管棚预支护下隧道掌子面稳定性理论分析

摘要

为了探究管棚预支护下隧道掌子面稳定情况,文章结合管棚受力特点,首先建立管棚Winkler地基模型,然后将地基反力作用于模型掌子面上部;并基于刚体极限平衡理论,推导了掌子面稳定安全系数计算公式,最后以巴东隧道三号横洞某里程段为工程背景,分析有无管棚下掌子面的稳定性,并讨论各参数对管棚挠度以及掌子面稳定性的作用规律.结果表明:随着管棚直径增大、管棚支座位移减小、开挖进尺与开挖台阶高度降低、围岩内摩擦角与粘聚力增大,管棚最大挠度减小,掌子面稳定安全系数提高;较好围岩条件、较小开挖高度和较小管棚支座位移下,短进尺开挖对提高掌子面稳定的作用更明显;随着隧道埋深增大,掌子面稳定安全系数先减小,后增大,然后保持不变.这与选用的规范中围岩压力计算公式有关,隧道在浅埋条件下,围岩压力随着埋深的增大而增大;隧道在深埋与浅埋之间时,由于存在两侧岩体的夹制作用,围岩压力随着埋深增大而减小;而隧道在深埋条件下,存在塌落拱效应,围岩压力趋于稳定.