CN105201532B - 软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法 - Google Patents
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Abstract
软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，属于地下洞室的开挖施工技术领域，包括确定球冠状穹顶矢跨比，由上引洞直接进入球冠状底部形成A断面，球冠状穹顶第一环开挖支护，球冠状穹顶下一环开挖支护，完成穹顶中央D断面的开挖支护，球冠状穹顶离壁式被复六大步骤。本发明适用各种围岩地质条件，适用范围更广，施工工序少，节省了球冠状穹顶被复施工脚手架投入量，提高了施工功效，加快施工进度，节约施工成本，解决了在软弱围岩的复杂地质条件下地下大跨径球冠状穹顶开挖的难题，保证了施工作业时人员及设备安全，减小了对周边围岩扰动，球冠状穹顶成型质量能够得到极好地控制。
Description
技术领域
本发明属于地下洞室的开挖施工技术领域，特别是涉及到一种软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，越来越多的地下工程进入规划和施工阶段。地下洞室的大跨径球冠状穹顶为三维空间形体，设计断面轮廓始终处在动态变化中，对断面线形控制具有很高的要求。目前我国地下工程施工方法主要有全断面法、台阶法、CD中隔壁法、CRD交叉中壁法和双侧导坑法、环形预留核心土法等，这几种方法多用于铁路、公路、地铁等拱顶隧道的开挖施工。在软弱围岩的复杂地质条件下，大跨径球冠状穹顶若按照上述常规施工方法进行施工，则无法保证穹顶开挖施工作业人员及设备安全，对周边软弱围岩扰动大，球冠状穹顶成型质量难控制。随着地下储藏工程的大量建设，作为大型立式储藏洞室的重要组成部门，球冠状穹顶的施工将会给工程建设者带来了较大的施工风险和挑战。因此，需要一种适合球冠状穹顶的开挖施工方法，对工程安全、优质、高效的施工提供技术支持。
在《一种地下洞室球冠状穹顶的开挖施工方法》专利号CN103256053A中率先提出了地下洞室球冠状穹顶的开挖施工方法，但是其存在以下不足：
1.适用范围具有局限性。
球冠状穹顶为三维空间形体，设计断面轮廓始终处在动态变化中。此种施工方法只适用在Ⅱ、Ⅲ类及更好的围岩下施工，若在软弱围岩的复杂地质条件下球冠状穹顶采用自上而下的环形开挖成型质量根本无法控制，容易出现罐帽顶部塌方，无法保证开挖施工作业人员及设备安全。
2.穹顶Ⅲ部自上而下分层开挖，开挖高度较小，爆破后的石碴无法利用大型机械设备装运，影响施工进度且增加施工成本。
3.穹顶Ⅰ、Ⅱ需分两次施工，分别需要素喷混凝土作为初期支护，造成材料浪费，施工成本增加且影响施工进度。
4.本方法中的超前锚杆、超前小导管注浆的不良地质超前加固技术是复杂地质条件下一种辅助施工方法，虽然注浆后增强了围岩的稳定性，但需要注入的水泥浆液达到一定的强度要求后才可以掘进开挖，施工周期较长，投入大。球冠状穹顶在安插超前锚杆、超前小导管时安插角度无法控制，导致球冠状穹顶成型质量无法控制。
5.本方法中环形开挖法在软弱围岩的复杂地质条件下，开挖施工作业对周边围岩扰动大，容易造成球冠状穹顶顶部围岩塌方。
6.施工工艺复杂，工序繁琐，球冠状穹顶成型质量难控制。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，用来解决在软弱围岩的复杂地质条件下，大跨径球冠状穹顶按照常规施工方法进行施工，无法保证开挖施工作业人员及设备安全，对周边软弱围岩扰动大，球冠状穹顶成型质量难控制等技术问题。
一种软弱围岩下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、确定球冠状穹顶矢跨比
根据球冠状穹顶的跨度，调整穹顶设计矢高，使球冠状穹顶矢跨比为1：4.3～1:6.6；
步骤二、由上引洞直接进入球冠状穹顶底部形成A断面
由上引洞直接进入球冠状穹顶底部距外周6m处，在球冠状穹顶底部的圆截面上同时向两侧分别扩展2m～3m，形成A断面；
步骤三、球冠状穹顶第一环开挖支护
以A断面为起止点，以穹顶外周为外边缘，扩挖出宽6m或者6m以上的环形带，形成B断面环形带，中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带，扩挖B断面环形带的同时，进行拱架Ⅰ和径向系统锚杆挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带为中心，以穹顶外周为外边缘，呈伞形分布，
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ，拱架Ⅰ的端头位于靠近中央预留支撑带的一侧，拱架Ⅰ的支腿位于罐帽外周，相邻拱架Ⅰ的端头间距一致，均为0.7m～0.9m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ焊接完成，形成呈伞形分布的整体，
沿拱架Ⅰ布设Φ25径向系统锚杆，每榀拱架Ⅰ上相邻径向系统锚杆之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆的长度为4m，
拱架Ⅰ的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆，每根锁脚锚杆的长度均为4m，锁脚锚杆的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅰ间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅰ的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅰ及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、球冠状穹顶下一环开挖支护
沿中央预留支撑带的外周向内挖掘，挖出宽3m或者3m以上的环形带，形成C断面环形带，挖掘C断面环形带的同时，进行拱架Ⅱ和径向系统锚杆挂钢筋网喷射混凝土支护，
支护时，首先安装拱架Ⅱ，拱架Ⅱ为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ连接，拱架Ⅱ的另一侧为拱架Ⅱ的端头，相邻拱架Ⅱ的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ焊接完成，
沿拱架Ⅱ布设Φ25径向系统锚杆，每榀拱架Ⅱ上相邻径向系统锚杆之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆的长度为4m，
拱架Ⅱ间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅱ的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅱ及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成球冠状穹顶中央D断面的开挖支护；
步骤六、球冠状穹顶离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时的作业平台，球冠状穹顶采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架配合方木横梁及模板，
支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架，立杆排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
