›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (6): 1707-1713.doi: 10.16285/j.rsm.2015.06.024

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

隧道喷射混凝土强度增长规律及硬化速度对初期支护性能影响试验研究

张德华1,刘士海2,任少强3   

  1. 1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京 100044;2. 北京市市政工程研究院,北京 100037; 3. 中铁二十局集团有限公司,陕西 西安 710016
  • 收稿日期:2014-01-03 出版日期:2015-06-11 发布日期:2018-06-14
  • 作者简介:张德华,女,1972年生,博士,副教授,主要从事隧道及地下工程支护设计理论方面的研究工作
  • 基金资助:

    北京交通大学基本科研项目(No.2011JBM274)

Experimental study of effects of strength increase and hardening rate of shotcrete on its early supporting performances in tunneling

ZHANG De-hua1,LIU Shi-hai2,REN Shao-qiang3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China;2. Beijing Municipal Engineering Research Institute,Beijing 100037,China;3. China Railway 20 Bureau Group Corporation, Xi’an, Shaanxi 710016, China
  • Received:2014-01-03 Online:2015-06-11 Published:2018-06-14

摘要: 隧道结构的围岩-支护特征曲线理论表明,初期支护强度变化及支护时机将极大地影响隧道周围围岩的变形及应力分布。相应地,作为初期支护重要组成部分的喷射混凝土,其喷射后的强度增长变化规律及硬化速度也极大地影响着围岩的变形及应力重分布。为探明喷射混凝土的强度增长规律及其硬化速度对初期支护性能的影响,结合隧道工程实践,进行了一系列喷射混凝土现场试验,建立了喷射混凝土强度和弹性模量增长规律,确定了喷射混凝土硬化速度对初期支护性能的影响规律。分析表明:(1)隧道喷射混凝土早期强度发展较快、较平稳,24 h抗压强度平均值为6.4 MPa,48 h抗压强度平均值为11.4 MPa。(2)在软弱围岩中提高喷混凝土的早期强度十分重要,是控制围岩变形和稳定的关键,喷混凝土早期强度越大,隧道初期支护作用越明显。(3)喷混凝土硬化速度对控制拱顶沉降变形效果较显著。与慢速硬化相比,喷射混凝土快速硬化时拱顶沉降减少10.4%,拱脚处减小17%,边墙水平收敛减少了30.7%。(4)喷射混凝土硬化速度对控制围岩塑性变形方面差异较小。(5)应充分考虑喷射混凝土的强度硬化过程,不考虑喷射混凝土硬化速度会在一定程度上高估初期支护性能,使其相应支护结构位移明显小于考虑硬化速度时相应的结构位移。

关键词: 隧道喷射混凝土, 强度增长, 硬化速度, 初期支护, 变形

Abstract: According to the characteristic curve of the surrounding rock via support in tunnel structures, the strength and the installation timing of the early supports can significantly influence the deformation and stress distribution of surrounding rock. Consequently, as an important part of the early supports in tunneling, the shotcrete support plays an important role in the deformation and stress distribution of the surrounding rock, depending upon the strength growth and hardening rate of the shotcrete after injection. To explore the effects of the strength growth and hardening rate of shotcrete on its early supporting performance, a series of shotcrete field tests was carried out on the tunneling sites. The variations of the strength and elastic modulus of shotcrete were investigated; and the effects of the hardening rate of shotcrete on its early supporting performance were determined. It is concluded that (1) The strength of the shotcrete develops fast and stably in the beginning; the average compressive strength after 24 hours reaches 6.5 MPa; after 48 hours, it increases up to 11.5 MPa. (2) In the surrounding weak rock, it is important to improve the early strength of shotcrete so that the surrounding rock deformation can be controlled. The greater the early strength of shotcrete, the more effective the early support. (3) The shotcrete hardening rate is an important factor controlling the settlement of the tunnel vault. Compared with slowly hardening shotcrete, the rapidly hardening shotcrete can reduce the settlements at the vault and the arch foot by 10.4% and 17%,respectively, and the horizontal displacement at the sidewall by 30.7%. (4) The effect of the hardening rates on the development of the plastic zone in the surrounding rock is insignificant. (5) The strength hardening process of shotcrete should be properly taken into account, and failure to consider the hardening rate of shotcrete may overestimate the supporting performances of the support and significantly underestimate the deformation of the supporting structure.

