CN110424989B - 硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，包括地下隧道、位于地下隧道内壁上的岩石裂隙、破碎带以及位于地下隧道内的临时横通和坡道，所述地下隧道的内壁上固定有岩体应力圈，所述岩体应力圈的内壁上固定有多个倾斜设置的岩体应力圈锚杆；硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法，包括以下步骤：S1，将需开挖的地下结构分成中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道六部分。优点在于：本发明通过设置岩柱进行临时制成，避免大体积岩石缓倾，通过依次开挖中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道并设置岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆和超长预应力锚索实现较大跨度的地下工程支护。

Description

硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，尤其涉及硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法。

背景技术

中国是多山之国，据统计，山地、丘陵和高原的面积占全国土地总面积的69％，这些地区地层大都为岩石地层。全国平原地区岩石地层也广泛分布，粉细砂岩层主要分布于长江三角洲平原和苏北地区；细砂岩层主要分布于里下河和太湖地区；亚砂岩层是砂岩和砾石岩层之间的一类岩层，主要分布于长江三角洲平原区、黄泛区及沿海一带。

随着国家经济的发展，地下空间开发利用越来越受到重视。地下空间开发利用可以实现城市空间拓展，提高土地利用效率；可以拉动建设的科技需求，推动地下工程科技产业转型与技术进步；可以建立完善的地下防灾空间体系，强化国家抵抗灾害和战争的能力。

岩石裂隙、破碎带等结构面对岩体切割成大体积的缓倾楔形体，这类楔形体对小洞室开挖影响较小，但对超大跨度地下结构的开挖会产生巨大安全隐患，若处理不当，将会使得洞室坍塌风险。如何快速、安全地实现硬岩地层中超大跨度地下工程修建的研究很少。

为此，我们提出了硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中的问题，而提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，包括地下隧道、位于地下隧道内壁上的岩石裂隙、破碎带以及位于地下隧道内的临时横通和坡道，所述地下隧道的内壁上固定有岩体应力圈，所述岩体应力圈的内壁上固定有多个倾斜设置的岩体应力圈锚杆，所述地下隧道的内顶壁插设有平行设置的低预应力锚杆，所述低预应力锚杆的上端穿过岩体应力圈，所述地下隧道的内壁上贯穿设置超长预应力锚索。

在上述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，所述地下隧道包括中洞、上部边洞、下部边洞、核心岩体以及与核心岩体上侧壁一体成型的岩柱。

在上述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，所述低预应力锚杆之间固定有呈“X”型设置的支杆，所述支杆的两端与低预应力锚杆的外壁固定连接。

在上述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中，每个所述超长预应力锚索的外壁上均滑动有弧形板，所述弧形板的外壁上一体成型有与超长预应力锚索平行设置的延伸板，每个所述延伸板上均旋有紧固螺栓，所述超长预应力锚索的外壁上均匀分布有与紧固螺栓相匹配的螺纹口。

在上述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中，所述超长预应力锚索由多股钢束缠绕组成，所述超长预应力锚索的外壁上固定有承载板，所述螺纹口开设在承载板上。

在上述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中，所述超长预应力锚索与水平面之间的夹角为35°。

硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法，包括以下步骤：

S1，将需开挖的地下结构分成中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道六部分；

S2，中洞在大跨度地下结构顶部，先行施工完成，围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出岩石裂隙、破碎带等，并及时施作岩体应力圈锚杆；

S3，中洞施工后，再施工超大跨度左右两侧上部边洞，上部边洞围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出与中洞贯通的岩石裂隙、破碎带；

S4，根据地质素描，将中洞、边洞贯通的岩石裂隙、破碎带等结构面通过低预应力锚杆和超长预应力锚索固定；

S5，中洞和边洞中间的岩柱为大跨度地下结构临时支撑；

S6，上部边洞施工完成，随即施工下部边洞，开挖范围内只留岩柱和核心岩体；

S7，超大跨地下结构毛洞临时支撑的岩柱基础为和核心岩体。

S8，中洞和边洞施开挖完成，其上部岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索已施作后，在开挖岩柱，并施作岩柱上方岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索；

S9,核心岩体最后开挖。

与现有的技术相比，本硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法的优点在于：

1、岩柱可作为超大跨度地下结构顶部开挖临时支撑，将开挖范围上部裂隙、破碎带等结构面割岩石形成的大体积缓倾楔形体支撑住。中洞和边洞地质素描可真实揭露开挖断面岩石裂隙、破碎带等不良地质结构面情况，为针对性施作低预应力锚索和超长锚杆固定大体积缓倾楔形体提供可靠地质情况，最终实现超大跨度地下结构安全开挖；

