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浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究

范永慧  
【摘要】:在浅埋破碎岩层地段进行隧道掘进时,为了克服地层稳定性差对隧洞施工的不利影响,往往需要在开挖前对工作面前方地层施加预支护,以保证围岩稳定。本课题在相关领域已有研究成果的基础上,开展浅埋破碎岩层隧道小导管预支护技术研究,主要研究内容与结论如下: (1)阐述了浅埋破碎地层条件下隧道围岩特性,指出破碎岩体的抗剪强度主要受软弱结构面或软弱夹层所控制; (2)对小导管预支护的加固机理及作用效应进行分析,表明预支护能够改善工作面前方围岩的应力状态,提高围岩稳定性。通过建立小导管预支护系统的串并联模型,可以明确预支护各单元间的相互关系,只有当各单元之间达到最佳匹配时,整个系统才能发挥最佳效用; (3)对隧道预支护原理进行深入研究,预支护力由围岩自承能力和支护结构承载力共同组成,它是隧道“围岩—支护”结构体系的承载力,要保证隧道围岩稳定,预支护力就要始终大于施工前保持岩体稳定平衡的原始内力; (4)通过比较不同工况对拱顶竖向位移的影响,表明小导管注浆支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上发挥了重要作用。进一步探讨了小导管管径、环向间距、注浆管长、开挖步长、隧道埋深等因素对小导管预支护作用效果的影响,得到以下结论: ①在管体不注浆情况下,不论改变管径、管长还是环向间距对拱顶竖向和拱肩水平位移的影响都不大; ②小导管注浆管长存在合理长度; ③在同一隧道埋深下,管体注浆长度对拱顶位移的影响是有限的,当埋深增大到一定值后,小导管预支护已不能满足控制围岩变形的要求,这时需要提高小导管预支护参数或改用其他支护方式。


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