Key words: tunneling shotcrete, strength growth, hardening rate, early support, deformation

中图分类号: 

  • TU457
[1] 宋义敏, 张 悦, 许海亮, 王亚飞, 贺志杰. 基于非均匀特征的岩石蠕滑与黏滑变形演化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 363-371.
[2] 王国辉, 陈文化, 聂庆科, 陈军红, 范晖红, 张川, . 深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩 影响的离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 399-407.
[3] 王忠凯, 徐光黎. 盾构掘进、离开施工阶段对地表变形的 影响范围及量化预测[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 285-294.
[4] 李志成, 冯先导, 沈立龙, . 沉管隧道含垄沟卵石垫层变形特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 189-194.
[5] 翟明磊, 郭保华, 王辰霖, 焦峰, . 法向卸荷下贯通裂隙岩样压剪破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 217-223.
[6] 张治国, 李胜楠, 张成平, 王志伟, . 考虑地下水位升降影响的盾构施工诱发地层 变形和衬砌响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 281-296.
[7] 刘祖强, 罗红明, 郑敏, 施云江, . 南水北调渠坡膨胀土胀缩特性及变形模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 409-414.
[8] 王川婴, 王益腾, 韩增强, 汪进超, 邹先坚, 胡胜, . 基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 549-556.
[9] 介玉新, 张延亿, 杨光华, . 土石料湿化变形计算方法探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 11-20.
[10] 侯公羽, 荆浩勇, 梁金平, 张广东, 谭金鑫, 张永康, 杨希, . 不同卸荷速率下矩形巷道变形及 声发射特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3309-3318.
[11] 雷江, 陈卫忠, 李翻翻, 于洪丹, 马永尚, 谢华东, 王富刚, . 引红济石引水隧洞围岩力学特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3435-3446.
[12] 张宜虎, 邬爱清, 周火明, 王帅, 罗荣, 范雷. 悬索桥隧道锚承载能力和变形特征研究综述[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3576-3584.
[13] 李悄, 孟繁增, 牛远志. 压重顶进框构下穿高铁引起桥墩变形及控制技术[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3618-3624.
[14] 陈卫忠, 田 云, 王学海, 田洪铭, 曹怀轩, 谢华东, . 基于修正[BQ]值的软岩隧道挤压变形预测[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3125-3134.
[15] 邓茂林, 易庆林, 韩蓓, 周剑, 李卓骏, 张富灵, . 长江三峡库区木鱼包滑坡地表变形规律分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3145-3152.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 王光勇,顾金才,陈安敏,徐景茂,张向阳. 全长粘结式锚杆加固洞室抗爆性能试验研究[J]. , 2010, 31(1): 107 -112 .
[3] 朱彦鹏,董建华. 土钉支护边坡动力模型的建立及地震响应分析[J]. , 2010, 31(4): 1013 -1022 .
[4] 杨磊,贺为民,周杨,张清明. 深层搅拌桩复合地基的优化设计[J]. , 2010, 31(8): 2575 -2579 .
[5] 迟福东,王进廷,金 峰,汪 强. 土-结构-流体动力相互作用的实时耦联动力试验[J]. , 2010, 31(12): 3765 -3770 .
[6] 艾智勇,成志勇. 层状地基中轴向受荷单桩的边界元法分析[J]. , 2009, 30(5): 1522 -1526 .
[7] 吴振君,葛修润. 求解边坡矢量和安全系数的条分法[J]. , 2009, 30(8): 2337 -2342 .
[8] 刘积魁 ,方 云 ,刘 智 ,刘建辉 ,王晓东. 钓鱼城遗址始关门破坏机制研究与 FLAC3D地震动力响应模拟[J]. , 2011, 32(4): 1249 -1254 .
[9] 徐海清 ,傅志峰 ,梁立刚 ,王国波 ,陈 梁. 列车荷载作用下紧邻垂直多孔隧道环境振动分析[J]. , 2011, 32(6): 1869 -1873 .
[10] 陈金刚 ,徐 平 ,张  ,李亚帮. 膨胀性充填裂隙峰前本构关系实验研究[J]. , 2011, 32(10): 2998 -3003 .