2、设置岩体应力圈锚杆对岩体应力圈进行支撑，保证岩体应力圈稳固，通过延时应力圈进行沉降应力均匀分布，保证地下隧道的稳固，设置低预应力锚杆插入至地下隧道的内底壁，设置超长预应力锚索插入至地下隧道的内壁，将滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度，避免沉降；

综上所述，本发明通过设置岩柱进行临时制成，避免大体积岩石缓倾，通过依次开挖中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道并设置岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆和超长预应力锚索实现较大跨度的地下工程支护。

附图说明

图1为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构的结构示意图；

图2为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中岩柱的侧视图；

图3为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构横断面示意图图；

图4为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中洞和岩体应力圈锚杆施工纵面断面示意图；

图5为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构上部边洞和岩体应力圈锚杆施工纵面断面示意图；

图6为本发明提出的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构中上岩柱和超长预应力锚索施工纵面断面示意图。

图中：1中洞、2上部边洞、3下部边洞、4岩柱、5核心岩体、6岩体应力圈锚杆、7低预应力锚杆、8超长预应力锚索、9岩石裂隙、破碎带、10临时横通道、11坡道、12地下隧道、13岩体应力圈、14弧形板、15延伸板、16紧固螺栓。

具体实施方式

以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。

参照图1-6，硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，包括地下隧道12、位于地下隧道12内壁上的岩石裂隙、破碎带9以及位于地下隧道12内的临时横通10和坡道11，地下隧道12包括中洞1、上部边洞2、下部边洞3、核心岩体5以及与核心岩体5上侧壁一体成型的岩柱4，地下隧道12的内壁上固定有岩体应力圈13，岩体应力圈13可为横向和纵向的钢管铺设后组成，岩体应力圈13的内壁上固定有多个倾斜设置的岩体应力圈锚杆6，岩体应力圈锚杆6对岩体应力圈3进行支撑，同时岩体应力圈锚杆6的下端固定在岩柱4的外壁上，把总岩体应力圈锚杆6的稳固，地下隧道12的内顶壁插设有平行设置的低预应力锚杆7，低预应力锚杆7之间固定有呈“X”型设置的支杆7，支杆7的两端与低预应力锚杆7的外壁固定连接，低预应力锚杆7的上端穿过岩体应力圈13，低预应力锚杆7的上端延伸至地下隧道12的顶部与岩石等接触，通过与岩石等的连接对岩石的沉降应力进行抵消，避免了岩石层沉降，保证了地下隧道12的稳固，地下隧道12的内壁上贯穿设置超长预应力锚索8，超长预应力锚索8与水平面之间的夹角为35°，超长预应力锚索8的端部伸入至地下隧道12的外壁岩石层中，将滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度，避免沉降。

每个超长预应力锚索8的外壁上均滑动有弧形板14，弧形板14的外壁上一体成型有与超长预应力锚索8平行设置的延伸板15，每个延伸板15上均旋有紧固螺栓16，超长预应力锚索8的外壁上均匀分布有与紧固螺栓16相匹配的螺纹口，超长预应力锚索8由多股钢束缠绕组成，超长预应力锚索8的外壁上固定有承载板，螺纹口开设在承载板上，超长预应力锚索8安装后，通过滑弧形板14与岩体应力圈13接触，并旋入紧固螺栓16与承载板连接进行弧形板14的固定，通过设置弧形板14增大与岩体应力圈13之间的接触面积，增加超长预应力锚索8的稳定性。

硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法，包括以下步骤：

S1，将需开挖的地下结构分成中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道六部分；

S2，中洞在大跨度地下结构顶部，先行施工完成，围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出岩石裂隙、破碎带等，并及时施作岩体应力圈锚杆；

S3，中洞施工后，再施工超大跨度左右两侧上部边洞，上部边洞围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出与中洞贯通的岩石裂隙、破碎带；

S4，根据地质素描，将中洞、边洞贯通的岩石裂隙、破碎带等结构面通过低预应力锚杆和超长预应力锚索固定；

S5，中洞和边洞中间的岩柱为大跨度地下结构临时支撑；

S6，上部边洞施工完成，随即施工下部边洞，开挖范围内只留岩柱和核心岩体；

S7，超大跨地下结构毛洞临时支撑的岩柱基础为和核心岩体。

S8，中洞和边洞施开挖完成，其上部岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索已施作后，在开挖岩柱，并施作岩柱上方岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索；

