軟弱圍巖既有隧道上方挖方與填方對承載拱效應(yīng)影響研究.pdf

1、近年來既有隧道上方挖、填方的近接工程大量涌現(xiàn)。在既有隧道上方挖方近接工程中，由于挖方可能導(dǎo)致圍巖承載拱的破壞，會使得襯砌與圍巖的受力發(fā)生改變。在既有隧道上方填方近接工程中，填方對于隧道來說是加載過程。圍巖與襯砌共同承擔(dān)荷載，但承擔(dān)比例受多項因素影響，且在填方過程中的承載拱內(nèi)變化機制尚不明確，導(dǎo)致填方引起襯砌內(nèi)力變化難以預(yù)測。因此研究既有隧道上方挖、填方過程中隧道承載拱的變化是必要的。
　　本文采用理論分析、離心模型試驗和數(shù)值模擬的

2、方法對既有隧道上方挖方對承載拱的破壞作用和填方過程中承載拱的形成和發(fā)展進行研究，同時運用應(yīng)力準(zhǔn)則和強度準(zhǔn)則對既有隧道上方挖、填方近接施工影響進行分區(qū)。研究工作和主要成果如下:
　　以理論分析為基礎(chǔ)，對隧道承載拱的概念進行解釋，并對挖方過程中承載拱的破壞過程作出預(yù)測。在挖方起始階段，襯砌內(nèi)力和圍巖壓力下降;當(dāng)挖方對承載拱產(chǎn)生破壞后，由于承載拱承載能力下降，導(dǎo)致承載拱承擔(dān)的荷載向襯砌轉(zhuǎn)移，致使圍巖壓力和襯砌內(nèi)力隨挖方減小過程中出現(xiàn)減緩

3、段或反向增大段。針對既有隧道上方填方，以圍巖特征曲線為基礎(chǔ)，分析得出在深埋條件下，隧道承載拱剛度將隨塑性區(qū)發(fā)展下降。推測在深埋條件下的填方工程，襯砌承擔(dān)的圍巖壓力增量隨隧道塑性變形量增大而增加。
　　離心試驗得出:
　　既有隧道上方挖方圍巖壓力及襯砌內(nèi)力變化過程與理論預(yù)測一致，圍巖壓力、襯砌軸力在減小過程中分別出現(xiàn)斜率減緩段、反向增大段。在定義了地應(yīng)力承擔(dān)比的基礎(chǔ)上，以地應(yīng)力承擔(dān)比作為離心試驗承載拱變范圍判斷的主要依據(jù)，得出

4、了柔性支護條件下的承載拱范圍為1.0～1.5D，剛性支護條件下承載拱范圍為2.0～2.5D。
　　既有隧道上方填方的圍巖壓力及襯砌內(nèi)力變化隨填方呈近線性增加，根據(jù)拱頂?shù)貞?yīng)力承擔(dān)比變化反映出填方過程中承載拱的發(fā)展。因襯砌對圍巖變形的限制，導(dǎo)致承載拱塑性區(qū)發(fā)展較少，圍巖壓力無法得到有效釋放。在填方過程邊墻及墻腳發(fā)生應(yīng)力集中，剛性支護與柔性支護邊墻處承擔(dān)比分別增加了0.6、0.46。
　　數(shù)值模擬得出:
　　建立圓形隧道模型