黄土隧道新型组合结构支护效果分析及参数优化研究

黄土隧道在开挖过程中经常发生支护结构破坏或过度变形。依托某黄土隧道,提出一种新型组合结构支护体系(π形拱架),采用理论计算对比了π形拱架与传统工字钢提供的支护反力,结合现场监测和数值模拟分析了不同支护体系下围岩控制效果,优化新型组合结构的构造参数,同时基于正交试验探究了构造参数对围岩支承效果影响显著性大小。结果表明:π形拱架提供的支护反力是型钢钢架的3.14倍,具有强度大、承载力高的优势;建立对比分析模型,较传统支护体系相比,新型支护体系下的拱顶沉降降幅达到53.8%,等效塑性应变减少约64.4%,初期支护最大压应力和拉应力分别减少约35.3%、35.9%;进而建立参数优化模型,通过对围岩竖向位移和塑性区的综合评估,建议拱架壁厚取6 mm,灌浆强度选择C30,翼板长度以200 mm为宜;结合正交试验结果,各因素影响程度由小到大依次为因素B(灌浆强度)<因素A(钢管壁厚)<因素C(翼板长度)。本研究可进一步促进新型拱架在黄土隧道施工支护中的应用。