地下管廊托臂支架共同作用原理
管廊穩(wěn)定性問題實際上是支護結構在圍巖作用下能否滿足安 全性和可用性要求的問題。也就是支護結構能否滿足強度、剛度 和穩(wěn)定性要求。結構的力學計算有兩類基本條件的,較前類是結構的幾何尺寸與材料強度,是結構所受的荷載。管廊支護 結構的幾何尺寸和材料強度,與一般的工程結構沒有本質(zhì)的區(qū) 別。而支護結構所受的荷載則不同于一般工程結構所受的荷載。 一般工程結構所受的荷載是給定的,而管廊支護結構所受的荷載 與荷載性質(zhì)有關。因此,進行支架的力學計算,不但要考慮地下管廊托臂支架本身變形特性,而且要考慮圍巖的力學性質(zhì)。
管廊開挖以后,圍巖產(chǎn)生變形,圍巖變形達到一定程度,管廊就要遭受破壞,即所謂的管廊“失穩(wěn)”。因此在管廊開挖之后, 一般都應及時地進行支護。地下管廊托臂支架架設后,圍巖要產(chǎn)生變形,支架起到約束圍巖變形的作用,這就使得圍巖和支架之間產(chǎn)生相互作 用力,支架對圍巖的約束力就是圍巖作用于支架上的荷載。支架 所受荷載后本身也要變形,這個變形應該是與圍巖的變形相協(xié)調(diào) 的,也就是說當支架與圍巖接觸后,兩者的變形應該相等。圍巖與支架的相互關系作用可以用圖4-1來表示。
1.圍巖變形與支架對圍巖約束力的關系-圍巖特性曲線顯然,地下管廊托臂支架對圍巖的約束力越大,則圍巖變形越小,反之,支架對圍巖的約束力越小,則圍巖的變形找越大。例如,當圍巖為理想的彈塑性體的圓形卷道,列圍巖的變彤與支架約束力的關系。
這一階段支護對圍巖的約束力稱為變形地壓。但是,對于一 些管廊的圍巖不及時和密貼護或者支護力太小,圍巖的變形 就可能超過其變形極限而產(chǎn)生松動冒落,這時要保證管廊的穩(wěn)定,管廊支架必需有足夠的強度以支撐松動圍巖的重量。這時圍巖作用于支架上的壓力稱為散體地壓,在這一階段中,如果圍巖的變 形越大(圍巖內(nèi)部的變形),則支護必需承擔的散體地壓就越大。 圍巖的變形與支架的約束力關系稱為圍巖的特性曲線,如圖4-2所示。