加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟-长江科学院院报.PDF

　 第３１卷第１２期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．３１　Ｎｏ．１２　　 　　２０１４年１２月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｄｅｃ．２０１４　 　 　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５４８５．２０１４．１２．０１４ ２０１４，３１（１２）：６９－７３ 加筋喷混凝土拱肋支护效应的数值模拟 李金山，秦卫星，盛松涛，李　贺 （长沙理工大学 水利学院，长沙　４１０００４） 摘　要：挪威隧道施工法提出的加筋喷混凝土拱肋支护在国内外工程实践中被证明是一种经济、高效的软弱围岩 支护结构。为更好地分析加筋喷混凝土拱肋对软弱围岩的支护效应，以挪威Ｆｉｎｎｆａｓｔ海底隧道软弱围岩段为工程 实例，结合围岩质量Ｑ系统分类方法，利用有限差分法对比研究了采用和不采用加筋喷混凝土拱肋２种方案下软 弱围岩的变形、应力分布规律及屈服区体积。研究结果表明加筋喷混凝土拱肋对软弱围岩具有良好的加固效果。 关键词：软弱围岩；加筋混凝土拱肋；支护效应；数值模拟 中图分类号：Ｕ４５　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１－５４８５（２０１４）１２－００６９－０５ 为在我国地下工程中更好运用加筋喷混凝土拱肋支 护结构提供技术支持。 １　研究背景 近年来，国内外越来越多地采用加筋喷混凝土 ２　加筋喷混凝土拱肋 拱肋、钢纤维喷混凝土及系统锚杆等组合结构作为 地下工程软弱围岩的永久支护［１－４］。这种支护结构 加筋喷混凝土拱肋由锚杆、螺纹钢筋、箍筋及喷 可有效降低建设成本和节省工期［５－６］。其中，加筋 混凝土组成，施加于喷层的表面。螺纹钢筋的布置 喷混凝土拱肋在１９７４年的Ｑ系统支护诺模图中就 形式一般为单排或双排２种，先用锚杆和箍筋对钢 被建议用于支护 Ｑ值在０．００１～０．１之间的软弱围 筋固定，再用钢纤维喷混凝土覆盖钢筋。 岩，经过 ＥｙｓｔｅｉｎＧｒｉｍｓｔａｄ和 ＮｉｃｋＢａｒｔｏｎ等人２００２ 加筋喷混凝土拱肋组成及施工顺序见图１，图１ 年和２００４年２次重要的补充完善，进一步细化了不 （ａ）表示隧道轴向剖面示意图，图１（ｂ）表示隧道横 同软弱围岩中加筋喷混凝土拱肋的结构形式，为软 向剖面示意图。图中数字标号 至 表示施工的先 ① ⑤ 弱围岩中加筋喷混凝土拱肋结构的设计和施工提供 后顺序。喷混凝土可进一步增加喷层刚度，改善围 了指导［７－９］。然而，目前Ｑ系统支护设计诺谟图中 岩和喷层的受力状态、封闭保护螺纹钢筋与锚杆。 加筋喷混凝土拱肋结构形式的确定还主要是根据工 锚杆可以起到悬吊、组合梁及挤压加固的作用，同时 ［１１］ 程实践经验，原因是对该支护结构对软弱围岩的支 还可以固定螺纹钢筋 。螺纹钢筋和喷混凝土有 护效应研究尚不系统，这影响了该支护结构在我国 良好粘结能力，可承受较大的拉应力和剪应力，从而 地下工程中的推广应用。 能承担更大的围岩压力。箍筋起到固定多根螺纹钢 随着岩土理论和计算机技术的发展，数值分析 筋的作用。喷混凝土与锚杆、螺纹钢筋及箍筋组成 方法已在地下洞室围岩稳定和支护结构加固效应等 研究中得到广泛应用［１０－１１］，有限差分法就是其中一 ［１２］ 种代表性的方法 。为更好地分析加筋喷混凝