所述拱架Ⅰ和拱架Ⅱ均为I20型钢拱架。
所述步骤三及步骤四中的工字钢为I20工字钢。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、本发明适用各种围岩地质条件，适用范围更广；
2、本发明能够提高施工效率，加快施工进度，节约施工成本；
3、本发明能够保证施工作业时人员及设备安全，同时可有效解决球冠状穹顶成型等质量难题；
4、本发明施工工序少，能尽早使初支封闭成环，及时有效的控制围岩及支护变形，缩短了围岩暴露时间，松弛变形能够得到有效的控制，防止围岩坍塌；
5、本发明开挖施工作业对周边围岩扰动较小，可以避免穹顶顶部围岩塌方产生的施工措施费用；
6、本发明利用未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时作业平台，节省了穹顶被复施工脚手架投入量；
7、本发明解决球冠状穹顶被复时罐室高、空间大、立模困难等技术难题，施工人员更安全，有效保证洞室施工进度。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法的开挖顺序示意图。
图2为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶沿H-H方向的剖视图。
图3为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶第一环开挖支护后的状态示意图。
图4为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶第一环支护及锚杆布设示意图。
图5为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶第一环拱架Ⅰ与工字钢的焊接位置示意图。
图6为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶下一环支护及锚杆布设示意图。
图7为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶下一环拱架Ⅱ与工字钢的焊接位置示意图。
图8为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法中球冠状穹顶被复模架剖面示意图。
图9为本发明软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法的流程框图。
图中，1-A断面、2-B断面环形带、3-C断面环形带、4-D断面、201-中央预留支撑带、202-拱架Ⅰ、203-径向系统锚杆、204-锁脚锚杆、301-拱架Ⅱ、401-钢管脚手架、402-立杆、403-方木横梁、404-模板。
具体实施方式
如图所示，一种软弱围岩下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、确定球冠状穹顶矢跨比
根据球冠状穹顶的跨度，调整穹顶设计矢高，使球冠状穹顶矢跨比为1：4.3～1:6.6，保证球冠状穹顶处于最佳稳定状态；
步骤二、由上引洞直接进入球冠状穹顶底部形成A断面1
由上引洞直接进入球冠状穹顶底部距罐帽外周6m处，在穹顶底部的圆截面上同时向两侧分别扩展2m～3m，形成A断面1；
步骤三、球冠状穹顶第一环开挖支护
以A断面1为起止点，以穹顶外周为外边缘，扩挖出宽6m或者6m以上的环形带，形成B断面环形带2，穹顶中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带201，挖掘B断面环形带2的同时，进行拱架Ⅰ202和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带201为中心，以穹顶外周为外边缘，呈伞形分布，
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ202，拱架Ⅰ202的端头位于靠近中央预留支撑带201的一侧，拱架Ⅰ202的支腿位于穹顶外周，相邻拱架Ⅰ202的端头间距一致，均为0.7m～0.9m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带2开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ202焊接完成，形成呈伞形分布的整体。
沿拱架Ⅰ202布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅰ202上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅰ202的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上。
拱架Ⅰ202间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅰ202的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅰ202及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、球冠状穹顶下一环开挖支护
沿中央预留支撑带201的外周向内挖掘，挖出宽3m或者3m以上的环形带，形成C断面环形带3，挖掘C断面环形带3的同时，进行拱架Ⅱ301和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，
支护时，首先安装拱架Ⅱ301，拱架Ⅱ301为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ301的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ202连接，拱架Ⅱ301的另一侧为拱架Ⅱ301的端头，相邻拱架Ⅱ301的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带3开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ301焊接完成，
沿拱架Ⅱ301布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅱ301上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅱ301的两端均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅱ301间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅱ301的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅱ301及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成穹顶中央D断面4的开挖支护；
