管棚支护下软岩隧道掌子面稳定性研究

摘要

为揭示管棚支护对软岩隧道掌子面稳定性的加固机理，评价管棚支护对软岩隧道掌子面稳定性的加固效果，运用数值模拟方法对比分析有无管棚支护的软岩隧道掌子面的破坏模式。基于数值模拟结果，提出了一种新的考虑管棚支护和土拱效应的抛物线拱-对数螺旋掌子面破坏模型，通过极限分析上限法和强度折减法推导了管棚支护下掌子面安全系数的计算方法，并且探讨了围岩参数和管棚支护参数对掌子面稳定性的影响。研究结果表明，无管棚支护掌子面发生破坏时，上方围岩形成一大一小两个塌落拱；管棚支护条件下，掌子面破坏向拱顶发展受到限制，防止了未支护段上方局部塌落拱的形成，并使未支护段上方围岩的位移方向由竖直向下改为向掌子面挤出；隧道掌子面稳定性安全系数随围岩内摩擦角、黏聚力、管棚尺寸的增大而增大，随单次开挖长度、管棚间距的增大而减小，管棚尺寸过大对于增强掌子面稳定性缺乏经济性。

关键词

掌子面稳定 / 管棚支护 / 土拱效应 / 极限分析 / 安全系数