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深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

周建 胡坚 王浩 杨新安

周建, 胡坚, 王浩, 杨新安. 深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究[J]. 工程力学, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
引用本文: 周建, 胡坚, 王浩, 杨新安. 深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究[J]. 工程力学, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
ZHOU Jian, HU Jian, WANG Hao, YANG Xin-an. MECHANICAL STUDY ON STEP-BY-STEP TIMELY SUPPORTING FOR DEEP-BURIED TUNNELS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
Citation: ZHOU Jian, HU Jian, WANG Hao, YANG Xin-an. MECHANICAL STUDY ON STEP-BY-STEP TIMELY SUPPORTING FOR DEEP-BURIED TUNNELS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
基金项目: 国家自然科学基金项目(51178336);浙江省交通运输厅科研计划项目(2017038)
详细信息
    作者简介:

    周建(1992-),男,江苏南通人,博士生,主要从事隧道工程方面研究(E-mail:1982426967@qq.com);王浩(1991-),男,山东滕州人,博士生,主要从事隧道工程方面研究(E-mail:770893890@qq.com);杨新安(1964-),男,山西芮城人,教授,工学博士,博导,主要从事隧道及地下工程方面研究(E-mail:xyang@tongji.edu.cn).

    通讯作者: 胡坚(1986-),男,浙江温州人,工程师,工学硕士,主要从事隧道工程方面工作(E-mail:410913853@qq.com).
  • 中图分类号: TU457

MECHANICAL STUDY ON STEP-BY-STEP TIMELY SUPPORTING FOR DEEP-BURIED TUNNELS

  • 摘要: 针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-08
  • 修回日期:  2019-06-05
  • 刊出日期:  2019-12-25

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
    基金项目:  国家自然科学基金项目(51178336);浙江省交通运输厅科研计划项目(2017038)
    作者简介:

    周建(1992-),男,江苏南通人,博士生,主要从事隧道工程方面研究(E-mail:1982426967@qq.com);王浩(1991-),男,山东滕州人,博士生,主要从事隧道工程方面研究(E-mail:770893890@qq.com);杨新安(1964-),男,山西芮城人,教授,工学博士,博导,主要从事隧道及地下工程方面研究(E-mail:xyang@tongji.edu.cn).

    通讯作者: 胡坚(1986-),男,浙江温州人,工程师,工学硕士,主要从事隧道工程方面工作(E-mail:410913853@qq.com).
  • 中图分类号: TU457

摘要: 针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。

English Abstract

周建, 胡坚, 王浩, 杨新安. 深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究[J]. 工程力学, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
引用本文: 周建, 胡坚, 王浩, 杨新安. 深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究[J]. 工程力学, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
ZHOU Jian, HU Jian, WANG Hao, YANG Xin-an. MECHANICAL STUDY ON STEP-BY-STEP TIMELY SUPPORTING FOR DEEP-BURIED TUNNELS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
Citation: ZHOU Jian, HU Jian, WANG Hao, YANG Xin-an. MECHANICAL STUDY ON STEP-BY-STEP TIMELY SUPPORTING FOR DEEP-BURIED TUNNELS[J]. Engineering Mechanics, 2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
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