隧道高强钢管格栅与钢筋格栅承载特性室内模型试验

宋远; 黄明利; 张旭东; 张志恩

doi:10.15961/j.jsuese.202100556

工程科学与技术 ›› 2022, Vol. 54 ›› Issue (04) : 99 -111. DOI: 10.15961/j.jsuese.202100556

隧道高强钢管格栅与钢筋格栅承载特性室内模型试验

宋远, 黄明利, 张旭东, 张志恩

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摘要

强化初期支护，并快速干预围岩应力状态是保障隧道施工及运营期安全稳定的有效途径。基于此，遵循“及时支护，强支护”理念，对高强无缝钢管代替螺纹钢筋，增强初期支护结构承载能力的作用机制进行研究。通过开展钢筋格栅和钢管格栅在单独受荷，与混凝土共同受荷条件下的室内加载试验，分析2种支护结构的破坏形态、变形特征、极限承载力、全过程应力及裂缝发展规律。研究结果表明：2种支护结构的用钢量基本相同，钢管格栅最大允许变形量和极限承载力分别为钢筋格栅的1.6和1.8倍，验证了高强度无缝钢管可以有效改善格栅结构的承载性能；钢筋格栅表现出折线形压弯破坏，而钢管格栅表现为平滑曲线形破坏，且卸载后回弹变形量更大；钢管格栅混凝土试件具有与钢筋格栅混凝土试件相近的抗弯刚度，极限承载力较钢筋格栅混凝土试件提高了22.5%；钢筋格栅自身承载力有限，与混凝土形成组合结构后方能具备较高的承载能力；钢管格栅具有高强度高韧性的特点，结构受力合理，可以及时、有效地对围岩提供径向支护力，适合于软弱破碎、早期变形速度快的围岩条件。