步骤六、球冠状穹顶离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时的作业平台，球冠状穹顶采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架401配合方木横梁403及模板404，支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架401，立杆402排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆402的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁403置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板404为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板404拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板404安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
所述拱架Ⅰ202和拱架Ⅱ301均为I20型钢拱架。
所述步骤三及步骤四中的工字钢为I20工字钢。
实施例一：一种软弱围岩下大跨径油料库球冠状穹顶罐帽的环形开挖施工方法，包括以下步骤，
步骤一、确定穹顶罐帽矢跨比
穹顶罐帽为球冠形，根据穹顶罐帽的跨度，调整穹顶罐帽设计矢高，使穹顶罐帽矢跨比为1：4.7，保证穹顶罐帽处于最佳稳定状态；；
步骤二、由上引洞直接进入罐帽底部形成A断面1
由上引洞直接进入罐帽底部距罐帽外周6m处，在罐帽底部的圆截面上同时向两侧分别扩展3m，形成A断面1；
步骤三、穹顶罐帽第一环开挖支护
以A断面1为起止点，以罐帽外周为外边缘，扩挖出宽6m的环形带，形成B断面环形带2，罐帽中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带201，挖掘B断面环形带2的同时，进行拱架Ⅰ202和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带201为中心，以罐帽外周为外边缘，呈伞形分布。
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ202，拱架Ⅰ202的端头位于靠近中央预留支撑带201的一侧，拱架Ⅰ202的支腿位于罐帽外周，相邻拱架Ⅰ202的端头间距一致，均为0.7m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带2开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ202焊接完成，形成呈伞形分布的整体，
沿拱架Ⅰ202布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅰ202上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.4m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅰ202的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅰ202间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m，
在拱架Ⅰ202的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅰ202及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、穹顶罐帽下一环开挖支护
沿中央预留支撑带201的外周向内挖掘，扩挖出宽3m的环形带，形成C断面环形带3，挖掘C断面环形带3的同时，进行拱架Ⅱ301和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，
支护时，首先安装拱架Ⅱ301，拱架Ⅱ301为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ301的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ202连接，拱架Ⅱ301的另一侧为拱架Ⅱ301的端头，相邻拱架Ⅱ301的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带3开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ301焊接完成，
沿拱架Ⅱ301布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅱ301上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.4m，每根径向系统锚杆203的长度为4m。
拱架Ⅱ301的两端均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅱ301间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m；在拱架Ⅱ301的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅱ301及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成罐帽中央D断面4的开挖支护；
步骤六、穹顶罐帽离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为穹顶罐帽被复时的作业平台，罐帽采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架401配合方木横梁403及模板404，
支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架401，立杆402排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆402的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁403置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板404为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板404拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板404安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
实施例二：一种软弱围岩下大跨径地下储藏室球冠状穹顶的环形开挖施工方法，包括以下步骤，
步骤一、确定球冠状穹顶矢跨比
根据球冠状穹顶的跨度，调整穹顶设计矢高，使球冠状穹顶矢跨比为1：4.3，保证球冠状穹顶处于最佳稳定状态；
步骤二、由上引洞直接进入球冠状穹顶底部形成A断面1
由上引洞直接进入球冠状穹顶底部距穹顶外周6m处，在穹顶底部的圆截面上同时向两侧分别扩展2.5m，形成A断面1；
步骤三、球冠状穹顶第一环开挖支护
以A断面1为起止点，以穹顶外周为外边缘，挖出宽6m的环形带，形成B断面环形带2，穹顶中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带201，挖掘B断面环形带2的同时，进行拱架Ⅰ202和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带201为中心，以穹顶外周为外边缘，呈伞形分布，
