基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程,然后,引入Pasternak地基模型,建立了Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型,最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力以及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈“勺形”分布,结果吻合程度较好。力学分析表明：纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约5倍开挖进尺;横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏;不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现出：初始挠度>开挖进尺>桩径>埋深>开挖高度。