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地下管廊托臂支架共同作用原理

管廊稳定性问题实际上是支护结构在围岩作用下能否满足安 全性和可用性要求的问题。也就是支护结构能否满足强度、刚度 和稳定性要求。结构的力学计算有两类基本条件的,第一类是结构的几何尺寸与材料强度,是结构所受的荷载。管廊支护 结构的几何尺寸和材料强度,与一般的工程结构没有本质的区 别。而支护结构所受的荷载则不同于一般工程结构所受的荷载。 一般工程结构所受的荷载是给定的,而管廊支护结构所受的荷载 与荷载性质有关。因此,进行支架的力学计算,不但要考虑地下管廊托臂支架本身变形特性,而且要考虑围岩的力学性质。

管廊支架托臂

管廊支架托臂

管廊开挖以后,围岩产生变形,围岩变形达到一定程度,管廊就要遭受破坏,即所谓的管廊“失稳”。因此在管廊开挖之后, 一般都应及时地进行支护。地下管廊托臂支架架设后,围岩要产生变形,支架起到约束围岩变形的作用,这就使得围岩和支架之间产生相互作 用力,支架对围岩的约束力就是围岩作用于支架上的荷载。支架 所受荷载后本身也要变形,这个变形应该是与围岩的变形相协调 的,也就是说当支架与围岩接触后,两者的变形应该相等。围岩与支架的相互关系作用可以用图4-1来表示。

1.围岩变形与支架对围岩约束力的关系-围岩特性曲线显然,地下管廊托臂支架对围岩的约束力越大,则围岩变形越小,反之,支架对围岩的约束力越小,则围岩的变形找越大。例如,当围岩为理想的弹塑性体的圆形卷道,列围岩的变彤与支架约束力的关系。

这一阶段支护对围岩的约束力称为变形地压。但是,对于一 些管廊的围岩不及时和密贴护或者支护力太小,围岩的变形 就可能超过其变形极限而产生松动冒落,这时要保证管廊的稳定,管廊支架必需有足够的强度以支撑松动围岩的重量。这时围岩作用于支架上的压力称为散体地压,在这一阶段中,如果围岩的变 形越大(围岩内部的变形),则支护必需承担的散体地压就越大。 围岩的变形与支架的约束力关系称为围岩的特性曲线,如图4-2所示。

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