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ202，拱架Ⅰ202的端头位于靠近中央预留支撑带201的一侧，拱架Ⅰ202的支腿位于穹顶外周，相邻拱架Ⅰ202的端头间距一致，均为0.8m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带2开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ202焊接完成，形成呈伞形分布的整体，
沿拱架Ⅰ202布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅰ202上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.5m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅰ202的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅰ202间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.4m，
在拱架Ⅰ202的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅰ202及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、球冠状穹顶下一环开挖支护
沿中央预留支撑带201的外周向内挖掘，挖出宽3m的环形带，形成C断面环形带3，挖掘C断面环形带3的同时，进行拱架Ⅱ301和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，
支护时，首先安装拱架Ⅱ301，拱架Ⅱ301为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ301的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ202连接，拱架Ⅱ301的另一侧为拱架Ⅱ301的端头，相邻拱架Ⅱ301的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带3开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ301焊接完成，
沿拱架Ⅱ301布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅱ301上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.5m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅱ301的两端均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，拱架Ⅱ301间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.4m，在拱架Ⅱ301的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅱ301及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成穹顶中央D断面4的开挖支护；
步骤六、球冠状穹顶离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时的作业平台，球冠状穹顶采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架401配合方木横梁403及模板404，支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架401，立杆402排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆402的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁403置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板404为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板404拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板404安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
实施例三：一种软弱围岩下国防地下大跨径机械库球冠状穹顶的环形开挖施工方法，包括以下步骤，
步骤一、确定球冠状穹顶矢跨比
根据球冠状穹顶的跨度，调整穹顶罐帽设计矢高，使球冠状穹顶矢跨比为1:6.6，保证球冠状穹顶处于最佳稳定状态；
步骤二、由上引洞直接进入球冠状穹顶底部形成A断面1
由上引洞直接进入球冠状穹顶底部距罐帽外周6m处，在穹顶底部的圆截面上同时向两侧分别扩展3m，形成A断面1；
步骤三、球冠状穹顶第一环开挖支护
以A断面1为起止点，以穹顶外周为外边缘，挖出宽6.5m的环形带，形成B断面环形带2，穹顶中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带201，挖掘B断面环形带2的同时，进行拱架Ⅰ202和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带201为中心，以罐帽外周为外边缘，呈伞形分布。
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ202，拱架Ⅰ202的端头位于靠近中央预留支撑带201的一侧，拱架Ⅰ202的支腿位于穹顶外周，相邻拱架Ⅰ202的端头间距一致，均为0.9m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带2开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ202焊接完成，形成呈伞形分布的整体，
沿拱架Ⅰ202布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅰ202上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.6m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅰ202的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅰ202间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.5m，在拱架Ⅰ202的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅰ202及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、球冠状穹顶下一环开挖支护
沿中央预留支撑带201的外周向内挖掘，挖出宽3.5m的环形带，形成C断面环形带3，挖掘C断面环形带3的同时，进行拱架Ⅱ301和径向系统锚杆203挂钢筋网喷射混凝土支护。
支护时，首先安装拱架Ⅱ301，拱架Ⅱ301为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ301的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ202连接，拱架Ⅱ301的另一侧为拱架Ⅱ301的端头，相邻拱架Ⅱ301的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带3开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ301焊接完成。
