加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟

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1、第31卷第12期长江科学院院报Vo1．31No．122014年12月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteDec．2014DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2014．12．0142014，31(12)：69—73加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟李金山，秦卫星，盛松涛，李贺(长沙理工大学水利学院，长沙410004)摘要：挪威隧道施工法提出的加筋喷混凝土拱肋支护在国内外工程实践中被证明是一种经济、高效的软弱围岩支护结构。为更好地分析加筋喷混凝土拱肋对软弱围岩的支护效应，以挪威Finnfast海

2、底隧道软弱围岩段为工程实例，结合围岩质量Q系统分类方法，利用有限差分法对比研究了采用和不采用加筋喷混凝土拱肋2种方案下软弱围岩的变形、应力分布规律及屈服区体积。研究结果表明加筋喷混凝土拱肋对软弱围岩具有良好的加固效果。关键词：软弱围岩；加筋混凝土拱肋；支护效应；数值模拟中图分类号：U45文献标志码：A文章编号：1001—5485(2014)12—0069—05为在我国地下工程中更好运用加筋喷混凝土拱肋支护结构提供技术支持。1研究背景近年来，国内外越来越多地采用加筋喷混凝土2加筋喷混凝土拱肋拱肋、钢纤维喷混凝土及系统锚杆等组合结构作为地下工程软弱围岩的永久支护I4J。这种支

3、护结构加筋喷混凝土拱肋由锚杆、螺纹钢筋、箍筋及喷可有效降低建设成本和节省工期J。其中，加筋混凝土组成，施加于喷层的表面。螺纹钢筋的布置喷混凝土拱肋在1974年的Q系统支护诺模图中就形式一般为单排或双排2种，先用锚杆和箍筋对钢被建议用于支护Q值在0．001～0．1之间的软弱围筋固定，再用钢纤维喷混凝土覆盖钢筋。岩，经过EysteinGrimstad和NickBarton等人2002加筋喷混凝土拱肋组成及施工顺序见图1，图1年和2004年2次重要的补充完善，进一步细化了不(a)表示隧道轴向剖面示意图，图1(b)表示隧道横同软弱围岩中加筋喷混凝土拱肋的结构形式，为软向剖面示意图

4、。图中数字标号①至⑤表示施工的先弱围岩中加筋喷混凝土拱肋结构的设计和施工提供后顺序。喷混凝土可进一步增加喷层刚度，改善围了指导卜。然而，目前Q系统支护设计诺谟图中岩和喷层的受力状态、封闭保护螺纹钢筋与锚杆。加筋喷混凝土拱肋结构形式的确定还主要是根据工锚杆可以起到悬吊、组合梁及挤压加固的作用，同时程实践经验，原因是对该支护结构对软弱围岩的支还可以固定螺纹钢筋¨。螺纹钢筋和喷混凝土有护效应研究尚不系统，这影响了该支护结构在我国良好粘结能力，可承受较大的拉应力和剪应力，从而地下工程中的推广应用。能承担更大的围岩压力。箍筋起到固定多根螺纹钢随着岩土理论和计算机技术的发展，数值分析

5、筋的作用。喷混凝土与锚杆、螺纹钢筋及箍筋组成方法已在地下洞室围岩稳定和支护结构加固效应等研究中得到广泛应用¨“，有限差分法就是其中一种代表性的方法¨。为更好地分析加筋喷混凝土／螺纹钢筋／／拱肋对软弱围岩的支护效应，本文以挪威Finnfast墨筋海底隧道软弱围岩段为工程实例，利用有限差分方(a)隧道轴向剖面示意图(b)隧道横向剖面示意图法对比分析采用和不采用加筋喷混凝土拱肋2种方图1加筋喷混凝土拱肋组成及施_TJf序图Fig．1ComponentsandconstructionsequenceofRRS案下围岩的变形、应力分布规律及屈服区体积，以期收稿日期：2013—07—

6、20；修回日期：2013—09—15基金项目：国家自然科学基金项目(51208062)作者简介：李金山(1989一)，男，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向为岩土体结构变形与控制技术，(电话)15307494089(电子信箱)714543031@qq．com。通讯作者：秦卫星(1978一)，男，湖北仙桃人，副教授，博士，研究方向为岩土体结构变形与控制技术，(电话)13787125416(电子信箱)star-qwx008@163．COITI。第12期李金山等加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟713．3计算方案由表5至表6可知，方案1，方案2拱顶沉降量均随掌子面向前推进而增大，

7、但2方案下沉降量的为体现加筋喷混凝土拱肋的支护效应，按以下大小不同。开挖0～3m时，由于方案2还未进行支2种施工方案进行仿真模拟。护，2种方案的拱顶沉降值是相同的。开挖3～6In方案1：隧道分4步进行开挖，第1步开挖0～时，方案2在2～3rn处进行了加筋喷混凝土拱肋支3nl，第2步开挖3—6m，第3步开挖6～9m，第4护。此时，1拱的支承作用开始显现，方案2的拱顶步开挖9—11in，开挖之后不进行加筋喷混凝土拱沉降最大值相比方案1减小了13mm左右。当开肋支护。挖距离小于6m时，2种方案的拱顶沉降量的差距方案2：隧道开挖步与方