隧道开挖超前支护的均一化模型

摘要

超前支护（包括管棚和小导管注浆）是隧道开挖中保持地层稳定及控制其变形的重要手段，在隧道开挖模拟分析中需要妥善予以考虑。已有的分析模型一般是提高管棚和小导管注浆影响范围内的土体粘聚力和变形模量，或是分别模拟浆体和钢管。前者力图从总体效果上模拟超前支护对围岩的加强作用，但参数确定过于依赖经验，存在一定的随意性；后者如实模拟体系的构成，但大大增加了模型的复杂程度。采用既简单合理又能考虑其总体效应的模型是超前支护数值模拟的研究重点。为此，本文建议了一个均一化的横观各向同性弹性模型，并在超前支护的平均弹性性质参数研究基础上提出了简化模型，该模型能够用来分析钢管的间距、管径、倾角等重要影响因素。最后，本文以隧道开挖三维有限元数值模拟为例来说明均一化模型的有效性。