CN111075452A - 岩土混合竖井工程支护体系及竖井施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的岩土混合竖井工程支护体系，包括土层支护结构、岩土接驳支护结构和岩层支护结构；所述土层支护结构包括围护桩、冠梁、第一支撑和第二支撑；所述岩土接驳支护结构包括锁脚支撑、锁脚圈梁和第一锚杆；所述岩层支护结构包括环向钢撑和横向钢撑；所述第一锚杆设置于环向钢撑和围护桩接驳位置并倾斜地嵌入岩层。根据土层和岩层性质采用不同的支护体系，土层结构松散，故上部土层采用桩撑支护，围护结构刚度大，更能保障工程本身和周边环境的安全；岩层结构稳固，故下部岩层采用钢架锚喷支护，借助岩层提供支撑力以获得足够的支护刚度。同时，相比一桩到底的支护结构，本支护体系还节约了工期和工程投资。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程施工领域，具体涉及一种岩土混合竖井工程支护体系及竖井施工方法。
背景技术
对于上部为深厚土层，下部为岩层的竖井工程，称之为岩土混合竖井工程。目前针对于岩土混合竖井的主要的支护体系有以下几种支护方式：
1、不论岩层或土层均采用初期支护体系（钢架、锚杆、喷射混凝土），由地表从上而下垂直施工；
2、上部土层采用放坡+土钉墙施工，放坡坡底一般为岩土界面，下部岩质段竖井由放坡坡底开始从上而下垂直施工，从而形成坑中井，其中下部岩质段采用初期支护体系（钢架、锚杆、喷射混凝土）；
3、采用“灌注桩+内支撑”的支护形式，一桩到底。
就以上的竖井施工支护体系对于土层厚度不厚，地下水不丰富，周边环境要求不高的情况适用性较好。对于土层深厚，土层及岩土界面位置地下水分布或周边环境要求较高的竖井工程，则显得支护刚度不足，存在一定的安全隐患。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供的岩土混合竖井工程支护体系及竖井施工方法，解决了现有竖井施工支护体系针对土层深厚，土层及岩土界面位置地下水分布或周边环境要求较高的竖井工程，支护刚度不足，存在一定的安全隐患的技术问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：
一种岩土混合竖井工程支护体系，包括土层支护结构、岩土接驳支护结构和岩层支护结构；所述土层支护结构包括围护桩、冠梁、第一支撑和第二支撑，所述围护桩有多个并沿竖井边缘设置，多个所述围护桩底端均分别嵌入岩层，所述冠梁设置于全部所述围护桩顶端，所述第一支撑和第二支撑从上往下依次设置，所述第一支撑与冠梁连接，所述第二支撑与围护桩抵接；所述岩土接驳支护结构包括锁脚支撑、锁脚圈梁和第一锚杆，所述锁脚圈梁与围护桩底端连接且位于岩土界面上方，所述锁脚支撑与锁脚圈梁抵接；所述岩层支护结构包括环向钢撑和横向钢撑，所述环向钢撑顶端与锁脚圈梁连接，所述横向钢撑与环向钢撑抵接；所述第一锚杆设置于环向钢撑和围护桩接驳位置并倾斜地嵌入岩层。
可选地，所述第二支撑有多个，多个所述第二支撑从上往下依次设置。
可选地，所述横向钢撑从上往下设置多个，位于所述接驳位置内的相邻两横向钢撑间距，小于位于所述接驳位置下方的相邻两横向钢撑间距。
可选地，所述岩层支护结构还包括第二锚杆，所述第二锚杆位于第一锚杆下方并倾斜地嵌入岩层，且所述第二锚杆短于第一锚杆。
可选地，所述第一支撑和锁脚支撑均为混凝土支撑，所述第二支撑为钢支撑。
一种基于岩土混合竖井工程支护体系的竖井施工方法，包括如下步骤：
S1、围护桩施作：于待开挖竖井边缘优先施作围护桩，并使围护桩底端嵌入岩层；
S2、土层开挖：采用逆作法开挖基坑及施作第一支撑和第二支撑，且在施作第一支撑的同时浇筑围护桩顶部冠梁，之后在岩土界面上方浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑；
S3、岩层开挖：岩层采用控制爆破开挖，每一循环开挖深度不得超过上下相邻两横向钢撑间距，开挖后及时施作环向钢撑及横向钢撑，将环向钢撑顶端与锁脚圈梁连接，并于竖井壁施作锚杆以加强围岩稳定。
可选地，步骤S2还包括如下子步骤：
S21、开挖基坑至第一支撑中心线以下1m，之后于围护桩顶面浇筑冠梁及第一支撑；
S22、继续开挖基坑至第二支撑中心线以下1m，架设第二支撑并及时施加预应力；
S23、继续开挖基坑至岩层表面，浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑。
可选地，在步骤S22中，所述第二支撑有多个，并采用逆作法施作，随挖随支。
