深埋软岩隧洞双护盾TBM施工衬砌结构研究

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在隧洞与地下结构工程中,双护盾TBM技术逐渐成为深埋长输水隧洞(直径小于8m)掘进施工的优先选择。但伴随着滇中引水、引汉济渭、珠三角水资源配置等地质条件复杂的工程开工,越来越有必要进行对双护盾TBM掘进模式下的科技攻关和技术创新。因此,本文以白龙江引水工程六盘山ZQ1#输水隧洞为工程背景,基于岩体弹塑性理论和双护盾TBM掘进模式,运用了MIDAS GTS NX岩土和隧道结构分析软件,对隧洞围岩的稳定性及管片衬砌结构的受力特征进行研究,分析了隧洞V类围岩物理力学参数的变化对围岩位移、应力和管片衬砌结构位移、应力的影响,以期能为白龙江工程六盘山隧洞实际设计与施工提供一定的参考。研究过程中,主要开展的工作及得到的结论如下:(1)在高地应力作用下,对“管片”支护体系和“锚杆+管片”支护体系的两种工况的结果对比,可以得出以下结论:在构造应力场中,隧洞开挖卸荷后,拱顶、拱底位移变化较大,并且由于围岩水平压力大于围岩的竖直压力,导致洞室水平向的变形也较大;应力集中现象主要发生在隧洞洞顶和洞底,且隧洞拱腰处压应力较大。在围岩-注浆层-管片的整体中,注浆层主要是作为管片与围岩之间的传力部分。在施加锚杆支护后,围岩拱腰处变形幅度明显减小,这说明其可以显著提高软岩洞段的稳定能力,使洞周各部位围岩的位移变化相对均匀;锚杆构件可以有效降低管片应力,使其满足设计要求。(2)分析了工程区应力场资料,得到了六盘山输水隧洞段的初始应力场公式,并运用于双护盾TBM掌子面推进模拟。在掌子面的推进作业过程中,设定监测断面,对围岩竖向位移与围岩最大主应力进行分析,并且研究了管片衬砌结构的应力特点。结果表明,当掌子面推进至监测断面前0.5倍洞径时,洞顶开始发生变形;推进至监测断面后0.5倍洞径时,洞顶沉降大幅度增加;推进至监测断面后2倍洞径时,洞顶不再发生较大变化;推进至后4倍洞径时,不再发生位移沉降,监测断面保持基本稳定;围岩最大主应力变化规律与竖向位移变化规律基本一致;管片衬砌结构Mises等效应力在距掌子面2倍洞径时,基本趋于稳定,所受最大应力值未超过设计方案要求。(3)通过选定典型参数及其变化区间,对围岩物理力学参数进行了敏感性分析,得出以下结论:对于围岩位移变化,弹性模量、内摩擦角和泊松比为高敏感性参数;对于围岩应力变化,弹性模量、内摩擦角、泊松比和粘聚力均为低敏感性参数;对于管片位移变化和应力变化,弹性模量和内摩擦角为高敏感性参数,而粘聚力和内摩擦角为低敏感性参数。
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