本書主要是針對管棚和水平旋噴拱棚兩類隧道預支護結構的力學模型及受力機理開展了一系列的研究，旨在構建科學、全面的隧道預支護研究體系，以指導預支護結構的設計與施工。本書在充分調研了國內外學者的研究成果基礎上，通過理論求解得到了基于Pasternak、Winkler彈性地基梁理論，并綜合考慮初支綜合延滯效應、掌子面前方巖土體變基床系數、圍巖應力釋放時空效應等因素的長大管棚預支護結構改進力學模型，進一步利用數值分析與現場實測等研究手段驗證了管棚的力學機理。同時研究了長大管棚動態(tài)施工的力學響應規(guī)律，并針對管棚自身注漿缺陷及管內加筋（鋼管和鋼筋束）對其承載力的影響機理進行了深入研究。進一步建立了雙參數地基的隧道預支護拱棚殼體力學模型，利用數值分析及現場測試等多種研究手段探究多參數變化下隧道圍巖穩(wěn)定性和掌子面開挖變形和受力影響規(guī)律。并針對富水砂層隧道水平旋噴拱棚隨掌子面開挖的力學響應規(guī)律進行了一系列的流固耦合分析，同時開展了拱棚自身缺陷對預處理效果影響的探討。本書理論與實踐并重，研究體系科學全面，主要面向隧道與地下工程相關人員。
目錄
第1章 緒 論 / 1
1.1 隧道預支護的意義及前景 / 1
1.2 隧道預支護的主要手段比較 / 2
1.3 管棚及水平旋噴的研究現狀 / 4
1.3.1 管棚的研究現狀 / 4
1.3.2 水平旋噴拱棚研究現狀 / 7
1.3.3 對研究現狀的認識 / 11
1.4 本書的主要內容 / 12
第2章 隧道超前預支護力學模型研究 / 13
2.1 管棚預支護改進梁模型研究 / 13
2.1.1 管棚預支護結構力學模型既有研究分析 / 13
2.1.2 改進的管棚地基梁模型 / 15
2.1.3 改進的管棚彈性地基梁模型簡化求解 / 19
2.2 水平旋噴預支護拱棚殼模型研究 / 38
2.2.1 殼體力學的基本理論 / 38
2.2.2 水平旋噴拱棚彈性地基柱殼模型的建立 / 44
2.2.3 水平旋噴拱棚力學表達式推導 / 51
2.2.4 水平旋噴拱棚殼體模型案例分析 / 58
2.3 本章小結 / 63
第3章 基于改進梁模型注漿管棚預支護效果分析 / 64
3.1 石頭崗隧道下穿衡昆高速淺覆工程 / 64
3.1.1 工程概況 / 64
3.1.2 管棚超前預支護效果 / 67
3.2 長大管棚內力測試及分析 / 69
3.2.1 測試方案 / 69
3.2.2 測試結果分析 / 70
3.3 管棚力學機理的數值研究 / 79
3.3.1 模型建立 / 79
3.3.2 相關參數選取 / 80
3.3.3 模擬結果與實測對比分析 / 84
3.4 小結 / 86
第4章 隧道水平旋噴拱棚力學機制和工程應用 / 87
4.1 工程算例 / 87
4.1.1 工程概況 / 87
4.1.2 水平旋噴樁施工 / 89
4.2 殼體解析模型驗證分析 / 90
4.2.1 A類型情況對比驗證 / 92
4.2.2 B類型情況對比驗證 / 94
4.3 基于殼體解析模型旋噴拱棚變形受力分析 / 95
4.3.1 撓度分析 / 95
4.3.2 縱向受力分析 / 96
4.3.3 橫向受力分析 / 99
4.4 基于殼體解析模型旋噴拱棚參數影響分析 / 101
4.4.1 樁徑對拱棚撓度影響 / 101
4.4.2 初始撓度對拱棚撓度影響 / 103
4.4.3 開挖高度對拱棚撓度影響 / 104
4.4.4 開挖進尺對拱棚撓度影響 / 104
4.4.5 隧道埋深對拱棚撓度影響 / 106
4.5 本章小結 / 108
第5章 管棚缺陷對其預支護效果影響及克服 / 109
5.1 注漿飽滿度對管棚承載影響試驗研究 / 109
5.1.1 試驗方案 / 109
5.1.2 試件制作 / 110
5.1.3 測點布置 / 113
5.1.4 加載制度及試驗裝置 / 114
5.1.5 試驗結果分析 / 116
5.2 注漿飽滿度對管棚承載影響的精細化數值研究 / 119
5.2.1 數值模型建立 / 119
5.2.2 數值試驗對比分析 / 120
5.3 注漿飽滿度對加強管棚承載影響試驗研究 / 122
5.3.1 試件制作 / 122
5.3.2 試驗結果分析 / 123
5.4 注漿飽滿度對加強管棚承載影響的精細化數值研究 / 125
5.4.1 數值模型建立 / 125
5.4.2 數值計算結果分析 / 126
5.4.3 數值試驗對比分析 / 130
5.5 本章小結 / 131
第6章 富水砂層隧道水平旋噴預支護效果分析 / 132
6.1 基于流固耦合作用下水平旋噴拱棚模型試驗研究 / 132
6.1.1 相似關系及材料參數 / 132
6.1.2 試驗方案設計 / 136
6.1.3 水平旋噴拱棚受力特性的模型試驗結果分析 / 138
6.2 基于流固耦合作用下水平旋噴拱棚力學特性的數值分析 / 160
6.2.1 有限元模型建立 / 160
6.2.2 水平旋噴拱棚及掌子面受不同地下水位影響分析 / 164
6.2.3 水平旋噴拱棚及地表沉降受隧道埋深的影響分析 / 170
6.3 本章小結 / 172
第7章 結論與展望 / 173
7.1 主要結論 / 173
7.2 主要創(chuàng)新點 / 174
7.3 進一步研究展望 / 174
參考文獻/ 176
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