›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (S2): 513-518.doi: 10.16285/j.rsm.2015.S2.071

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大跨度地下工程支护结构研究

肖丛苗1, 2,张顶立1,朱焕春3,张成平1   

  1. 1. 北京交通大学 土建学院,北京 100044;2. 第二炮兵工程设计研究院,北京 100011;3. ITASCA(武汉)咨询有限公司,湖北 武汉 430074
  • 收稿日期:2015-04-16 出版日期:2015-08-31 发布日期:2018-06-14
  • 作者简介:肖丛苗,男,1975年生,博士研究生,工程师,主要从事大跨度地下工程支护技术的设计与研究工作
  • 基金资助:
    国家科技支撑计划项目(No.2012BAJ01B03)

Study of large-span underground engineering supporting structure

XIAO Cong-miao1, 2, ZHANG Ding-li1, ZHU Huan-chun3, ZHANG Cheng-ping1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. The Second Artillery Engineering Design and Research Institute, Beijing 100011, China; 3. Itasca Wuhan Consulting China Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430074, China
  • Received:2015-04-16 Online:2015-08-31 Published:2018-06-14

摘要: 针对大跨度地下工程结构受力复杂、安全风险高的工程特点,采用理论分析、经验评价、数值模拟的综合评价方法,对某地下实验大厅的支护结构稳定性进行综合评价。通过多种塑性力学计算方法,对比了卡柯(Caquot)公式、芬纳(Fenner)公式、修正的芬纳公式或卡斯特纳(Kastner)公式在具体工程中的应用,优化分析得出适合于硬岩条件下大跨度结构的理论分析方法。采用Q评价系统和工程类比方法,确定了大跨度地下工程锚杆、锚索和喷射混凝土的支护参数,通过相似工程的经验类比,认为锚索长度应不小于跨度的40%。采用三维离散元计算方法对支护结构的稳定性进行数值模拟,数值计算中的岩体采用基于HB强度准则的应变软化模型,结构面采用基于摩尔-库仑强度准则的理想弹塑性模型。通过数值分析,对边墙上部施加3排预应力锚索,边墙变形得到抑制,同时围岩潜在失稳块体数量和范围显著得到有效的控制。通过支护结构的应力分析得出60%的锚杆轴力在2.0~2.25 MN之间,表明地下工程具有良好的安全性。建立了塑性区理论分析、经验类比和数值模拟的综合评价方法,形成三位一体的评价体系,可有效地对大跨度支护结构的合理性进行评价。综合分析可知,支护方案设计合理时,能够有效应对围岩中的块体稳定风险和高应力破坏现象;在局部安全性较差的部位,锚索和锚杆应力水平相对较高,可以考虑对适当降低锚索预张拉力、增加随机锚杆数量。

关键词: 大跨度, 支护结构, 稳定性, 综合评价

Abstract: According to the characteristics of long span underground engineering’s complex structure and high safety risk, the paper establishes a synthetically evaluation system by theoretical analysis, numerical simulation and experience evaluation. Through a variety of plastic mechanical calculation method, the Caquot formula, Fenner formula, modified Fenner and Kastner formulas are applied to project practice; select one method is most suitable analyze way for large span structures in hard rock. Using Q system and engineering analogy, determine the supporting parameters of anchor bolt in large-span underground engineering. The length of anchor bolt depends directly on the excavation span in Q system, at same time we can get support parameters of shotcrete. By analyzing the same level span underground works, determined that cable length should longer than 40% of the underground work’s span. Through the three-dimensional discrete element to evaluate the stability of supporting structures. In numerical calculations, rock strength criterion can be defined by the strain-softening model of HB. Constitutive relations of structural surface can use ideal elastoplastic model in Mohr-Coulomb strength criterion. After applying three rows of prestressed-cables at the upper side wall, the of deformation of side wall is significantly reduced. At the same time, the number of potential instability surrounding rock mass and scope are effective significantly controlled. By stress analysis of supporting structure,it is show that the 60% of the anchor’s axial force is between 2.0-2.25 MN; the underground engineering has a good safety. Through the synthetically evaluation system including plastic area analysis, numerical simulation and experience analysis, the formation of three-in-one evaluation system is reached. This system can be used for large-span support structure’s rationality evaluation. Through the analysis, The supporting design scheme can effectively deal with the failure phenomenon of rock block stability risk. In local lowly safety parts, anchor and anchor-cable stress level is comparatively high, can reduce the anchor-cable’s pretension force and increase the number of random anchor.

