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原文传递高地应力软岩隧洞胎式衬砌支护技术研究

论文题名：	高地应力软岩隧洞胎式衬砌支护技术研究
关键词：	高地应力;软岩隧洞;胎式衬砌;支护结构;自动卸压
摘要：	随着我国的西部大开发战略和可持续发展战略的实施，水利水电基础设施建设正飞速发展，西部高原的高地应力区域引水隧洞工程和交通隧洞工程正不断涌现。目前，高地应力软岩隧洞开挖卸荷后，蠕变量大（>30cm）、变形时间长（>3年），导致一衬与二衬之间施工间隔时间过长；同时围岩应力分布不均匀性显著，致使支护结构局部破坏时受力较小部位远未发挥自身强度等工程问题亟待解决。　　针对此，本文提出了胎式衬砌支护技术，其主要作用在于：胎体具有自动卸压功能，可释放围岩长期变形对支护结构造成的压力，保证支护结构提前0.5～1年安装；由于胎囊内填充物具有流动性，解决支护结构受力不均匀问题；胎式支护结构可以给定围岩指定支护力，且力的大小可以根据实际工程情况调节通过自动卸压阀来完成。　　为了定量分析胎式衬砌支护技术的支护效果和支护机理，基于压力采集系统、应变采集仪、电动千斤顶和自制胎体以及自主研发的模拟围岩蠕变工况下胎式衬砌支护结构的试验装置和环形隧洞模拟试验装置，开展了系列试验，具体研究成果如下：　　1）胎式衬砌对隧洞侧壁支护作用试验研究　　提出胎式衬砌支护技术的支护原理，将支护过程分为了4个阶段：胎式衬砌安装阶段、胎式衬砌均匀传力阶段、胎式衬砌卸压阈值调节阶段和胎式衬砌自动卸压阶段。　　通过试验得到，相同荷载下充气胎体使得简支梁弯矩减小了30％和挠度减小了50%。　　充气胎式简支梁的最大弯矩是充水胎式衬砌的简支梁的最大弯矩0.8倍，即充气式胎式衬砌均匀传力效果更好。　　建立胎式衬砌简支梁的压力分布模型，并与传统简支梁受力相比，胎式衬砌简支梁受力由集中荷载较为均匀地向两端分布，定量得到胎式衬砌将集中荷载均匀分布的规律。　　2）胎式衬砌对冲击荷载缓冲作用和集成技术研究　　通过试验得到胎式衬砌支护结构可以极大消除岩块坠落造成的冲击荷载，冲击荷载可降低约50%。　　创新性地提出胎式衬砌与泡沫混凝土集成支护技术，通过试验得到泡沫混凝土在压密过程中卸除12%的荷载后由胎式衬砌将剩余压力均匀分布给支护结构，使得最大弯矩再次降低20%。　　3）环形隧洞胎式衬砌试验研究　　基于自主研发的模拟环形隧洞的试验装置，进行环形隧道模拟试验，通过试验可得弯矩最大值降低了50%~60%，与胎式衬砌对隧洞侧壁支护试验相比可得，胎式衬砌用于环形隧洞的拱圈的均匀化传力效果要好。　　提出混凝土衬砌与胎式衬砌集成支护技术，基于SMSolver提出优化支护结构的方法。　　4）工程应用研究　　基于丹巴引水隧洞工程，以埋深1200m、洞径16m的隧洞为例进行数值模拟计算，得到胎式衬砌支护技术可至少卸除5%的围岩蠕变量带来的附加应力，缩短0.6年的工期，节约厚度50cm以上的二衬混凝土用量，节约820万元以上的费用，0.6年的售电收入达45亿元，利于工程成本回收。
作者：	颜溧洲
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘杰;张玉莉;李建林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	三峡大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文