大直径双护盾TBM公路隧道管片分块设计探讨

双护盾TBM预制管片分块方案设计是管片设计中的重要环节,直接关系到隧道结构的安全性和施工速度。采用数值模拟的研究手段,以青藏高原地区某条大直径公路隧道为背景,对管片分块设计方案进行研究。研究结果表明:在分块总数相同情况下,采用"X+1"分块模式的管片结构受力性能优于"等分"分块模式的管片结构;不同管片分块模式所引起的管片结构变形位移量值差异为2.724 mm。管片总数目的改变对管片结构的受力和变形特性影响很小,差值占总量的6%。本工程最终采用分块总数为7块,分块模式为"6+1"的分块形式,单环拼装时间为40 min,工程单月最大进尺为500 m。     

回填层与管片组合结构的支护性能及模型试验研究

双护盾隧道掘进机倒梯形设计及管片拼装特点使得管片与围岩之间存在一定的空隙,常采用碎石回填并注浆形成回填层。将回填层与管片视为组合结构,采用弹性力学中厚壁圆筒理论,推导组合结构支护刚度计算公式,分析回填层对组合结构支护性能的影响及回填层的承载能力、吸收变形能力,并设计相似模型试验进行验证。结果表明:回填层可以承担少量的荷载并吸收部分围岩变形,其承载能力与吸收变形的能力与回填层的弹性模量有关;回填层存在1个临界弹性模量,当回填层实际弹性模量小于临界弹性模量时组合结构的支护刚度小于管片支护刚度,当大于临界弹性模量时组合结构的支护刚度大于管片支护刚度。实际工程中,注浆固结后的回填层弹性模量处于0.8~1.5GPa之间,此时回填层的主要作用是在围岩与管片之间传递荷载。     

TBM隧道管片-豆砾石组合支护特性研究

在满足一定假设的条件下,利用厚壁圆筒弹性应变理论推导了管片-豆砾石组合支护刚度公式,为收敛约束法应用于护盾式TBM管片结构设计提供了理论基础。为了深入研究豆砾石填充层在组合支护中发挥的力学作用,文章定义了豆砾石填充层的应力分担比U_P、变形比U_u和组合支护刚度折减系数K这三个分析指标。通过工程实例及参数分析表明:(1)注浆后的豆砾石填充层不能有效地分担围岩压力,也不能有效地吸收变形,其主要功能是在管片与围岩之间传递围岩压力、传递变形;(2)填充层弹性模量存在一临界弹性模量,能使组合支护刚度性质产生突变;而填充层厚度的增加则具有对组合支护刚度性质进行强化的作用。