TBM隧道锚杆滞后支护力学模型计算方法研究

张基伟 张佳鑫 陈弦 马文著 刘垚 张玉昊 孙海宁

1.北京科技大学资源与安全工程学院2.陕西煤业化工建设(集团)有限公司

摘要：为解决深埋长大隧道工程中由于围岩变形所引发的失稳和坍塌问题，采用TBM法掘进并实施锚杆支护是控制围岩变形的重要手段之一。然而，现有的理论大多忽略了锚杆滞后支护的影响。基于工作面的空间约束效应、弹塑性理论及锚杆应力均布法，提出了一种适用于深埋隧道考虑锚杆滞后支护效应的TBM隧道围岩变形与应力计算模型。通过对比分析未考虑锚杆支护、考虑锚杆滞后支护及预支护三种工况，探讨了锚杆滞后支护对围岩变形的具体影响，并利用有限元分析验证了理论的正确性。此外，通过研究锚杆物理力学参数，分析了锚杆密度因子及围岩刚度增强系数的变化规律对围岩稳定性影响。基于提出的计算模型，进一步探讨了锚杆参数对围岩变形和支护结构受力的影响。研究结果表明：锚杆滞后距离xgs越大，围岩变形越显著，锚杆支护结构所承受的围岩压力相对较小；相反，锚杆密度因子α、围岩刚度增强系数β及锚杆长度L越大，围岩变形越小，支护结构所承受围岩压力越大。当xgs<1.5rA、L<1.0rA、α<2×10-5、β<3时，围... 更多

关键词：TBM法掘进隧道;滞后支护距离;有限元法;锚杆加固参数;应力均布法;收敛约束法;

基金资助：陕西省重点研发计划项目（2024GX-YBXM-479）； 中国施工企业管理协会面上研发项目（2024-C-142）； 国家自然科学基金项目（51774183）； 兵团财政科技计划资助（2023AB016-02）；

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250307

专辑：工程科技Ⅱ辑

专题：公路与水路运输

分类号：U455.71