CN107676103B - 一种特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，包括步骤：步骤一、浇筑格栅拱骨架：在特大跨度洞库开挖之前，先沿着洞库外轮廓线施作纵横交叉的微型隧道，然后利用钢筋混凝土填充该纵横交叉的微型隧道，形成格栅拱骨架，此时格栅拱骨架嵌入围岩；步骤二、开挖特大跨度洞库的主洞库：采用多级分步的开挖方法来完成整个主洞库的挖掘，且在每步开挖施工完成后，均采用钢筋网喷射混凝土来稳定围岩。因此，本发明能够在特大跨度洞库开挖前其轮廓线周边形成一个具有较高刚度和稳定性的保护层，在该格栅拱架的支护下能有效预防特大跨度洞库在开挖过程中产生变形、坍塌等质量安全事故。

Description

一种特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法

技术领域

本发明涉及一种特大跨度洞库格栅拱架支护技术及其施工方法，更具体地，涉及一种由微型隧道和格栅拱架共同组成的体系支护下的特大跨度洞库施工工法。

背景技术

随着地下空间开发利用的深入，地下结构越来越朝着大跨度的方法发展。对于特大跨度洞库等地下工程，开挖施工过程中拱顶容易发生松弛破坏而坍塌，为了保障施工安全有序的进行，现有的施工方案是采用分步开挖的技术，通过增加工序，减小一次开挖的跨度，比如常规的台阶法、中壁施工法、CRD工法、双侧壁导坑工法等。

上述方法都是通过将原有地下工程的特大跨度变为中扁平率小跨度的方法进行分块施工，因而存在对地下工程周边围岩重复挠动，施工开挖进尺效率较低，致使支护结构封闭成环的时间延长，严重影响围岩稳定性等问题。

目前，地下工程的支护依然沿用“锚杆+喷射混凝土”作为初期支护，二次衬砌作为安全储备的复合衬砌结构。由于施工技术受限，支护结构的形式尚未有较大突破，为保证特大跨度扁平洞库的安全，只能通过增加系统锚杆数量，提高支护锚杆长度，加大喷射混凝土厚度，增强二次衬砌等手段。这样工程造价被严重提高，更为重要的是施工效率也会大大降低。

发明内容

本发明解决了上述背景技术中存在的问题与不足，提供一种特大跨度洞库格栅拱架支护技术及其施工方法，该施工法具有控制源头、辅助成拱、强力支护的优点，满足特大跨度地下工程及时安全支护的要求。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种特大跨度洞库格栅拱架支护技术及其施工方法，包括以下步骤：

步骤一、浇筑格栅拱骨架

在特大跨度洞库开挖之前，先沿着洞库外轮廓线施作纵横交叉的微型隧道，然后利用钢筋混凝土填充该纵横交叉的微型隧道，形成格栅拱骨架，此时栅拱骨架嵌入围岩；

步骤二、开挖特大跨度洞库的主洞库

采用多级分步的开挖方法来完成整个主洞库的挖掘，且在每步开挖施工完成后，均采用钢筋网喷射混凝土来稳定围岩。

作为本发明的进一步改进，所述浇筑格栅拱骨架的具体施工步骤为：

1.1、开挖隧道洞库的侧壁导坑；

1.2、开挖纵向微型隧道的同时，在侧壁导坑内部浇筑边墙；

1.3、通过纵向微型隧道来对隧道洞库围岩进行超前加固；

1.4、从纵向微型隧道的内部，沿着特大跨度洞库的外轮廓线开挖横向格栅拱隧道，该横向格栅拱隧道与纵向微型隧道相互间纵横交叉；

1.5、在纵向微型隧道中铺设纵向连系梁，然后按照由内到外，先横向后纵向的顺序浇筑高强混凝土，使得横向格栅拱隧道的横向格栅拱、纵向连系梁以及边墙连接形成浇筑格栅拱骨架。

