隧道围岩支护研究综述

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1、隧道围岩支护研究综述2016.1.61前言隧道支护结构设汁的核心内容是围岩与支护，隧道设汁的主要目的是针对不同的围岩制定其相对应的支护结构和施工方法，换句话说，也就是采用不同的支护结构和施工方法对不同类別围岩变形的控制。为了能有效地对围岩变形进行控制和对支护进行合理的设计，就必须搞清楚围岩的受力变形特征，并进一步解决围岩和支护结构的相互作用。随着新技术、新科学的引入隧道工程，对围岩与支护相互作用的研究也正逐步深化。影响I韦I岩与支护相互作用的因素很复杂，包4SI韦I岩系统与支护系统两方面的影响因素，是多种因索的综合作用，需要多因索

2、的综合分析。围岩稳定性受到岩体受力状态和运营环境等诸多因素的影响，并且各因素的影响程度存在差异。纵观国内外的研究和工程实践，设计工程师在一系列问题上，如初期支护在施工期间和运营期究竟发挥多大作用，承担多少荷载;通过增加二次衬砌的厚度究竟能提供多少安全储备;锚杆究竟如何发挥作用，其作用效果如何等方面还存在着诸多疑惑。这就使得设计者难以在纵观全局的基础上确定出经济合理的设计方案。隧道支护与围岩相互作用关系是隧道力学的核心内容，隧道结构设汁中的主要问题都依赖于该项理论研究和技术的突破，因此开展《隧道初期支护与软弱围岩作用机理及应用》系统

3、研究，从隧道结构设计中的围岩与支护相互作用这一核心问题出发，围绕围岩力学特性及结构稳定性和初期支护与围岩作用关系进行研究是十分必要和迫切的。2国内外研究现状收敛约束法是将弹塑性力学和岩石力学应用到隧道和地下工程中，以进一步解释围岩和支护相互作用过程，收敛约束法的理论基础是围岩特征曲线和支护特征曲线，又称为特征曲线法。因此，对围岩与支护结构相互作用的研究，也就是对围岩特征曲线和支护特征曲线的研究。Deere和Peck(1969)具体阐述了特征曲线法的基本概念。随后，Lombards1973)解释了地层的塑性行为，此外，Lombard

4、i还研究了隧道围岩体积变化、I韦I岩强度、支护结构距隧道掌子面的距离及支护刚度与时间相关的特性对收敛约束曲线的影响⑴。Ladanyi(1974)给出了静水压力作用下圆形隧道围岩收敛约束曲线的封闭解⑵，他考虑了地层强度随吋间的降低、线性和非线性破坏包络线以及破坏导致的地层体积膨胀效应。Ladanyi(1980)又给出了隧道围岩收敛约束曲线的非线性粘弹性封闭解⑶。Daemen(1975)给出了喷混凝土支护、钢拱支护和锚杆的支护特征曲线方程⑷。1980年，Howells阐述了闱岩重力对闱岩特征曲线的影响，指出松散软弱闱岩的自重对闱岩特征

5、曲线有很大影响⑸。Kerisel(1980)认为由于围岩自重的存在，隧道洞壁各点的径向位移不尽相同，并用极限平衡法计算了不同部位重力荷载的大小⑹。Duddeck(1980)阐述了衬砌蠕变和围岩流变对收敛约束曲线的影响，指出了收敛约束法存在的主要问题是衬砌施作前隧道洞壁的径向位移的确定;同时，他建议利用有限元法确定围岩特征曲线和进行参数敏感性分析，然后再根据现场实测进行校正和调整⑺。Fairhurst(1980)从弹塑性理论出发，研究了围岩与支护的相互作用和支护刚性的影响，研究结果表明围岩塑性变形随洞壁作用力的减小而逐渐增大，围岩特

6、征曲线由弹性的直线变成下凸状曲线⑻。Brown(1983)假设二维圆形隧道处于静水压力场，利用Hoek-Brown强度准则给出了平面应变状态下围岩特征曲线的弹一脆一塑性封闭解叫Eisenstein(1984)认识到由于的三维空间效应，施工中的实际地层行为与围岩特征曲线描述的地层行为有很大的差别［口。Minh(1984)根据现场实测结果，提出了应变软化线性粘弹性模型，并对隧道围岩特征曲线进行了计算分析⑴】。Ladanyi(1988)利用线性粘弹性模型对闱岩特征曲线进行了研究，并对非线性Maxwell模型的情况进行了分析和讨论Pan(

7、1991)应用Kelvin模型、Maxwell模型和一般化的Maxwell模型研究了围岩与支护的相互作用及其支护刚性的影响冋。Kiyama(1992)根据圆形隧洞的•二维弹性解析，从理论上研究了围岩特征曲线与支护特征曲线的构成方法冋。Stilled989)15用弹塑性模型研究了在锚杆支护情况下的围岩特征曲线，证明锚杆起到了提高围岩刚性的作用，支护后围岩变形较无支护围岩明显减小ll5,o1991年，Eisenstein和Branco把收敛约朿法的计算的结果和硬粘土地层的两条注埋隧道的现场实测结果进行了对比，讨论了收敛约束法用于浅埋隧

8、道设计的适用性〔⑹。1990年，郑雨天研制了主要适用于软弱围岩的围岩特征曲线测定仪切。郑雨天(1995)描述了巷道闱岩特性曲线的实测原理，介绍了围岩特征曲线实测的直接法和间接法，以及实现这两类方法的若干法则l，8Jo王贵君(1990)进行了流变性围