超前支护对隧道围岩应力影响的模型试验研究

摘要

针对浅埋大断面黄土隧道施工中围岩应力重分布问题，结合模型试验与数值模拟，对比无支护、超前小导管及超前管棚3种工况下围岩应力重分布规律。试验创新应用3D打印滑动连接件实现三台阶分步开挖模拟，建立内部应力监测体系。结果表明，超前管棚能在掌子面前方形成纵向长-高度高的强三维土拱，显著降低围岩应力释放率（由54.9%降至14.3%）,有效将上方土体自重转移至隧道两侧；同时，大幅抑制塑性区扩展（塑性区面积减少49.1%）并减小松弛区范围（高度由17.5 m降至14.1 m,面积由138 m²降至110 m²）,增强了围岩自承能力并改变围岩压力特性。本研究揭示了超前支护通过强化三维土拱效应以调控应力重分布的作用机制，为浅埋黄土隧道围岩压力计算与超前支护设计等提供理论依据。

关键词

浅埋黄土隧道 / 模型试验 / 超前管棚 / 超前小导管 / 围岩内部应力