作为本发明的进一步改进，纵向微型隧道的直径取值为1.8m-2.4m。

作为本发明的进一步改进，横向格栅拱隧道的横向格栅拱的高度不低于1.8m。

作为本发明的进一步改进，步骤1.3中的特大跨度洞库围岩的超前加固方法为：向纵向微型隧道中压力注浆或者通过纵向微型隧道施作锚杆。

作为本发明的进一步改进，步骤1.1中的侧壁导坑是采用新奥法施工而形成的。

作为本发明的进一步改进，步骤1.2中的边墙由钢拱架、钢筋网和喷射混凝土浇筑而成。

作为本发明的进一步改进，所述主洞库采用双台阶3步法进行开挖，具体施工步骤为：

2.1、将主洞库沿着纵向划分成上、下两个台阶，其中，上台阶与格栅拱骨架相邻，下台阶位于上台阶下方；

2.2、开挖上台阶的中间断面拱部；

2.3、中间断面拱部开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与中间断面拱部对应的围岩；

2.4、开挖上台阶两侧的土方；

2.5、上台阶两侧的土方开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与上台阶两侧土方对应的围岩；

2.6、开挖下台阶土方；

2.7、下台阶土方开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与下台阶土方对应的围岩；

2.8、浇筑仰拱，使得格栅拱骨架与仰拱形成封闭的支护系统。

作为本发明的进一步改进，步骤1.5在浇筑时，预留锚索孔洞；步骤2.2、步骤2.4、步骤2.6所述的开挖过程中，通过预留锚索孔洞，施工预应力锚索。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明在特大跨度主洞室开挖前先构筑一个格栅拱骨架，且格栅拱骨架是通过沿着洞库外轮廓线施作纵横交叉的微型隧道中浇筑钢筋混凝土而形成的，因此，本发明在大跨度洞库开挖前，其轮廓线周边形成一个具有较高刚度和稳定性的保护层，在该格栅拱架的支护下能有效预防洞库在开挖过程中产生变形、坍塌等质量安全事故。

附图说明

图1是本发明所述特大跨度洞库格栅拱架支护技术施工方法的流程示意图。

图2是特大跨度洞库格栅拱架支护技术的结构示意图；

其中，①-侧壁导坑；②-边墙；③-微型隧道；④-横向格栅拱隧道；⑤-纵向连系梁；⑥-横向格栅拱；⑦-断面拱部；⑧-上台阶两侧土方；⑨-下台阶土方；⑩-仰拱；-系统锚杆和喷射混凝土；-预应力锚索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

本发明所述特大跨度洞库格栅拱架支护技术及其施工方法分为两个阶段，一为格栅拱结构的施工阶段；二为主体洞库的开挖阶段。格栅拱骨架的预先建造是关键。通过预先施工纵横交叉的微型隧道，利用钢筋混凝土填充，形成格栅骨架。其施工流程是：

侧壁导坑开挖→边墙制作→微型隧道开挖→横向拱隧道开挖→隔栅拱架浇筑→地下工程开挖。

纵梁和横向格栅拱的尺寸必须保证在能正常施工的前提下，纵向和水平方向的布置间距符合导洞施工相互稳定的最小界限。因而格栅拱预作支护体系必须满足以下构造要点：

a.未浇筑纵梁的微型隧道为格栅拱结构提供了施工空间，因而其开挖洞径应当保证正常施工设备的安放和人员操作的需要，洞径至少1.8m～2.4m。

b.横向格栅拱主要的受力明显大于纵梁，是主要的承重构件。拱身一般采用等截面，对于格栅拱结构，由于内力从拱顶向拱脚逐渐增加，可做成变截面的形式。

c.为保证正常施工，互不干扰，施工的微型隧道应当保持一定间距，一般取5倍洞径，因而纵梁隧道间距最小取为4.5m(隧道中心距离)，横向格栅拱隧道间距最小6m。

以下结合附图1和图2详细地说明本发明的技术方案。

开挖与洞库长度相等的两侧侧壁导坑①。侧壁导坑①应用新奥法施工，尺寸不宜过大。由于特大跨度洞库拱脚应力非常集中，并且最先破坏，因而首先开挖侧壁导坑①，释放部分应力。

侧壁导坑①开挖后，沿着洞库拱顶轮廓开挖纵向的微型隧道③。为避免微型隧道③施工的相互影响，按照两边到中间，间隔施工的原则，可同时进行几个微型隧道③的施工。考虑到施工的便利和工程设备的安放，微型隧道③的直径建议取值1.8m到2.4m之间，由于洞径较小采用100mm的喷射混凝土就能保证微型隧道③的稳定。

施工纵向微型隧道的同时，在侧壁导坑内部浇筑边墙②，边墙②由钢拱架，钢筋网和喷射混凝土组成。根据围岩的成拱理论，限制洞库侧边的滑移破坏能够有效降低拱顶塌落松动区域，从而利于拱顶围岩自稳；同时低扁平率的拱结构的拱脚部位承受较大的水平应力，因而边墙的设置应当更为慎重，满足强度要求。

从微型隧道③内部，沿着洞库每隔一定的距离沿着洞库的轮廓线进行横向格栅拱隧道④的开挖。为了提高施工效率，在遵循导洞的开挖原则下，可多段同时施工。作为后期支护结构的主要承重构件，横向格栅拱⑥的尺寸尤为关键，其尺寸需要通过计算获得。为便于施工，高宽不能低于1.8m。微型隧道③为超前加固提供了施工空间，可以利用微型隧道③在开挖前进行压力注浆，或者施工系统锚杆完成对洞库围岩的超前加固。相比边开挖边进行下一施工段的传统超前加固方法，本工法在施工的便捷性和有效性上都更具有优势，能进一步加强开挖后洞库的稳定性。

