿拱轴线上的切向应力；（3）原型堆载试验表明，堆载高度为10m时仅71%的自重荷载作用于支护结构，说明承载拱分担了上方岩体的部分重力，分担比例由围岩和支护的刚度决定，呈形变压力特征。因此松散体也存在与支护的相互作用，考虑其承载能力可使设计更加经济。