基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

作     者：于远祥 陈宝平 张涛 张杰 YU Yuan-xiang;CHEN Bao-ping;ZHANG Tao;ZHANG Jie

作者机构：西安科技大学建筑与土木工程学院陕西西安710054 中铁十二局集团有限公司第二工程处山西太原030032 西安科技大学能源学院陕西西安710054 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2018年第31卷第6期

页      面：254-263页

核心收录：

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：陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JM2-5052) 中国博士后科学基金项目(2015M582761XB) 国家自然科学基金项目(51474173) 

主　　题：隧道工程 变形范围 锚杆受力 隧道围岩 柔模支护 

摘      要：研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明:通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。