沿拱架Ⅱ301布设Φ25径向系统锚杆203，每榀拱架Ⅱ301上相邻径向系统锚杆203之间的环向间距为0.6m，每根径向系统锚杆203的长度为4m，
拱架Ⅱ301的两端均分别打设两根Φ25锁脚锚杆204，每根锁脚锚杆204的长度均为4m，锁脚锚杆204的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅱ301间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.5m。
在拱架Ⅱ301的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，向已经铺设好的拱架Ⅱ301及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成穹顶中央D断面4的开挖支护；
步骤六、球冠状穹顶离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时的作业平台，球冠状穹顶采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架401配合方木横梁403及模板404，支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架401，立杆402排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆402的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁403置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板404为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板404拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板404安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
本发明解决了在软弱围岩的复杂地质条件下地下大跨径球冠状穹顶开挖的难题，保证了施工作业时人员及设备安全，减小了对周边围岩扰动，球冠状穹顶成型质量能够得到极好地控制。
Claims (3)
1.一种软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、确定球冠状穹顶矢跨比
根据球冠状穹顶的跨度，调整穹顶设计矢高，使球冠状穹顶矢跨比为1：4.3～1:6.6；
步骤二、由上引洞直接进入球冠状穹顶底部形成A断面(1)
由上引洞直接进入球冠状穹顶底部距外周6m处，在球冠状穹顶底部的圆截面上同时向两侧分别扩展2m～3m，形成A断面(1)；
步骤三、球冠状穹顶第一环开挖支护
以A断面(1)为起止点，以穹顶外周为外边缘，扩挖出宽6m或者6m以上的环形带，形成B断面环形带(2)，球冠状穹顶中央没有挖掘的部分作为中央预留支撑带(201)，扩挖B断面环形带(2)的同时，进行拱架Ⅰ(202)和径向系统锚杆(203)挂钢筋网喷射混凝土支护，支护后的拱架以中央预留支撑带(201)为中心，以穹顶外周为外边缘，呈伞形分布，
支护时，首先安装设置有支腿的拱架Ⅰ(202)，拱架Ⅰ(202)的端头位于靠近中央预留支撑带(201)的一侧，拱架Ⅰ(202)的支腿位于球冠状穹顶外周，相邻拱架Ⅰ(202)的端头间距一致，均为0.7m～0.9m，并用工字钢焊接连接，B断面环形带(2)开挖完成的同时，支护的拱架Ⅰ(202)焊接完成，形成呈伞形分布的整体，
沿拱架Ⅰ(202)布设Φ25径向系统锚杆(203)，每榀拱架Ⅰ(202)上相邻径向系统锚杆(203)之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆(203)的长度为4m，
拱架Ⅰ(202)的拱角、支腿下部以及端头均分别打设两根Φ25锁脚锚杆(204)，每根锁脚锚杆(204)的长度均为4m，锁脚锚杆(204)的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅰ(202)间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅰ(202)的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，
向已经铺设好的拱架Ⅰ(202)及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤四、球冠状穹顶下一环开挖支护
沿中央预留支撑带(201)的外周向内挖掘，挖出宽3m或者3m以上的环形带，形成C断面环形带(3)，挖掘C断面环形带(3)的同时，进行拱架Ⅱ(301)和径向系统锚杆(203)挂钢筋网喷射混凝土支护，
支护时，首先安装拱架Ⅱ(301)，拱架Ⅱ(301)为只设置有拱部的拱架，拱架Ⅱ(301)的一侧和步骤三中的拱架Ⅰ(202)连接，拱架Ⅱ(301)的另一侧为拱架Ⅱ(301)的端头，相邻拱架Ⅱ(301)的端头通过工字钢焊接连接，C断面环形带(3)开挖完成的同时，支护的拱架Ⅱ(301)焊接完成，
沿拱架Ⅱ(301)布设Φ25径向系统锚杆(203)，每榀拱架Ⅱ(301)上相邻径向系统锚杆(203)之间的环向间距为0.4m～0.6m，每根径向系统锚杆(203)的长度为4m，
拱架Ⅱ(301)的两端均分别打设两根Φ25锁脚锚杆(204)，每根锁脚锚杆(204)的长度均为4m，锁脚锚杆(204)的弯钩通过双面焊接，焊接在工字钢临空面侧翼缘上，
拱架Ⅱ(301)间采用Φ22的钢筋作为拱部连接筋进行连接，相邻拱部连接筋之间的间距为0.3m～0.5m，
在拱架Ⅱ(301)的下部铺设Φ8的钢筋网片，钢筋网片的网格尺寸为200mm×200mm，
向已经铺设好的拱架Ⅱ(301)及钢筋网片内喷射C25混凝土，C25混凝土的厚度均达到200mm，停止喷射；
步骤五、重复步骤四一次，完成球冠状穹顶中央D断面(4)的开挖支护；
步骤六、球冠状穹顶离壁式被复
以未开挖的洞身柱体作为球冠状穹顶被复时的作业平台，球冠状穹顶采用满堂支架法施工，即采用钢管脚手架(401)配合方木横梁(403)及模板(404)，
支架采用外径50mm、壁厚3.5mm的钢管脚手架(401)，立杆(402)排列呈放射状布置，径向间距为0.9m，环向间距为0.9m，立杆(402)的步距为1.0m，脚手架间的相互连接用支架定型扣件连接，形成环形脚手架，
方木横梁(403)置于环形脚手架顶托上，并用铁丝绑扎牢固，方木横梁的横截面尺寸为120mm×100mm，相邻方木横梁的间距为30cm，
模板(404)为长2.4m、宽1.2m、厚度14mm的竹胶板，模板(404)拼装时各块板间的空隙采用三角形板嵌补，
模板(404)安装完成后绑扎钢筋浇筑砼。
2.根据权利要求1所述的软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，其特征是：所述拱架Ⅰ(202)和拱架Ⅱ(301)均为I20型钢拱架。
3.根据权利要求1所述的软弱围岩下地下大跨径球冠状穹顶的环形开挖施工方法，其特征是：所述步骤三及步骤四中的工字钢为I20工字钢。
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