在开挖的微型隧道③中按照设计要求铺设的钢筋笼，按照由内到外，先横向再纵向的顺序浇筑高强混凝土，使得横向格栅拱⑥、纵向连系梁⑤、边墙②连接形成特大跨度地下工程格栅拱架体系。横向格栅拱⑥与边墙②的结合处，是整个结构最脆弱的位置，施工过程中需要特别注意控制该部位的质量。纵横交错的微型隧道③成为为横向格栅拱⑥的模板，缓解了传统支护方法二次衬砌大体积高支模的压力，具有更强的操作性。从工期的角度，节省了支模等待的时间。

待横向格栅拱⑥混凝土达到设计强度之后，进行主洞库的开挖。根据岩体质量，以及洞库的空间形状，决定主洞库的开挖顺序，必要情况下可采用预应力锚索对横向格栅拱结构加强。

格栅拱保护下的特大跨度洞库可采用双台阶3步法进行开挖。先开挖上断面拱部⑦；随后是上台阶两侧土方⑧、最后是下台阶土方⑨。每开挖一步应用系统锚杆和喷射混凝土对梁间围岩进行加固，根据需要可在各开挖步中施工预应力锚索对支护结构进行加固处理，进一步增强格栅拱的承载能力(在拱梁浇筑的时候预留锚索孔洞)，提高洞库的稳定性；岩体开挖完毕之后及时浇筑仰拱⑩，形成封闭的支护系统。至此，特大跨度扁平洞室开挖完毕。

Claims (8)

1. 一种特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、浇筑格栅拱骨架

在特大跨度洞库开挖之前，先沿着洞库外轮廓线施作纵横交叉的微型隧道，然后利用钢筋混凝土填充该纵横交叉的微型隧道，形成格栅拱骨架，此时栅拱骨架嵌入围岩；

步骤二、开挖特大跨度洞库的主洞库

采用多级分步的开挖方法来完成整个主洞库的挖掘，且在每步开挖施工完成后，均采用钢筋网喷射混凝土来稳定围岩；

所述浇筑格栅拱骨架的具体施工步骤为：

1.1、 开挖特大跨度洞库的侧壁导坑；

1.2、 开挖纵向微型隧道的同时，在侧壁导坑内部浇筑边墙；

1.3、 通过纵向微型隧道来对特大跨度洞库围岩进行超前加固；

1.4、 从纵向微型隧道的内部，沿着特大跨度洞库的外轮廓线开挖横向格栅拱隧道，该横向格栅拱隧道与纵向微型隧道相互间纵横交叉；

1.5、 在纵向微型隧道中铺设纵向连系梁，然后按照由内到外，先横向后纵向的顺序浇筑高强混凝土，使得横向格栅拱隧道的横向格栅拱、纵向连系梁以及边墙连接形成浇筑格栅拱骨架。

2.根据权利要求1所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，纵向微型隧道的直径取值为 1.8m-2.4m。

3.根据权利要求2所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，横向格栅拱隧道的横向格栅拱的高度不低于 1.8m。

4.根据权利要求 1 所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，步骤1.3 中的特大跨度洞库围岩的超前加固方法为：向纵向微型隧道中压力注浆或者通过纵向微型隧道施作锚杆。

5.根据权利要求1所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，步骤1.1 中的侧壁导坑是采用新奥法施工而形成的。

6.根据权利要求1所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，步骤1.2 中的边墙由钢拱架、钢筋网和喷射混凝土浇筑而成。

7.根据权利要求1所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，所述主洞库采用双台阶 3 步法进行开挖，具体施工步骤为：

2.1、将主动库沿着纵向划分成上、下两个台阶，其中，上台阶与格栅拱骨架相邻，下台阶位于上台阶下方；

2.2、开挖上台阶的中间断面拱部；

2.3、中间断面拱部开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与中间断面拱部对应的围岩；

2.4、开挖上台阶两侧的土方；

2.5、上台阶两侧的土方开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与上台阶两侧土方对应的围岩；

2.6、开挖下台阶土方；

2.7、下台阶土方开挖结束后，采用系统锚杆和喷射混凝土加固与下台阶土方对应的围岩；

2.8、浇筑仰拱，使得格栅拱骨架与仰拱形成封闭的支护系统。

8.根据权利要求7所述的特大跨度洞库格栅拱架支护的施工方法，其特征在于，步骤1.5 在浇筑时，预留锚索孔洞；步骤 2.2、步骤 2.4、步骤 2.6 所述的开挖过程中，通过预留锚索孔洞，施工预应力锚索。