CN110159323A - 适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，包括以下步骤：将特大断面地下硐室从上到下分为至少两层进行开挖；顶拱开挖一段，则贴紧洞壁安装穹顶拱架；穹顶拱架安装完成一段后，穹顶实施喷护混凝土，沿穹顶拱架的硐室边墙支撑设置纵向的岩锚梁，将该段的穹顶拱架连接成整体，以固定整个穹顶拱架；待穹顶混凝土和岩锚梁混凝土到达龄期，从顶拱层先开挖部位同步进行下层硐室层开挖及支护施工；通过以上步骤实现特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定施工。通过分层开挖，采用先用穹顶拱架支护，然后施工岩锚梁的方案，能够确保穹顶顶拱层围岩稳定，确保下层的硐室开挖施工安全。硐室上下层开挖支护施工可同步安排实施。
Description
技术领域
本发明涉及地下硐室开挖施工领域，特别是一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法。
背景技术
目前，特大断面地下洞室和地下厂房进行开挖支护施工时，一般都采取自上而下分两层或多层进行，而当在施工过程中遇到洞室围岩条件较差时，采用钢拱架加锚杆（束）、挂网喷护混凝土的支护方式越来越普遍。
分层开挖支护，钢拱架如何施工具有以下技术难题：（1）开挖一层钢拱架支护一层时钢拱架如何生根受力是问题；（2）全部开挖完成才实施钢拱架，但由于洞室跨度大，围岩条件复杂，下层开挖时可能出现因爆破振动引起围岩变形破坏甚至垮塌；（3）钢拱架投资成本高，洞室围岩变化复杂，往往下层围岩条件比顶拱层围岩条件好，如何优化节约投资成本，动态设计时适时取消下层钢拱架是关键。
例如中国专利文献CN101699030A记载了一种大硐室掘进方法，包含下列步骤：101、从一侧地板沿着设定的坡度进行断面掘进，直至到硐室顶板；102、到顶板后开始两边刷顶，并同时将斜坡道的顶部打通；103、沿着硐室的平行方向，按照硐室顶部断面的轮廓，将硐室顶部的弧形刷成；104、在上述断面刷好后，按照硐室反方向沿着顶部按硐室断面逐排刷至硐室的预定长度；105、硐室拱顶刷完后，对硐室顶部进行支护；106、支护完成后，按照台阶的方式自上而下地进行刷帮，并在施工时边刷边支护，并最终达到预定的设计效果，由于该方法采取的是先是小断面掘进、到硐室顶板后，再台阶施工的方法，能够明显改善施工条件。即采用了上述的方案。
中国专利文献CN102003187A记载了深埋软岩大型隧洞落底开挖支护的施工方法其步骤如下：a、在已开挖的上半断面洞室内依次布置上半断面砂浆锚杆、上半断面钢拱架和混凝土喷层；b、分别在上半断面洞室的拱肩、腰部、拱脚部位布置预应力锚杆；c、在上半断面洞室两侧拱脚部位实施基础锚筋桩；d、采用左右分幅方式对下半断面洞室进行落底开挖，形成环形支护整体；e、依次重复上述步骤直至整个隧洞贯通。本发明主要用于各种水利水电工程中，特别是深埋软岩大断面隧洞。但是该方案存在纵向整体不强，锚筋桩施工点多的问题。尤其是过多的锚筋桩施工，会占用大量的设备和施工周期。
中国专利文献CN102852533A让压型约束砼拱架高强立体支护体系，主要由约束砼拱架、让压节点、纵向梁、锚杆或锚索组成。其中，约束砼拱架为与巷道形状一致的封闭式结构，由约束砼通过套筒和让压节点连接组合而成，其间隔一定距离布置，并通过纵向梁连接；锚杆或锚索穿过纵向梁锚入岩层中，并施加预应力，对围岩形成挤压作用；拱架通过纵向梁与锚杆或锚索成为一个整体结构，其共同作用形成空间立体支护体系。该方案的支护效果较佳，但是施工成本非常高，而且对于围岩条件较佳的地区，全断面拱架的支承结构资金浪费较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，能够确保硐室的支护稳定，确保工程安全，提高施工效率，并能够根据围岩支撑的状况动态匹配硐室层的支护方案，在确保支护稳定的前提下，降低施工成本。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，包括以下步骤：
