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隧道建设(中英文) ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (10): 2080-2093.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2026.10.002
耿麒1, 杨润锋1, 王立川2, 3, 4, *, 章慧健4, 郭惠川3, 5, 王建伟3, 5, 刘志强6
GENG Qi1, YANG Runfeng1, WANG Lichuan2, 3, 4, *, ZHANG Huijian4, GUO Huichuan3, 5, WANG Jianwei3, 5, LIU Zhiqiang6
摘要: 针对适配于TBM引水隧洞支护快速施工的格构式高性能潮喷纤维混凝土支护结构,为验证其实际工况下的结构可靠性,研发适用于工程现场环形支护结构的足尺模型加载试验系统,并通过多工况逐级加载试验验证加载系统的长期可靠性与格构支护结构的整体承载性能。制备外径为7.8 m、厚度为0.23 m、高度为3 m的足尺格构支护结构模型; 研制包括高3 m的反力墙系统、24套独立的液压加载系统与支撑传力机构、1套PLC伺服总控的闭环控制系统,环向设24个加载点位,每个点位由2支液压油缸通过均载梁加载,单支油缸最大行程为200 mm、最大推力为2 000 kN。建立液压加载与控制系统传递函数,开展基于粒子群算法的PID(proportional-integral-derivative,比例-积分-微分)控制参数优化,给出比例系数KP、积分系数KI、微分系数KD的建议值为20、6、2,优化后超调量降至1%,可实现分段加载、保载、卸载及失稳自动卸载。现场24套系统环形加载表明: 1)在600~1 300 kN力值平均误差小于3%;Ⅴ类围岩格构支护结构非均匀加载14级中,第6~11级相对误差基本小于3%,最低为1.3%。2)支护结构裂纹主要分布于3#、12#、18#、22#点位,最终呈剪切破坏; 混凝土最大轴力为4 244 kN,钢架最大受压轴力为1 070 kN。3)针对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩设计的格构支护结构设计荷载分别为47 520、51 360、57 120 kN,安全系数为4.2~4.3,Ⅴ类围岩格构支护结构具备1.35倍设计荷载承载能力与良好变形柔韧性,该系统控制精度满足足尺试验要求。