管棚支护作用机理及数值分析

李世琦

(西南交通大学，四川成都 610031)

管棚作为隧道施工中常用的超前预支护工法，能有效地防止掌子面破坏和限制围岩变形，主要应用于隧道洞口施工和穿越软弱地层、松散带、破碎带、涌水、涌砂等地段时，预防冒顶事故、控制地表沉降等，为隧道施工提供安全保障，被视为实用、高效、方便的隧道施工辅助工法之一。近年来，管棚被广泛运用于浅埋暗挖城市地铁、下穿隧道、近接施工等对变形、沉降敏感的复杂工程中，国内外学者对管棚的作用机理、加固效果等进行了深入的理论、数值模拟、实验和现场研究[1-9]，其中杨光[1]介绍了大管棚超前注浆支护的作用和原理以及大管棚超前注浆支护的施工工艺；王道远[2]根据Pasternak地基梁与Winkler弹性地基梁理论建立了力学模型从解析的角度分析了管棚的受力机制并据此预测了洞口管棚变形；孙志杰[3]建立了考虑管棚预加固效应的FLAC3D三维有限差分数值仿真模型，利用管棚整体刚度等效的方法模拟分析了隧道洞口段管棚支护体系对地层稳定的控制效果进行；满帅[4]根据现场实测数据研究了浅埋偏压洞口加固效果。

然则，管棚作用机理的理论研究仅考虑单根管棚情况下的作用，而未考虑管棚的棚架效应，与实际情况有出入[10]。在数值模拟研究中，则多采用等效刚度理论[11]，提高管棚加固区围岩土体参数的方法来近似模拟管棚功能，无法准确体现管棚受力特性与加固效果。针对上述问题，本文结合某高速公路隧道，采用FLAC3D有限差分软件建立了实体管棚三维弹塑性数值模拟模型，分析了管棚超前支护体系对隧道洞口段开挖时，管棚受力变形特性以及控制围岩稳定的效果，结果可为同类工程设计提供参考。……