本书主要是针对管棚和水平旋喷拱棚两类隧道预支护结构的力学模型及受力机理开展了一系列的研究，旨在构建科学、全面的隧道预支护研究体系，以指导预支护结构的设计与施工。本书在充分调研了国内外学者的研究成果基础上，通过理论求解得到了基于Pasternak、Winkler弹性地基梁理论，并综合考虑初支综合延滞效应、掌子面前方岩土体变基床系数、围岩应力释放时空效应等因素的长大管棚预支护结构改进力学模型，进一步利用数值分析与现场实测等研究手段验证了管棚的力学机理。同时研究了长大管棚动态施工的力学响应规律，并针对管棚自身注浆缺陷及管内加筋（钢管和钢筋束）对其承载力的影响机理进行了深入研究。进一步建立了双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型，利用数值分析及现场测试等多种研究手段探究多参数变化下隧道围岩稳定性和掌子面开挖变形和受力影响规律。并针对富水砂层隧道水平旋喷拱棚随掌子面开挖的力学响应规律进行了一系列的流固耦合分析，同时开展了拱棚自身缺陷对预处理效果影响的探讨。本书理论与实践并重，研究体系科学全面，主要面向隧道与地下工程相关人员。
目录
第1章 绪 论 / 1
1.1 隧道预支护的意义及前景 / 1
1.2 隧道预支护的主要手段比较 / 2
1.3 管棚及水平旋喷的研究现状 / 4
1.3.1 管棚的研究现状 / 4
1.3.2 水平旋喷拱棚研究现状 / 7
1.3.3 对研究现状的认识 / 11
1.4 本书的主要内容 / 12
第2章 隧道超前预支护力学模型研究 / 13
2.1 管棚预支护改进梁模型研究 / 13
2.1.1 管棚预支护结构力学模型既有研究分析 / 13
2.1.2 改进的管棚地基梁模型 / 15
2.1.3 改进的管棚弹性地基梁模型简化求解 / 19
2.2 水平旋喷预支护拱棚壳模型研究 / 38
2.2.1 壳体力学的基本理论 / 38
2.2.2 水平旋喷拱棚弹性地基柱壳模型的建立 / 44
2.2.3 水平旋喷拱棚力学表达式推导 / 51
2.2.4 水平旋喷拱棚壳体模型案例分析 / 58
2.3 本章小结 / 63
第3章 基于改进梁模型注浆管棚预支护效果分析 / 64
3.1 石头岗隧道下穿衡昆高速浅覆工程 / 64
3.1.1 工程概况 / 64
3.1.2 管棚超前预支护效果 / 67
3.2 长大管棚内力测试及分析 / 69
3.2.1 测试方案 / 69
3.2.2 测试结果分析 / 70
3.3 管棚力学机理的数值研究 / 79
3.3.1 模型建立 / 79
3.3.2 相关参数选取 / 80
3.3.3 模拟结果与实测对比分析 / 84
3.4 小结 / 86
第4章 隧道水平旋喷拱棚力学机制和工程应用 / 87
4.1 工程算例 / 87
4.1.1 工程概况 / 87
4.1.2 水平旋喷桩施工 / 89
4.2 壳体解析模型验证分析 / 90
4.2.1 A类型情况对比验证 / 92
4.2.2 B类型情况对比验证 / 94
4.3 基于壳体解析模型旋喷拱棚变形受力分析 / 95
4.3.1 挠度分析 / 95
4.3.2 纵向受力分析 / 96
4.3.3 横向受力分析 / 99
4.4 基于壳体解析模型旋喷拱棚参数影响分析 / 101
4.4.1 桩径对拱棚挠度影响 / 101
4.4.2 初始挠度对拱棚挠度影响 / 103
4.4.3 开挖高度对拱棚挠度影响 / 104
4.4.4 开挖进尺对拱棚挠度影响 / 104
4.4.5 隧道埋深对拱棚挠度影响 / 106
4.5 本章小结 / 108
第5章 管棚缺陷对其预支护效果影响及克服 / 109
5.1 注浆饱满度对管棚承载影响试验研究 / 109
5.1.1 试验方案 / 109
5.1.2 试件制作 / 110
5.1.3 测点布置 / 113
5.1.4 加载制度及试验装置 / 114
5.1.5 试验结果分析 / 116
5.2 注浆饱满度对管棚承载影响的精细化数值研究 / 119
5.2.1 数值模型建立 / 119
5.2.2 数值试验对比分析 / 120
5.3 注浆饱满度对加强管棚承载影响试验研究 / 122
5.3.1 试件制作 / 122
5.3.2 试验结果分析 / 123
5.4 注浆饱满度对加强管棚承载影响的精细化数值研究 / 125
5.4.1 数值模型建立 / 125
5.4.2 数值计算结果分析 / 126
5.4.3 数值试验对比分析 / 130
5.5 本章小结 / 131
第6章 富水砂层隧道水平旋喷预支护效果分析 / 132
6.1 基于流固耦合作用下水平旋喷拱棚模型试验研究 / 132
6.1.1 相似关系及材料参数 / 132
6.1.2 试验方案设计 / 136
6.1.3 水平旋喷拱棚受力特性的模型试验结果分析 / 138
6.2 基于流固耦合作用下水平旋喷拱棚力学特性的数值分析 / 160
6.2.1 有限元模型建立 / 160
6.2.2 水平旋喷拱棚及掌子面受不同地下水位影响分析 / 164
6.2.3 水平旋喷拱棚及地表沉降受隧道埋深的影响分析 / 170
6.3 本章小结 / 172
第7章 结论与展望 / 173
7.1 主要结论 / 173
7.2 主要创新点 / 174
7.3 进一步研究展望 / 174
参考文献/ 176
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