交通隧道高强约束混凝土拱架性能研究与应用

来源：中国血液净化杂志2021年第9期北京时间：

作者：王琦, 肖宇驰, 江贝, 李术才, 何满潮, 辛忠欣, 窦鹏飞

单位：1. 山东大学 岩土工程研究中心, 山东 济南 250061;2. 中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室, 北京 100083;3. 山东天勤工程科技有限公司, 山东 菏泽 274799"],"fundList_en":["Natural Science Foundation of China (52074164, 42077267, 41941018, 51927807); Major Program of Scientific and Technological Innovation of Shandong Province, China (2019SDZY04); Program for Youth Innovative Research Team in University of Shandong Province, China (2019KJG013); Natural Science Foundation of Shandong Province, China (ZR2020JQ23)

摘要：在交通隧道，尤其是大断面交通隧道建设过程中常面临开挖扰动剧烈，围岩控制困难，传统支护强度不足，易出现支护构件破断、拱架屈曲失稳、拱顶冒落掉块等问题。约束混凝土拱架是一种高强、高刚、稳定性好的新型支护形式，能够满足此类隧道的围岩控制要求。目前针对交通隧道约束混凝土拱架的研究均为单榀小比尺试验，无法模拟现场拱架之间的协同承载，试验结果与现场拱架真实受力和变形情况存在较大差别。基于此，研发了交通隧道支护结构大型力学试验系统，开展了组合工字钢拱架、组合约束混凝土拱架与单榀约束混凝土拱架的大比尺力学性能对比试验，研究了拱架的变形破坏机制与整体承载性能。试验结果表明：①工字钢拱架整体呈现“拱顶弯曲，拱腰弯扭，拱架变扁平”的变形形态，变形破坏严重。2类约束混凝土拱架的节点位置在加载后期出现大变形或破坏，单榀拱架拱顶出现平面内弯曲，整体变形较为明显，组合拱架除节点处焊缝撕裂外，加载结束时整体未出现较大变形。②组合约束混凝土拱架的刚度和承载能力分别是组合工字钢拱架的2.51倍和2.63倍，是单榀约束混凝土拱架的4.18倍和2.78倍，组合约束混凝土拱架稳定性能和承载能力较高。③试验拱架均呈现出拱顶、拱底外侧受压，拱腰外侧受拉的受力特性，拱顶位置应力的增长速率较快，拱腰位置由于向外变形受限，易发生平面外失稳，拱顶和拱腰是拱架的关键受力位置。在上述研究的基础上，提出了约束混凝土支护体系在交通隧道中应用的工程建议，研究成果可为该类支护体系的设计和后期研究提供依据。

关键词：隧道工程,约束混凝土拱架,对比试验,变形破坏机制,力学性能

基金资助：国家自然科学基金项目（52074164，42077267，41941018，51927807）；山东省重大科技创新工程项目（2019SDZY04）；山东省高等学校“青创科技计划”项目（2019KJG013）；山东省自然科学基金项目（ZR2020JQ23）