隧道支护管棚作用的力学模型

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1、第40卷，第1期公路工程Vo1．40．No．12015年2月HighwayEngineeringFeb．，2015隧道支护管棚作用的力学模型莫林辉。，傅鹤林，李凯(1．湖南省永龙高速公路建设开发有限公司，湖南吉首416700；2．中南大学，湖南长沙410075)[摘要】在分析隧道围岩作用于衬砌结构原理的基础上，从结构力学角度出发，采用弹性地基梁理论建立了隧道支护管棚作用的力学模型，并结合具体工程进行了推广应用。为隧道支护受力分析提供了一种新途径。[关键词】管棚；支护；力学模型；地基粱理论[中图分类号]U455．7[文献标识码]A[文章编号]1674—0610(2015)01—0

2、239—06TheMechanicalModelofTunnelPipeRoofSupportEfectMOLinhui，FUHelin，LIKai(1．Yong!ongConstructionDevelopingLTDofExpressway427000，China；2．CentralSouthUniversity，Changsha，Hunan410075，China)[Abstract]Basedontheprincipleofliningstructureanalysisoftunnelsurroundingrockeffect，fromthepointofviewofs

3、tructuremechanics，theelasticfoundationbeamtheoryestablishedthetunnelsupportpiperoofofthemechanicalmodel，andconductedapplicationcombinedwiththespecificproject．Fortunnelstipportingforceandprovidesanewwaytoanalysis．[Keywords]pipeshedsupportmechanicalmodeloffoundationbeamtheoryl概述在隧道支护中，管棚是一种极其有

4、效的手段，力学模型如图1所示。格栅拱架隧道开挖掌子面基于此，可将开挖过程分成两种情况见表1，并图1长管棚的弹性地基梁模型可建立弹性地基梁模型。Figure1Elasticfoundationmodelofpiperoofbeam表1隧道开挖及相应的弹性地基梁模型TablelTunnelexcavationandthecorrespondingelasticfoundationbeammodel序号受力特征A图力学图示B图．一一．．．一初期支护．s．d．A⋯⋯⋯一＼Jq(Jlq0梁模型睿世—⋯，，l1．．IlfI川川讯T1日⋯⋯．ED、f，⋯B0、’端部连接半无限长＼酷。、．P(

5、)u地基粱模型、45。一詈论，与实况较为吻合。现对长管棚模型进行分析。2双参数弹性地基梁模型设剪切层在，Y平面内为各向同性，其剪切模如图2所示，根据文克尔地基梁模型的假定，将量G=Gycp，则：岩土体视为弹簧体，在弹簧单元上存在一层只能产r=G(1)生剪切变形而不可压缩的土层，该理论简称巴氏理[收稿日期】2014—08—0l[作者简介]莫林辉(1964一)，男，湖南邵阳人，高级1程师，从事高速公路建设与管理T作。240公路工程40卷q(，y)型，受力如图3所示。剪切层}}()(Q(fI(＼)+Md(q()+)dM()f，／P()图3管棚受力分析图Figure3Beampatte

6、rndiscrimination图2巴氏模型Figure2Bmodel由FG段平衡条件∑Y=0日】得：0w==Gpy=G(2)6)_q㈩】(4)pay剪切层单位长度的总剪力为：对F端，由∑M=0可得：：r一GpOM一(M十d)+(Q+dQ)dx+--Ew(3)g()一p()：o(5)Ⅳy=r=GpO_Ew(4)av略去二阶微分，得：由方向力的平衡条件得：Q()：(6)警+。㈥代入(4)式得：式中：r。=kw，将式(3)式(4)代人上式得dQ(x)==6[)-q㈩](7)q(，y)=kw(x，y)一GpVw(x，y)(6)式中：q(，Y)为地基反力，kN／m；k为基床系数，由Be

7、rnoulli．Euler经典理论得荷载、位移与内kN／m；Gp为表征传递剪力的参数，kN／mm，W为地力有如下关系：基沉降，m；当Gp=0时，即为Winker地基模型。()：O3双参数弹性地基粱计簋模式的判别)一E，(8)依据上述分析，将双参数地基梁的判别方法进行总结归纳，见表2。)=一E，表2梁计算模式的判别ad。Table2beampatterndiscrimination将其代人(7)式得梁挠曲微分方程：E，一GP6+kb∞()：6q()(9)式中：b为梁的等效宽度，满足b=b[1+