隧道围岩结构与支护体系的协同作用

摘要

本文针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点以及支护结构体系的协同作用原理等三个基本问题进行了研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为三个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.围岩的荷载效应包括浅层围岩的"给定荷载"和深层围岩的"形变荷载"两部分,并给出了具体的求解公式.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.