S9,核心岩体最后开挖。

现对本发明的操作过程作如下阐述：

1、将大跨度地下工程划分成1、2、3、4、5五部分，其中，2、3部分宽度一样，1、4与2、3部分宽度相近，第5部分宽度为1、4宽度的总和；

2、中洞1先行施工，围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出岩石裂隙、破碎带等，并及时施作岩体应力圈锚杆；

3、中洞1施工后，再施工超大跨度左右两侧上部边洞2，上部边洞2围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出与中洞贯通的岩石裂隙、破碎带9；

4、根据地质素描，将中洞1、边洞2贯通的岩石裂隙、破碎带9等结构面通过低预应力锚杆7和超长预应力锚索8固定；

5、上部边洞2施工完成，随即施工下部边洞3，开挖范围内只留岩柱4和核心岩体5；

6、开挖岩柱4，并施作岩柱上方岩体应力圈锚杆6、低预应力锚杆7、超长预应力锚索8；

7、开挖核心岩体5，形成超大跨度地下结构洞室；

进一步说明，上述固定连接，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义理解，例如，可以是焊接，也可以是胶合，或者一体成型设置等本领域技术人员熟知的惯用手段。

尽管本文较多地使用了中洞1、上部边洞2、下部边洞3、岩柱4、核心岩体5、岩体应力圈锚杆6、低预应力锚杆7、超长预应力锚索8、岩石裂隙、破碎带9、临时横通道10、坡道11、地下隧道12、岩体应力圈13、弧形板14、延伸板15、紧固螺栓16等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，包括地下隧道(12)、位于地下隧道(12)内壁上的岩石裂隙、破碎带(9)以及位于地下隧道(12)内的临时横通(10)和坡道(11)，其特征在于，所述地下隧道(12)的内壁上固定有岩体应力圈(13)，所述岩体应力圈(13)的内壁上固定有多个倾斜设置的岩体应力圈锚杆(6)，所述地下隧道(12)的内顶壁插设有平行设置的低预应力锚杆(7)，所述低预应力锚杆(7)的上端穿过岩体应力圈(13)，所述地下隧道(12)的内壁上贯穿设置超长预应力锚索(8)；

所述地下隧道(12)包括中洞(1)、上部边洞(2)、下部边洞(3)、核心岩体(5)以及与核心岩体(5)上侧壁一体成型的岩柱(4)；

所述低预应力锚杆(7)之间固定有呈“X”型设置的支杆，所述支杆的两端与低预应力锚杆(7)的外壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，其特征在于，每个所述超长预应力锚索(8)的外壁上均滑动有弧形板(14)，所述弧形板(14)的外壁上一体成型有与超长预应力锚索(8)平行设置的延伸板(15)，每个所述延伸板(15)上均旋有紧固螺栓(16)，所述超长预应力锚索(8)的外壁上均匀分布有与紧固螺栓(16)相匹配的螺纹口。

3.根据权利要求2所述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，其特征在于，所述超长预应力锚索(8)由多股钢束缠绕组成，所述超长预应力锚索(8)的外壁上固定有承载板，所述螺纹口开设在承载板上。

4.根据权利要求1所述的硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构，其特征在于，所述超长预应力锚索(8)与水平面之间的夹角为35°。

5.硬岩地区超大跨度地下工程初支支护结构及其施工方法，包括以下步骤：

S1，将需开挖的地下结构分成中洞、上部边洞、下部边洞、岩柱、核心岩体、临时横通道六部分；

S2，中洞在大跨度地下结构顶部，先行施工完成，围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出岩石裂隙、破碎带，并及时施作岩体应力圈锚杆；

S3，中洞施工后，再施工超大跨度左右两侧上部边洞，上部边洞围岩爆破开挖后，及时进行地质素描，找出与中洞贯通的岩石裂隙、破碎带；

S4，根据地质素描，将中洞、边洞贯通的岩石裂隙、破碎带结构面通过低预应力锚杆和超长预应力锚索固定；

S5，中洞和边洞中间的岩柱为大跨度地下结构临时支撑；

S6，上部边洞施工完成，随即施工下部边洞，开挖范围内只留岩柱和核心岩体；

S7，超大跨地下结构毛洞临时支撑的岩柱基础为和核心岩体；

S8，中洞和边洞施开挖完成，其上部岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索已施作后，在开挖岩柱，并施作岩柱上方岩体应力圈锚杆、低预应力锚杆、超长预应力锚索；

S9,核心岩体最后开挖。