TBM隧洞方钢管混凝土拱架支护关键技术与工艺体系研究

栾英成; 鹿伟; 梁丙臣; 吴怡林; 蔚立元; 孙中华; 王昆

doi:10.13247/j.cnki.jcumt.20250252

中国矿业大学学报 ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (05) : 1112 -1122. DOI: 10.13247/j.cnki.jcumt.20250252

TBM隧洞方钢管混凝土拱架支护关键技术与工艺体系研究

栾英成, 鹿伟, 梁丙臣, 吴怡林, 蔚立元, 孙中华, 王昆

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摘要

为解决挤压性软岩地层隧道掘进机(TBM)施工过程中的软岩大变形灾害治理难题，改善TBM施工工艺对重大工程灾害的适应性，引入隧道方钢管混凝土拱架高强支护技术.设计不同构造措施的拱架法兰连接节点，对比不同构造法兰节点的强度、刚度与极限变形能力；进行方钢管混凝土拱架-混凝土喷层组合结构力学加载试验，明确了拱架间距影响下组合结构的极限强度与破坏形态；开展不同空间约束条件下多榀拱架组合结构的特征值屈曲分析，阐明了空间连接状态对拱架空间失稳临界强度的影响机制；进行方钢管混凝土拱架施工现场试验，验证了设计方案对隧洞软岩大变形控制效果.研究结果表明：贯通式节点屈服强度和极限强度为非贯通式节点的1.41和1.55倍，极限变形能力为3.35倍；组合支护结构峰值荷载随拱架间距增大呈降低趋势；拱架五阶模态均为平面外失稳，拱架纵向连接范围与密度对空间稳定性具有显著影响；现场监测结果可知，H200型钢拱架与方钢混凝土拱架最大应力分别为400和150 MPa,方钢管混凝土拱架具有更高的强度储备与更好的围岩变形控制效果，为挤压性软岩地层TBM掘进隧道软岩大变形灾害治理提供理论与数据支撑.