S1、将特大断面地下硐室从上到下分为至少两层进行开挖；
S2、顶拱层开挖施工，顶拱开挖一段，则贴紧洞壁安装穹顶拱架；
S3、穹顶拱架安装完成一段后，穹顶实施喷护混凝土，沿穹顶拱架的硐室边墙支撑设置纵向的岩锚梁，将该段的穹顶拱架连接成整体，以固定整个穹顶拱架；
S4、待穹顶混凝土和岩锚梁混凝土到达龄期，从顶拱层先开挖部位同步进行下层硐室层开挖及支护施工；
通过以上步骤实现特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定施工。
优选的方案中，顶拱层开挖高度在洞室拱顶与侧墙交叉处以下2.5±0.3m。
优选的方案中，穹顶拱架的安装高度除了穹顶弧线高度外还向竖直方向向下延伸1.5±0.2m。
优选的方案中，步骤S2中，在设置岩锚梁的位置向岩壁超挖岩锚梁宽度的3/4~1/4。
优选的方案中，步骤S2中，在设置岩锚梁的位置向岩壁超挖岩锚梁宽度的1/2。
优选的方案中，在岩锚梁的位置向岩壁打入锚杆，锚杆与与岩锚梁的配筋连接为整体；
或者在岩锚梁的位置向岩壁钻孔，浇筑岩体灌注桩，岩体灌注桩的配筋与岩锚梁的配筋连接为整体，并浇筑混凝土连接为整体。
优选的方案中，穹顶拱架（1）的钢拱架（101）安装时，在两侧侧墙的位置设置预留渣料（10）的位置，将垫板（31）放置在预留渣料（10）上作为临时基础，垫板（31）上设有多个螺栓孔（32），在穹顶拱架（1）的底部焊接有上连接板（33），上连接板（33）上设有多个与垫板（31）相应的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将上连接板（33）和垫板（31）连接为一个整体；
立模浇筑岩锚梁（2），穹顶拱架（1）的底部部分浇筑在岩锚梁（2）内，岩锚梁混凝土浇筑完成后，将预留渣料（10）予以挖除；如果下层需要安装硐室边墙支撑（103），则在硐室边墙支撑（103）的上部焊接下连接板（34），将下连接板（34）与垫板（31）和上连接板（33）通过螺栓连接为一个整体，如果下层不需要安装硐室边墙支撑（103），则不需要任何处理即可。
优选的方案中，所述的钢拱架为工字钢或格栅钢拱架，钢拱架间距为1.0m；
各个钢拱架之间通过多根连接杆互相连接；
穹顶拱架支撑在岩锚梁上靠近岩壁的位置。
优选的方案中，岩锚梁的配筋为位于四角的纵向钢筋，和间距20±2cm的箍筋。
优选的方案中，在下层硐室开挖过程中，根据围岩揭露情况实施动态设计，围岩较好部位可取消下层硐室内的钢拱架下部支撑，围岩较差部位将钢拱架下接直至硐室开挖底板。
本发明提供的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，通过分层开挖，采用先用穹顶拱架支护，然后施工岩锚梁的方案，能够确保穹顶顶拱层围岩稳定，确保下层的硐室开挖施工安全。硐室上下层开挖支护施工可同步安排实施。利于硐室下层支护的动态设计，根据围岩状况适时调整设计方案，节约工程投资。能够加快硐室开挖支护施工进度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明中穹顶拱架的横断面结构示意图。
图2为本发明中穹顶开挖轮廓的横断面结构示意图。
图3为本发明中穹顶拱架的侧视示意图。
图4为本发明中穹顶拱架的俯视示意图。
图5为本发明中穹顶拱架与硐室边墙支撑连接位置的主视结构示意图。
图6为本发明中穹顶拱架与硐室边墙支撑连接位置的俯视结构示意图。
图7为本发明中整个地下硐室的横断面结构示意图。
图8为本发明中穹顶拱架的立体图。
图中：穹顶拱架1，钢拱架101，连接杆102，硐室边墙支撑103，岩锚梁2，连接基础3，垫板31，螺栓孔32，上连接板33，下连接板34，焊缝35，硐室中心线4，锚杆5，穹顶开挖轮廓6，岩体灌注桩7，穹顶开挖底板8，硐室开挖底板9，预留渣料10。
具体实施方式
如图1~4中，一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，包括以下步骤：
