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管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2019/2/21     浏览次数:    
    管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用
    胡雄玉,何川,杨清浩,吴迪
    摘要:提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,得到了不同隧道埋深和不同厚度的陶粒填充层时围岩变形和管片衬砌支护应力随时间的变化规律,确定了深部蠕变地层确保管片衬砌长期安全的陶粒可压缩层最小填充厚度的计算方法。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状孔隙构造使其具有高可压缩层性,可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性;理论模型可以有效地分析围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用关系,对于管片衬砌壁后填充陶粒可压缩层的厚度设计具有指导作用。研究结果对未来TBM工法在深部蠕变地层修建隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。
    对于处于深部蠕变地层的盾构隧道,采用常规单层管片衬砌辅以注浆的支护结构型式时常常难以适应其高地应力、围岩蠕变环境,衬砌结构的安全面临考验。提出了采用一种内部具有蜂窝状孔隙构造的陶粒作为让压材料,填充管片衬砌壁后超挖间隙实施让压的支护结构型式。建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,确定了陶粒可压缩层的厚度设计参数的计算方法,获得了如下结论:
    陶粒的内部蜂窝状孔隙构造使其具备高可压缩层性,压缩率可达55%,是一种新型让压材料。
    填充陶粒下管片衬砌最大轴力值较注浆下减小43%,最大正弯矩值较注浆下减小55%。可见,壁后填充陶粒对减小管片衬砌内力效果明显,陶粒可压缩层具有较好的让压效果。
    考虑围岩蠕变效应下,陶粒可压缩层同样可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性。
    陶粒填充层厚度越大,其让压效应越明显,填充厚度超过一定值后,其让压效应不再增大;陶粒峰值强度越高,其让压效果越差,需要填充的厚度越大。
    对特定的盾构隧道工程,要根据其埋深和围岩参数确定其是否为大变形隧道及隧道的蠕变特性,在此基础上根据衬砌所能承受的极限荷载采用理论模型计算陶粒的填充厚度和峰值强度,最后确定盾构机的超挖量。


本文由 武汉陶粒厂家 整理编辑。

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