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原文传递管棚作用机理及支护设计系统

论文题名：	管棚作用机理及支护设计系统
关键词：	管棚;隧道支护;作用机理;隧道施工;安全系数;程序开发
摘要：	管棚法，作为在软弱松散和不良地层、复杂环境条件下及城市地铁中修建隧道的一种重要的辅助施工方法，不仅能够有效地限制地表下沉，而且保持工作面和地层处于安全稳定状态，在工程现场问题解决中得到了广泛的应用。基于大量的文献和广泛的实践，借助实测资料，利用现场实验、理论分析、数值模拟等多种研究手段，对管棚作用机理进行了全面而系统地深入研究，进而进行合理的支护参数设计，并结合实际工程对本文的研究思想进行了应用，取得了一系列有益于理论和实践的研究成果。 (1)系统地研究了管棚在通过既有线隧道开挖过程中所起的作用，对其作用机理进行深入分析。管棚将上部围岩传来的比较集中的荷载分散到掌子面前方的土体和格栅(钢)拱架上，减少了塑性区的范围、减少了掌子面前方土体所受压力的强度，取得了比没有管棚预支护条件下更大的掌子面土坡稳定安全系数，从而保证了掌子面前方土体的稳定。 (2)分析了作用于管棚上的荷载，研究了其算法。管棚的受力荷载与隧道开挖洞室的高度和直径有关。为此管棚的受力荷载的确定分两种情况：1)当隧道埋置深度h＜2.0D时，认为管棚上面的围岩全部作用到管棚上，如果地面为水平，则作用在管棚上的垂直应力为：q=γh，垂直应力沿隧道纵断面的作用范围为1=Dtg(45°-ψ/2)；2)当隧道埋置深度h≥2.0D时，隧道垂直应力与隧道上方围岩埋置深度h无关，只与隧道上方围岩的坍塌高度h1有关。因此认为作用在管棚上的荷载为隧道上方松散围岩的重量，即：q=γh1=2γD。垂直应力沿隧道纵断面的作用范围为1=Dtg(45°-ψ/2)。 (3)根据理论分析公式和数值算法编制了计算程序。从计算结果中分析了管棚作用效果的影响因素。隧道施工的格栅拱架间距不应太大，一般应控制在0.75～1.5m之间。隧道拱顶和管棚的沉降量与管棚在围岩中的剩余长度关系不大。剩余长度越小，隧道掌子面越不稳定。北三环热力外线隧道的管棚在围岩中Ⅰ的剩余长度的合理值为2.0～3.0m。 (4)应用有限元程序验证了管棚的作用机理和作用效果。 (5)建立荷重模型进行管棚支护参数设计。安全地通过了施工。
作者：	钟巧荣
专业：	岩土工程
导师：	张顶立
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文