S1、将特大断面地下硐室从上到下分为至少两层进行开挖；
优选的方案中，顶拱层开挖高度在洞室拱顶与侧墙交叉处以下2.5±0.3m。
优选的方案中，穹顶拱架1的安装高度除了穹顶弧线高度外还向竖直方向向下延伸1.5±0.2m。
S2、顶拱层开挖施工，顶拱开挖一段，则贴紧洞壁安装穹顶拱架1；
S3、穹顶拱架1安装完成一段后，穹顶实施喷护混凝土，沿穹顶拱架1的硐室边墙支撑103设置纵向的岩锚梁2，将该段的穹顶拱架1连接成整体，以固定整个穹顶拱架1；
优选的方案如图2中，步骤S2中，在设置岩锚梁2的位置向岩壁超挖岩锚梁2宽度的3/4~1/4。
优选的方案如图2中，步骤S2中，在设置岩锚梁2的位置向岩壁超挖岩锚梁2宽度的1/2。
优选的方案如图1中，穹顶拱架1支撑在岩锚梁2上靠近岩壁的位置。
优选的方案如图2、3中，在岩锚梁2的位置向岩壁打入锚杆5，锚杆5与与岩锚梁2的配筋连接为整体；在围岩承载能力较好的位置，采用锚杆5的方案。
或者如图2、3，在岩锚梁2的位置向岩壁钻孔，浇筑岩体灌注桩7，岩体灌注桩7的配筋与岩锚梁2的配筋连接为整体，并浇筑混凝土连接为整体。在围岩承载能力较差的位置，采用岩体灌注桩7的方案。进一步优选的，锚杆5和岩体灌注桩7的方案同时采用。
优选的方案如图2、7中，穹顶拱架（1）的钢拱架（101）安装时，在两侧侧墙的位置设置预留渣料（10）的位置，将垫板（31）放置在预留渣料（10）上作为临时基础，垫板（31）上设有多个螺栓孔（32），在穹顶拱架（1）的底部焊接有上连接板（33），上连接板（33）上设有多个与垫板（31）相应的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将上连接板（33）和垫板（31）连接为一个整体；
立模浇筑岩锚梁（2），穹顶拱架（1）的底部部分浇筑在岩锚梁（2）内，岩锚梁混凝土浇筑完成后，将预留渣料（10）予以挖除；如果下层需要安装硐室边墙支撑（103），则在硐室边墙支撑（103）的上部焊接下连接板（34），将下连接板（34）与垫板（31）和上连接板（33）通过螺栓连接为一个整体，如果下层不需要安装硐室边墙支撑（103），则不需要任何处理即可。
由此方案，实现穹顶拱架1支护与岩锚梁施工同时进行，加快工期。
优选的方案如图3、4、8中，所述的钢拱架101为工字钢或格栅钢拱架，钢拱架101间距为1.0m；
各个钢拱架101之间通过多根连接杆102互相连接；将穹顶拱架1连接为一个整体。
优选的方案中，岩锚梁2的配筋为位于四角的纵向钢筋，和间距20±2cm的箍筋。
S4、待穹顶混凝土和岩锚梁2混凝土到达龄期，从顶拱层先开挖部位同步进行下层硐室层开挖及支护施工；
优选的方案如图7中，在下层硐室开挖过程中，根据围岩揭露情况实施动态设计，围岩较好部位可取消下层硐室内的钢拱架下部支撑，如图7的左侧，围岩较差部位将钢拱架下接直至硐室开挖底板9，如图7的右侧。由此方案，能够大幅节省支护开支。
通过以上步骤实现特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定施工。
本发明提供的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，通过分层开挖，采用先用穹顶拱架支护，然后施工岩锚梁的方案，能够确保穹顶顶拱层围岩稳定，确保下层的硐室开挖施工安全。硐室上下层开挖支护施工可同步安排实施。利于硐室下层支护的动态设计，根据围岩状况适时调整设计方案，确定是否需要下层支护，节约工程投资。能够加快硐室开挖支护施工进度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明中记载的技术特征，在不冲突的前提下，能够互相组合使用，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是包括以下步骤：
S1、将特大断面地下硐室从上到下分为至少两层进行开挖；
