高地应力软弱围岩隧道挤压型变形和可让性支护原理

软弱围岩深埋隧道修建遇到的挤压型围岩大变形问题,是山岭隧道工程中的难题。文章在对挤压型变形机制、判识方法和变形特征进行分析的基础上,介绍了挤压型变形围岩支护的可让性原则,从地层特征曲线和支护-围岩相互作用出发,阐述了可让式支护的原理并给出了相关的设计施工要点。

隧道挤压型变形与支护特性研究

针对挤压型大变形问题,通过木寨岭隧道科研试验与相关资料分析,得出挤压型大变形具有变形量大、持续时间长的特点,一般两侧为变形优势部位。测试数据表明,刚性支护中围岩压力、拱架应力、锚杆轴力值均较大,其中拱架应力值可能超过材料屈服强度,边墙锚杆较拱部锚杆作用明显,围岩压力与变形增量呈反比关系;在挤压型变形隧道中允许有控制性地释放围岩变形,能够减小支护结构上的围岩压力,有利于隧道结构的长期稳定。文中阐述了可让式支护原理,对可让式支护结构预留变形量进行初步预测,数值计算表明,采用刚性支护将位移控制在较小的范围内需要足够大的刚度,而可让式支护具有能够允许围岩一定程度的变形同时减小支护结构受力的优势,可在铁路隧道中推广使用。

隧道钢拱节点让压性能分析

为解决高地应力下隧道初期支护结构因软岩变形出现破坏的问题,对围岩让压技术进行研究,改进一种能释放支护位移、降低围岩压力的让压节点。基于有限元模拟和1∶1原型节点轴向加载试验,分析螺栓预紧力和槽型形状对让压节点工作性能的影响,分析结果表明:1)让压节点能够按设定的方式释放变形,且抵抗变形的阻力稳定;2)预紧力和滑槽形状对让压节点性能影响显著,预紧力越大,滑槽越窄,抗滑动阻力越高;3)径缩滑槽型节点消耗的能量大,安全储备高。由此可知,让压节点具备释放围岩能量的作用,工作过程中能提供稳定的阻力。