复理岩隧道初期支护喷射混凝土厚度优化研究

复理岩隧道初期支护喷射混凝土厚度优化研究

汪伟

温州市公路工程有限公司 浙江温州 325000

摘要：根据新法理论，隧道初期支护的重要方法是混凝土喷涂，具有快速调试、初始强度高、与岩石连接紧密等优点。挖隧道时，可以及时提供混凝土洒水装置，从封闭岩体到防止岩石周围的旋回、补洞和提高利用自身结构的一般能力。根据以前的研究，洒水器的强度对岩石和自身都有影响，喷雾层越厚，初始承载力就越高，柔软度就越低，易感度就越强，洒水器离岩石也越来越远。喷层越薄，混凝土越软，使得岩石周围有一定的变形，从而减轻了二楼的荷载。结果，研究不同洒水头厚度对隧道的影响，选择25厘米、27厘米、30厘米和32厘米，并采用数值模拟比较其对页岩地层的影响。

关键词：复理岩隧道；支护；喷射混凝土；厚度优化

引言

采用机械、机器人和喷混凝土速度下降的内部研究开发方法已经取得了一定的成功和经验。但是，在水、材料性能和机器人工艺等复杂条件下仍存在防潮回弹率问题。降低湿式喷气机的回弹率，确保员工健康，提高生产率，降低设计成本，并继续成为湿式喷气机应用需要解决的问题之一。采用现场试验方法，利用湿机器人的“一次性喷射厚度”影响因子，研究喷射厚度如何变化为不同的部件和工序，以获得同一项目的参考。

1.复理岩的概述

复理岩(flysch)是一种特殊的海相沉积岩，由砂岩、页岩、泥岩等岩体交替构成互层结构，单层薄，而累积厚度大，在欧洲和我国南方地区较为常见，这种围岩在干燥状态下强度较高，开挖后隧道稳定性较好，但如果遇水，则强度迅速丧失，围岩会发生较大变形。以研究欧洲某高速公路隧道为例，研究对象处于复理岩互层结构地质条件下，隧道围岩等级为V级，岩性为砂岩、页岩等多种岩体共同组成的复杂岩体，呈互层状产出，具有膨胀性，遇水易软化变形，易风化。因此研究该段隧道支护结构变化特征，优化支护设计参数尤为重要。选取复理岩互层结构地质条件下的该隧道某典型断面进行研究，分析不同初期支护喷射混凝土厚度对围岩和支护结构变形的影响程度，从而对初期支护喷射混凝土厚度进行优化。

2.喷射厚度回弹率影响规律分析

机器人混凝土灌注时，控制层的强度，以确保均匀性。这按照墙、弧和弧相交的顺序进行。在实践中，可以看出光束的厚度导致回弹量增加，较厚喷涂时会出现轻微的下降趋势或流出，喷油器的质量由于前后喷雾时间短而经常不稳定，而且喷油器难以控制。其中考虑了拱、侧壁临时喷水装置、后处理和喷水装置负责人分析6种喷淋厚度分别为2厘米、3厘米、5厘米、6厘米、8厘米、10厘米的情况，两个喷淋阶段之间的时间间隔为5分钟、8分钟和10分钟。拱的初始过程中的不同层在喷水装置中具有不同的反弹，并且反弹速率越高，厚度越薄或近似。喷水装置的反弹速率随着厚度的增加而下降，但在喷水装置分析的初始阶段，反弹速率可能会上升到最高，达到喷淋面厚度3厘米。但是，随着光束厚度的增加，由于聚集和干扰，粘结剂效果不够强，无法承受喷水装置的重力。这会导致混凝土基础下降和倒塌。

3.复理岩隧道初期支护喷射混凝土厚度优化策略

3.1喷射混凝土厚度优化方案设定

复理岩互层结构地质条件下的该隧道某典型断面进行研究，采用数值模拟分析手段，运用有限元软件MidasGTSNX建立模型，并导入FlAC3D中进行计算，综合对比喷射混凝土厚度为20cm、25cm和30cm三种工况下围岩、支护结构位移变化规律和锚杆轴力变化规律，得出如下结论:(1)随着喷射混凝土厚度的增加，隧道围岩和支护结构位移值降低幅度越来越小，锚杆轴力减小幅度也越来越小;(2)该0°倾角互层围岩隧道研究断面，拱顶处总位移值最小，边墙处总位移值最大，且边墙处沉降值也大于拱顶，因此在实际工程中设计和施作支护结构时，应重点关注此部位，必要时需采取一定的额外手段进行加固补强，避免大变形隧道失稳;(3)综合分析数值模拟计算结果，并结合现场实测数据、《公路隧道设计规范》中相关规定、原设计方案和类似工程案例经验类比，该隧道研究断面初期支护喷射混凝土厚度选取25cm更优。

3.2做喷涂试验

试验中使用的主要设备是飞机、空压机、喷淋板、电子秤等。湿喷涂飞机是河南耿公司生产的内径52毫米、喷射压力0.3 ~ 0.7 MPa的湿度喷涂飞机。压缩空气压机是咸阳航天公司生产的标准油螺杆压力压力机，排气压力为0.8 MPa。喷水板的尺寸是根据现有研究确定的，该研究表明喷水装置横截面的半径大约等于光束距离乘以流量角的正切值。喷射混凝土围绕大约形成喷射的横截面。射出喷嘴后为1.0米，最佳喷射距离约为1.0米，直径约为1.0米。360mm。因此，实验中喷涂板的尺寸为400mm×400mm，厚度为5mm，直径为6mm圆形钢筋，每20mm距离固定连接高度。检查时使用水平喷流，混凝土将喷入附在侧壁上的喷流板。在整个试验过程中，确保喷嘴位置保持不变(d .h .光束方向和距离保持不变，空气压力保持不变，并用高速照相机观察和记录整个过程。观察板中混凝土裂缝的收缩情况，并记下喷水装置的厚度，该厚度是根据此时掉落的混凝土质量和存储在其上的混凝土质量来测量的。重复此过程三次以获得平均值作为最终结果。

3.3离散单元法的应用

离散单元法计算由接触点耦合连接的不同主体组成的应力和应变。当今许多岩石类型，物质本身的强度和刚度都不高，通常是接触点或接触点处发生的变形，是确定结构位移的主要因素，从而排除了具有不确定性(自由度)的其他研究人员。此时，被调查的对象通常被视为堆叠在一起。但是，如果通过参照位移和力之间的关系来求解单个主体之间的相互力，则单个主体的运动与牛顿运动定律相同，即力和扭矩是平衡的。创建数值分析模型时，应考虑表达式和约束的平衡、变形和求解要求。具体来说，单个实体之间没有约束关系，它们之间也没有变形的约束。在这种情况下，创建数值分析模型时，只需考虑物理表达式和运动表达式的约束。

结束语

成功地在软土中应用高压锚杆，验证了主轴柱与支座相结合可以有效地限制支承箭头的变形。锚径向斜向定位降低了锚与地面之间的应力，从而大大降低了锚的根位移，改进了对基座位移的控制。能够适应底座周围复杂的环境，如果顶部层较厚的泥地层，底部层较好的土层，则可以相应地增大锚角，将固定段向下移动到较低的土层中，以提高锚的可靠性；3-5M锚定固定端在调试时应增加喷油器数量或增加爆破压力，增加固定端头，增加锚力以减小锚定变形。

参考文献

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