高地應(yīng)力軟巖隧洞胎式襯砌支護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)的西部大開發(fā)戰(zhàn)略和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，水利水電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正飛速發(fā)展，西部高原的高地應(yīng)力區(qū)域引水隧洞工程和交通隧洞工程正不斷涌現(xiàn)。目前，高地應(yīng)力軟巖隧洞開挖卸荷后，蠕變量大（>30cm）、變形時(shí)間長(zhǎng)（>3年），導(dǎo)致一襯與二襯之間施工間隔時(shí)間過長(zhǎng)；同時(shí)圍巖應(yīng)力分布不均勻性顯著，致使支護(hù)結(jié)構(gòu)局部破壞時(shí)受力較小部位遠(yuǎn)未發(fā)揮自身強(qiáng)度等工程問題亟待解決。
　　針對(duì)此，本文提出了胎式襯砌支護(hù)技術(shù)，其主要作用在于：胎體具有自動(dòng)卸壓功能

2、，可釋放圍巖長(zhǎng)期變形對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)造成的壓力，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)提前0.5～1年安裝；由于胎囊內(nèi)填充物具有流動(dòng)性，解決支護(hù)結(jié)構(gòu)受力不均勻問題；胎式支護(hù)結(jié)構(gòu)可以給定圍巖指定支護(hù)力，且力的大小可以根據(jù)實(shí)際工程情況調(diào)節(jié)通過自動(dòng)卸壓閥來完成。
　　為了定量分析胎式襯砌支護(hù)技術(shù)的支護(hù)效果和支護(hù)機(jī)理，基于壓力采集系統(tǒng)、應(yīng)變采集儀、電動(dòng)千斤頂和自制胎體以及自主研發(fā)的模擬圍巖蠕變工況下胎式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)裝置和環(huán)形隧洞模擬試驗(yàn)裝置，開展了系列試驗(yàn)，具體研

3、究成果如下：
　　1）胎式襯砌對(duì)隧洞側(cè)壁支護(hù)作用試驗(yàn)研究
　　提出胎式襯砌支護(hù)技術(shù)的支護(hù)原理，將支護(hù)過程分為了4個(gè)階段：胎式襯砌安裝階段、胎式襯砌均勻傳力階段、胎式襯砌卸壓閾值調(diào)節(jié)階段和胎式襯砌自動(dòng)卸壓階段。
　　通過試驗(yàn)得到，相同荷載下充氣胎體使得簡(jiǎn)支梁彎矩減小了30％和撓度減小了50%。
　　充氣胎式簡(jiǎn)支梁的最大彎矩是充水胎式襯砌的簡(jiǎn)支梁的最大彎矩0.8倍，即充氣式胎式襯砌均勻傳力效果更好。
　　建立胎

4、式襯砌簡(jiǎn)支梁的壓力分布模型，并與傳統(tǒng)簡(jiǎn)支梁受力相比，胎式襯砌簡(jiǎn)支梁受力由集中荷載較為均勻地向兩端分布，定量得到胎式襯砌將集中荷載均勻分布的規(guī)律。
　　2）胎式襯砌對(duì)沖擊荷載緩沖作用和集成技術(shù)研究
　　通過試驗(yàn)得到胎式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)可以極大消除巖塊墜落造成的沖擊荷載，沖擊荷載可降低約50%。
　　創(chuàng)新性地提出胎式襯砌與泡沫混凝土集成支護(hù)技術(shù)，通過試驗(yàn)得到泡沫混凝土在壓密過程中卸除12%的荷載后由胎式襯砌將剩余壓力均勻分布給

5、支護(hù)結(jié)構(gòu)，使得最大彎矩再次降低20%。
　　3）環(huán)形隧洞胎式襯砌試驗(yàn)研究
　　基于自主研發(fā)的模擬環(huán)形隧洞的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行環(huán)形隧道模擬試驗(yàn)，通過試驗(yàn)可得彎矩最大值降低了50%~60%，與胎式襯砌對(duì)隧洞側(cè)壁支護(hù)試驗(yàn)相比可得，胎式襯砌用于環(huán)形隧洞的拱圈的均勻化傳力效果要好。
　　提出混凝土襯砌與胎式襯砌集成支護(hù)技術(shù)，基于SMSolver提出優(yōu)化支護(hù)結(jié)構(gòu)的方法。
　　4）工程應(yīng)用研究
　　基于丹巴引水隧洞工程，以埋