摘要:
针对复杂地质条件下大断面山岭隧道机械化施工时面临的“施工进度与安全”及“支护刚度与围岩-支护协调变形”等矛盾问题,提出一种新型钢管空间网架“面支护”结构。采用室内足尺模型试验与有限元数值模拟方法,对比传统型钢混凝土结构与新型钢管空间网架混凝土结构的力学性能差异,对支护结构的力学承载机理、失效破坏形态、应力应变演化规律等展开研究;基于现场试验,探索软弱破碎围岩大断面隧道在围岩应力重分布条件下,型钢支护与三角形钢管空间网架支护的实际支护特性差异。研究结果表明: 1)在破坏形态与裂缝扩展演化方面,传统型钢混凝土结构与钢管空间网架混凝土结构存在显著差异。相较于传统型钢混凝土试件,2种新型钢管空间网架混凝土试件均表现出更复杂的裂缝分布形态以及更强的塑性阶段承载能力维持特性。2)从荷载变形关系与混凝土应变发展来看,新型钢管空间网架结构能与混凝土更好地协同工作,表现出良好的抗弯承载能力与结构韧性。在极限承载状态下,三角形钢管空间网架混凝土试件较型钢混凝土试件的跨中挠度增大24.09%,承载能力提升25.52%。3)现场实测结果表明,三角形钢管空间网架支护使隧道拱顶沉降减小19.62%,水平收敛减小32.46%,验证了其对大断面隧道围岩收敛变形的控制能力。4)新型钢管空间网架支护安装便捷,机械化程度高,可快速形成闭环“面支护”抗力。
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