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深埋软岩隧道钢架+锁脚锚管力学特性与工程应用研究
| 论文题名： | 深埋软岩隧道钢架+锁脚锚管力学特性与工程应用研究 |
| 关键词： | 深埋软岩隧道;支护结构;钢架;锁脚锚管;受力特性 |
| 摘要： | 软弱围岩隧道初期支护结构中，钢架+锁脚锚管是一种控制隧道围岩变形的有效且经济的支护措施，并被广泛应用于软岩隧道的开挖支护过程中。然而，关于钢架+锁脚锚管组合结构的受力特性和支护参数的研究仍不够深入。本文以深埋软岩隧道的围岩压力为切入点，首先基于竖向围岩压力时程曲线研究，确定作用在初期支护结构上的围岩压力；结合三台阶施工工法，分台阶推导了钢架+锁脚锚管组合结构内力和拱顶位移计算公式；然后在不同的围岩压力分担比、钢架型号和锁脚锚管打设直径条件下，分析了锁脚锚管的最优打设角度；最后利用 FLAC3D 数值模拟软件分台阶研究了不同锚管打设长度作用下的隧道围岩位移，确定了锁脚锚管最优打设长度。具体的结论如下： （1）分析和对比公路隧道设计规范经验公式、普氏公式的假定条件及适用范围。同时，结合统计的围岩压力实测数据，确定了深埋软岩隧道竖向围岩压力计算方法；并选取时间函数分别对同一个断面的围岩压力变化曲线和拱顶竖向位移变化曲线进行拟合，通过对比拟合结果，可采用不同台阶开挖后的拱顶竖向位移占比计算相应台阶开挖后的围岩压力。 （2）分析钢架的作用机理和锁脚锚管的作用机理，根据三台阶施工过程中钢架+锁脚锚管组合结构分台阶架设，分别建立了上台阶钢架+锁脚锚管组合结构力学计算模型和中台阶钢架+锁脚锚管组合结构力学计算模型。在此基础上，提出了上台阶和中台阶钢架受力计算方法和拱顶沉降计算公式。 （3）基于上台阶开挖后和中台阶开挖后的钢架+锁脚锚管组合结构内力和拱顶沉降研究，通过中河隧道算例从围岩压力分担比、钢架的型号和锁脚锚管打设直径三方面确定了上台阶拱脚处和中台阶拱脚处锁脚锚管的最优打设角度分别为45°和65°；再通过隧洞开挖高跨比与锚管打设角度关系的拟合公式，得出下台阶拱脚处锁脚锚管的最优打设角度为71°。 （4）在理论计算的上、中台阶拱脚处锁脚锚管最优打设角度的基础上，采用有限差分数值模拟软件，验证了拟合公式计算的下台阶拱脚处锁脚锚管的最优打设角度；并分三步对上、中、下台阶拱脚处锁脚锚管的打设长度进行数值研究，确定了各台阶拱脚处锁脚锚管的最优打设长度。 |
| 作者： | 张轩 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 邓祥辉;姚军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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