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摘要
管棚作为隧道施工中一种重要的加固措施被广泛应用于各类工程实践中，但管棚的受力机理以及在施工中的支护效果研究还远落后于实际工程需求，很多设计理论以及工程实践大都建立在工程类比法和经验法基础上，设计参数缺乏理论依据。以围岩与支护结构的相互作用为基础，采用双参数弹性地基梁理论，建立管棚力学分析模型，并利用有限差分法进行求解。结合京沪高速铁路隧道工程实例，对隧道开挖过程中管棚支护的变形、受力、荷载传递规律进行深入分析，并进一步研究了套拱、管径、管间距、掌子面加固等因素对管棚荷载传递及支护效果的影响。研究表明：管棚的作用机理主要表现为减小和传递围岩释放荷载，有效地限制掌子面前方围岩变形；套拱对管棚起始沉降起到较好的控制效果，管棚直径越大，刚度越大，管棚沉降越小，大直径管棚和较小的管间距更有利于促进隧道掌子面稳定；掌子面效应降低了掌子面围岩的承载能力，约降低7%,其主要承载能力降低区为掌子面前方1.8 m范围内，加固掌子面不仅能提高围岩承载能力，而且能够改善管棚的受力条件，有效地控制管棚沉降。研究成果可为研究管棚的力学行为、作用机理、适合的围岩条件等提供理论基础，对于复杂环境下隧道管棚的设计、施工具有重要的参考价值。
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单位中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司; 甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司