S2、顶拱层开挖施工，顶拱开挖一段，则贴紧洞壁安装穹顶拱架（1）；
S3、穹顶拱架（1）安装完成一段后，穹顶实施喷护混凝土，沿穹顶拱架（1）的硐室边墙支撑（103）设置纵向的岩锚梁（2），将该段的穹顶拱架（1）连接成整体，以固定整个穹顶拱架（1）；
S4、待穹顶混凝土和岩锚梁（2）混凝土到达龄期，从顶拱层先开挖部位同步进行下层硐室层开挖及支护施工；
通过以上步骤实现特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定施工。
2.根据权利要求1所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：顶拱层开挖高度在洞室拱顶与侧墙交叉处以下2.5±0.3m。
3.根据权利要求1所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：穹顶拱架（1）的安装高度除了穹顶弧线高度外还向竖直方向向下延伸1.5±0.2m。
4.根据权利要求1所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：步骤S2中，在设置岩锚梁（2）的位置向岩壁超挖岩锚梁（2）宽度的3/4~1/4。
5.根据权利要求4所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：步骤S2中，在设置岩锚梁（2）的位置向岩壁超挖岩锚梁（2）宽度的1/2。
6.根据权利要求1、4、5任一项所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：在岩锚梁（2）的位置向岩壁打入锚杆（5），锚杆（5）与岩锚梁（2）的配筋连接为整体；
或者在岩锚梁（2）的位置向岩壁钻孔，浇筑岩体灌注桩（7），岩体灌注桩（7）的配筋与岩锚梁（2）的配筋连接为整体，并浇筑混凝土连接为整体。
7.根据权利要求6所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：穹顶拱架（1）的钢拱架（101）安装时，在两侧侧墙的位置设置预留渣料（10）的位置，将垫板（31）放置在预留渣料（10）上作为临时基础，垫板（31）上设有多个螺栓孔（32），在穹顶拱架（1）的底部焊接有上连接板（33），上连接板（33）上设有多个与垫板（31）相应的螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔将上连接板（33）和垫板（31）连接为一个整体；
立模浇筑岩锚梁（2），穹顶拱架（1）的底部部分浇筑在岩锚梁（2）内，岩锚梁混凝土浇筑完成后，将预留渣料（10）予以挖除；如果下层需要安装硐室边墙支撑（103），则在硐室边墙支撑（103）的上部焊接下连接板（34），将下连接板（34）与垫板（31）和上连接板（33）通过螺栓连接为一个整体，如果下层不需要安装硐室边墙支撑（103），则不需要任何处理即可。
8.根据权利要求7所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：所述的钢拱架（101）为工字钢或格栅钢拱架，钢拱架（101）间距为1.0m；
各个钢拱架（101）之间通过多根连接杆（102）互相连接；
穹顶拱架（1）支撑在岩锚梁（2）上靠近岩壁的位置。
9.根据权利要求1或7所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：岩锚梁（2）的配筋为位于四角的纵向钢筋，和间距20±2cm的箍筋。
10.根据权利要求1或7所述的一种适用于特大断面地下硐室开挖和钢拱架固定的施工方法，其特征是：在下层硐室开挖过程中，根据围岩揭露情况实施动态设计，围岩较好部位可取消下层硐室内的钢拱架下部支撑，围岩较差部位将钢拱架下接直至硐室开挖底板（9）。
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