基于总安全系数法的隧道支护“强度-变形-时机”一体化设计方法研究

作     者：肖明清 徐晨 谢壁婷 邓朝辉 王克金 XIAO Mingqing;XU Chen;XIE Biting;DENG Zhaohui;WANG Kejin

作者机构：中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063 

出 版 物：《隧道建设(中英文)》 (Tunnel Construction)

年 卷 期：2024年第44卷第12期

页      面：2480-2499,I0071-I0090页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：“十四五”国家重点研发计划(2023YFB3711400) 

主　　题：隧道 总安全系数法 软岩大变形 支护刚度 支护时机 可缩接头 预应力锚索 

摘      要：为解决宜兴高铁兴山东隧道含炭质页岩段大变形问题,基于总安全系数法理论体系,以围岩变形和多层结构协同承载控制为目标,建立适用于主动和被动支护体系的支护“强度-变形-时机一体化设计方法。在强度满足承载要求的前提下,通过调整支护构件本身的变形能力和支护时机,使支护可变形能力大于设计支护力下围岩必需的变形量(防止支护刚度过大),并小于最小支护力下围岩必需的变形量(防止支护刚度过小),从而使整体支护结构按设计意图以最经济的方式“工作。采用该设计理论,设计“双层初期支护+可缩钢架方案和“预应力锚索主动支护方案2种支护体系,提出各分项支护构件的施作时机和安全控制要求,并在现场开展试验。试验结果表明:1)2种支护方案均有效实现了设计意图,解决了隧道含炭质页岩段大变形问题。2)采用双层初期支护+可缩钢架方案时初期支护安全系数最小值为1.83,隧道最大水平收敛为588 mm,满足设计要求;采用预应力锚索主动支护方案时围岩最大水平收敛为372 mm,锚索最大轴力为310 kN,满足设计要求。