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隧道支护结构体系的刚度设计理论

张顶立  方黄城  陈立平  孙振宇  
【摘要】:隧道围岩变形是支护荷载的来源,也是诸多安全事故产生的根源,因此隧道工程设计应以围岩变形控制为核心。围岩变形本质上就是在不平衡力作用下围岩发生运动的结果,这是隧道围岩变形的根源,其变形量大小是围岩荷载与支护抗力博弈的结果,并且在围岩的不同变形阶段表现出较大的差异性;基于牛顿第二定律建立围岩变形的动力学分析概念模型,获得围岩变形演化特征方程,可对围岩变形过程进行预测和安全性评估;在给定的地层和工程条件下,由支护刚度所决定的抗力决定了围岩变形量,为此提出可以满足隧道围岩变形分布支护需求的支护刚度分布,由此形成以围岩变形控制为目标的支护刚度设计准则;针对支护系统刚度提升后所造成的支护结构荷载增大的事实,建立结构强度校核方法,可据此对支护刚度和变形控制目标进行调整,并构建了相应的支护刚度设计流程。基于上述基本理念,形成"围岩变形控制为目标,支护刚度设计为核心和强度校核作保障"的理论体系。最后,针对复杂隧道围岩大变形和严重超前破坏的特点,创建围岩与支护结构系统的协同控制理论与设计方法。

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