软弱围岩隧道预支护结构力学机理研究及工程应用

第1章 绪 论 / 1
1.1 隧道预支护的意义及前景 / 1
1.2 隧道预支护的主要手段比较 / 2
1.3 管棚及水平旋喷的研究现状 / 4
1.3.1 管棚的研究现状 / 4
1.3.2 水平旋喷拱棚研究现状 / 7
1.3.3 对研究现状的认识 / 11
1.4 本书的主要内容 / 12

第2章 隧道超前预支护力学模型研究 / 13
2.1 管棚预支护改进梁模型研究 / 13
2.1.1 管棚预支护结构力学模型既有研究分析 / 13
2.1.2 改进的管棚地基梁模型 / 15
2.1.3 改进的管棚弹性地基梁模型简化求解 / 19
2.2 水平旋喷预支护拱棚壳模型研究 / 38
2.2.1 壳体力学的基本理论 / 38
2.2.2 水平旋喷拱棚弹性地基柱壳模型的建立 / 44
2.2.3 水平旋喷拱棚力学表达式推导 / 51
2.2.4 水平旋喷拱棚壳体模型案例分析 / 58
2.3 本章小结 / 63

第3章 基于改进梁模型注浆管棚预支护效果分析 / 64
3.1 石头岗隧道下穿衡昆高速浅覆工程 / 64
3.1.1 工程概况 / 64
3.1.2 管棚超前预支护效果 / 67
3.2 长大管棚内力测试及分析 / 69
3.2.1 测试方案 / 69
3.2.2 测试结果分析 / 70
3.3 管棚力学机理的数值研究 / 79
3.3.1 模型建立 / 79
3.3.2 相关参数选取 / 80
3.3.3 模拟结果与实测对比分析 / 84
3.4 小结 / 86

第4章 隧道水平旋喷拱棚力学机制和工程应用 / 87
4.1 工程算例 / 87
4.1.1 工程概况 / 87
4.1.2 水平旋喷桩施工 / 89
4.2 壳体解析模型验证分析 / 90
4.2.1 A类型情况对比验证 / 92
4.2.2 B类型情况对比验证 / 94
4.3 基于壳体解析模型旋喷拱棚变形受力分析 / 95
4.3.1 挠度分析 / 95
4.3.2 纵向受力分析 / 96
4.3.3 横向受力分析 / 99
4.4 基于壳体解析模型旋喷拱棚参数影响分析 / 101
4.4.1 桩径对拱棚挠度影响 / 101
4.4.2 初始挠度对拱棚挠度影响 / 103
4.4.3 开挖高度对拱棚挠度影响 / 104
4.4.4 开挖进尺对拱棚挠度影响 / 104
4.4.5 隧道埋深对拱棚挠度影响 / 106
4.5 本章小结 / 108

第5章 管棚缺陷对其预支护效果影响及克服 / 109
5.1 注浆饱满度对管棚承载影响试验研究 / 109
5.1.1 试验方案 / 109
5.1.2 试件制作 / 110
5.1.3 测点布置 / 113
5.1.4 加载制度及试验装置 / 114
5.1.5 试验结果分析 / 116
5.2 注浆饱满度对管棚承载影响的精细化数值研究 / 119
5.2.1 数值模型建立 / 119
5.2.2 数值试验对比分析 / 120
5.3 注浆饱满度对加强管棚承载影响试验研究 / 122
5.3.1 试件制作 / 122
5.3.2 试验结果分析 / 123
5.4 注浆饱满度对加强管棚承载影响的精细化数值研究 / 125
5.4.1 数值模型建立 / 125
5.4.2 数值计算结果分析 / 126
5.4.3 数值试验对比分析 / 130
5.5 本章小结 / 131

第6章 富水砂层隧道水平旋喷预支护效果分析 / 132
6.1 基于流固耦合作用下水平旋喷拱棚模型试验研究 / 132
6.1.1 相似关系及材料参数 / 132
6.1.2 试验方案设计 / 136
6.1.3 水平旋喷拱棚受力特性的模型试验结果分析 / 138
6.2 基于流固耦合作用下水平旋喷拱棚力学特性的数值分析 / 160
6.2.1 有限元模型建立 / 160
6.2.2 水平旋喷拱棚及掌子面受不同地下水位影响分析 / 164
6.2.3 水平旋喷拱棚及地表沉降受隧道埋深的影响分析 / 170
6.3 本章小结 / 172

第7章 结论与展望 / 173
7.1 主要结论 / 173
7.2 主要创新点 / 174
7.3 进一步研究展望 / 174

参考文献 / 176