Key words: large span, supporting structure, stability, comprehensive evaluation

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[1] 苏永华, 李诚诚. 强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 389-398.
[2] 朱彦鹏, 陶钧, 杨校辉, 彭俊国, 吴强, . 框架预应力锚托板结构加固高填方边坡 设计与数值分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 612-623.
[3] 刘顺青, 黄献文, 周爱兆, 蔡国军, 姜朋明, . 基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性 分析方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 350-358.
[4] 聂秀鹏, 逄焕平, 孙志彬, 谢松梅, 侯超群. 三维加筋边坡地震稳定性上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3483-3492.
[5] 朱才辉, 崔 晨, 兰开江, 东永强. 砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除 对榆林卫城稳定性影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3153-3166.
[6] 陈冲, 王卫, 吕华永, . 基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3207-3217.
[7] 陈建功, 李 会, 贺自勇, . 基于变分法的均质土坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2931-2937.
[8] 蒋泽锋, 张戈, 朱大勇, 王军, . 锚固力作用下的边坡临界滑动场法研究与应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2799-2806.
[9] 王宏磊, 孙志忠, 刘永智, 武贵龙, . 青藏铁路含融化夹层路基热力响应监测分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2815-2824.
[10] 陈峥, 何平, 颜杜民, 高红杰, 聂奥祥, . 超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2154-2162.
[11] 李 驰, 王 硕, 王燕星, 高 瑜, 斯日古楞, . 沙漠微生物矿化覆膜及其稳定性的现场试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1291-1298.
[12] 余 国, 谢谟文, 郑正勤, 覃事河, 杜 岩, . 基于GIS的边坡稳定性计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1397-1404.
[13] 吴梦喜, 高桂云, 杨家修, 湛正刚, . 砂砾石土的管涌临界渗透坡降预测方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 861-870.
[14] 谭国宏, 肖海珠, 杜 勋, 胡文军. 大跨度公铁合建斜拉桥主塔沉井基础沉降变形分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1113-1120.
[15] 王启茜, 周洪福, 符文熹, 叶 飞, . 水流拖曳力对斜坡浅层土稳定性的影响分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 759-766.
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[1] 谭贤君,陈卫忠,杨建平,杨春和. 盐岩储气库温度-渗流-应力-损伤耦合模型研究[J]. , 2009, 30(12): 3633 -3641 .
[2] 魏 星,王 刚,余志灵. 交通荷载下软土地基长期沉降的有限元法[J]. , 2010, 31(6): 2011 -2015 .
[3] 温世亿,李静,苏霞,姚雄. 复杂应力条件下围岩破坏的细观特征研究[J]. , 2010, 31(8): 2399 -2406 .
[4] 毛 宁,张尧亮. 经验公式简便求法典型实例[J]. , 2010, 31(9): 2978 -2982 .
[5] 刘 杰,李建林,屈建军,陈 星,李剑武,骆世威. 基于卸荷岩体力学的大岗山坝肩边坡水平位移发育的多因素影响分析[J]. , 2010, 31(11): 3619 -3626 .
[6] 李伟华,赵成刚,杜楠馨. 软弱饱和土夹层对地铁车站地震响应的影响分析[J]. , 2010, 31(12): 3958 -3963 .
[7] 韩现民. 西格二线关角隧道浅埋砂层段施工技术及力学效应研究[J]. , 2010, 31(S2): 297 -302 .
[8] 蒋臻蔚,彭建兵,王启耀. 西安市地铁3号线不良地质问题及对策研究[J]. , 2010, 31(S2): 317 -321 .
[9] 刘用海,朱向荣,常林越. 基于Casagrande法数学分析确定先期固结压力[J]. , 2009, 30(1): 211 -214 .
[10] 李兴高,刘维宁. 挡土结构上水-土压力分算的进一步探讨[J]. , 2009, 30(2): 419 -424 .