隧道噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)承載作用機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、海底隧道不占地，不妨礙航行，不影響生態(tài)環(huán)境，是一種非常安全的全天候的海峽通道。目前，全世界已建成和計(jì)劃建設(shè)的海底隧道有20多條，主要分布在日本、美國(guó)、西歐、中國(guó)的香港九龍等地區(qū)。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和施工技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)已具備了修建海底隧道的能力。我國(guó)目前有廈門翔安海底隧道和青島膠州灣海底隧道在建。 本文是以某海底隧道典型地段IV級(jí)圍巖為背景，主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論有： (1)利用有限元軟件ABAQUS建立三維彈塑性有限

2、元模型，考慮了混凝土襯砌、錨桿與圍巖之間的相互作用以及開(kāi)挖的時(shí)間效應(yīng)。分析得出，隧道的拱腰、拱腳和掌子面是應(yīng)力集中的部位，容易發(fā)生剪切破壞，在施工中要引起足夠的重視；拱頂、拱底位移較大，容易發(fā)生坍塌，施工中要在開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行支護(hù)；對(duì)于拱底，可以考慮打筑仰拱以限制豎向位移；拱腰已經(jīng)產(chǎn)生了塑性區(qū)，導(dǎo)致此處圍巖已經(jīng)喪失了自穩(wěn)性，容易發(fā)生坍塌；襯砌的拱腰部位應(yīng)力集中，容易出現(xiàn)塑性破壞；錨桿主要承受拉應(yīng)力(個(gè)別存在壓應(yīng)力)，最大值接近70 MPa

3、；噴錨支護(hù)安全系數(shù)滿足要求。 (2)通過(guò)改變初期支護(hù)參數(shù)(錨桿長(zhǎng)度、錨桿間距和荷載釋放系數(shù))，分析得出，改變錨桿長(zhǎng)度對(duì)圍巖的應(yīng)力、位移、塑性區(qū)影響較小。改變錨桿間距對(duì)圍巖的應(yīng)力影響較小，但減小錨桿間距可以減小拱腰的水平位移和圍巖塑性區(qū)。荷載釋放系數(shù)的增加可以使圍巖應(yīng)力有一些降低，但圍巖的位移和塑性區(qū)都有所增加。增加錨桿長(zhǎng)度、減小錨桿間距和增加荷載釋放系數(shù)都可以減小襯砌應(yīng)力和錨桿軸向拉應(yīng)力。 (3)利用強(qiáng)度折減法，分析計(jì)算

4、不收斂、特征點(diǎn)位移、圍巖塑性區(qū)及襯砌塑性區(qū)和錨桿屈服四個(gè)臨界狀態(tài)準(zhǔn)則下，圍巖.初期支護(hù)整體穩(wěn)定性安全系數(shù)。分析得出，計(jì)算不收斂可能先于特征點(diǎn)位移突變產(chǎn)生，此時(shí)特征點(diǎn)位移突變不明顯，可以認(rèn)為特征點(diǎn)位移準(zhǔn)則的安全系數(shù)與不收斂準(zhǔn)則相同。利用圍巖塑性區(qū)準(zhǔn)則、襯砌塑性區(qū)和錨桿屈服準(zhǔn)則所得安全系數(shù)較計(jì)算不收斂和特征點(diǎn)位移準(zhǔn)則偏小，所以塑性區(qū)的貫通是破壞的必要條件，但不是充分條件，還要看是否產(chǎn)生很大的無(wú)限發(fā)展的塑性變形。對(duì)于計(jì)算不收斂和特征點(diǎn)位移突變