可选地，在步骤S3中，在环向钢撑与围护桩接驳位置施作第一锚杆，在所述接驳位置下方施作第二锚杆，且所述第二锚杆短于第一锚杆。
可选地，在步骤S3中，在所述接驳位置施作的钢撑密集程度大于所述接驳位置下方施作的钢撑密集程度，并使第一锚杆密集程度大于第二锚杆密集程度。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提供的岩土混合竖井工程支护体系，包括土层支护结构、岩土接驳支护结构和岩层支护结构；所述土层支护结构包括围护桩、冠梁、第一支撑和第二支撑，所述围护桩有多个并沿竖井边缘设置，多个所述围护桩底端均分别嵌入岩层，所述冠梁设置于全部所述围护桩顶端，所述第一支撑和第二支撑从上往下依次设置，所述第一支撑与冠梁连接，所述第二支撑与围护桩抵接；所述岩土接驳支护结构包括锁脚支撑、锁脚圈梁和第一锚杆，所述锁脚圈梁与围护桩底端连接且位于岩土界面上方，所述锁脚支撑与锁脚圈梁抵接；所述岩层支护结构包括环向钢撑和横向钢撑，所述环向钢撑顶端与锁脚圈梁连接，所述横向钢撑与环向钢撑抵接；所述第一锚杆设置于环向钢撑和围护桩接驳位置并倾斜地嵌入岩层。根据土层和岩层性质采用不同的支护体系，土层结构松散，故上部土层采用桩撑支护，围护结构刚度大，更能保障工程本身和周边环境的安全；岩层结构稳固，故下部岩层采用钢架锚喷支护，借助岩层提供支撑力以获得足够的支护刚度。同时，相比一桩到底的支护结构，本支护体系还节约了工期和工程投资。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为岩土混合竖井工程支护体系的结构示意图；
图2为第一支撑的结构示意图；
图3为第二支撑的结构示意图；
图4为竖井施工方法的流程图；
图5为步骤S2的子步骤流程图；
附图标记：
1-土层、2-岩层、3-土层支护结构、4-岩土接驳支护结构、5-岩层支护结构；
31-围护桩、32-冠梁、33-第一支撑、34-第二支撑、35-厚砼板撑、41-锁脚支撑、42-锁脚圈梁、43-第一锚杆、51-环向钢撑、52-横向钢撑、53-第二锚杆；
341-围檩、342-直钢支撑、343-斜钢支撑。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参阅图1，本发明提供的一种岩土混合竖井工程支护体系，包括位于上部土层的土层支护结构4、位于岩土界面的岩土接驳支护结构4和位于下部岩层的岩层支护结构5。所述土层支护结构4包括围护桩31、冠梁32、第一支撑33和第二支撑34。所述围护桩31有多个并沿竖井边缘设置，多个所述围护桩31底端均分别嵌入岩层以形成围护桩31嵌固段，一般嵌入中风化岩层2-5米（具体嵌入深度根据土层基坑深度计算）。所述冠梁32设置于全部所述围护桩31顶端，具体地，在围护桩31顶端预留钢筋以与冠梁32一体浇筑成型。所述第一支撑33和第二支撑34从上往下依次设置，所述第一支撑33与冠梁32连接，所述第二支撑34与围护桩31抵接，且所述第二支撑34有多个，多个所述第二支撑34从上往下依次设置。所述岩土接驳支护结构4包括锁脚支撑41、锁脚圈梁42和第一锚杆43，所述锁脚圈梁42与围护桩31底端连接且位于岩土界面上方，具体是在围护桩31上植筋以与锁脚圈梁42的骨架连接后浇筑成型，以保证围护桩31嵌固段的稳定。所述锁脚支撑41与锁脚圈梁42抵接。所述岩层支护结构5包括环向钢撑51和横向钢撑52，所述环向钢撑51顶端与锁脚圈梁42连接，所述横向钢撑52与环向钢撑51抵接，且所述横向钢撑52从上往下设置多个。所述第一锚杆43设置于环向钢撑51和围护桩31接驳位置（即锁脚圈梁42至围护桩31底面这一高度区域为接驳位置）并倾斜地嵌入岩层，具体是斜向下倾斜15-20度，即第一锚杆43与水平面形成15-20度锐角。
具体地，所述岩层支护结构5还包括第二锚杆53，所述第二锚杆53位于第一锚杆43下方并倾斜地嵌入岩层，且所述第二锚杆53短于第一锚杆43。由于接驳位置的岩层多为中风化岩层，受上部围护结构施工影响，对围岩扰动较大，故设置相对较长的第一锚杆43以加强嵌固段桩前土和围护桩31的稳定，而位于围护桩31下方的第二锚杆53由于设置在稳固岩层内则不必加长，第一锚杆43优选采用注浆锚杆。优选地，位于所述接驳位置内的相邻两横向钢撑52间距，小于位于所述接驳位置下方的相邻两横向钢撑52间距，通过设置相对密集的横向钢撑52以加强围护桩31嵌固段的支护稳定性。显然，也可在接驳位置设置相对密集的环向钢撑51和/或使第一锚杆43的密集程度大于第二锚杆53密集程度，均能加强围护桩31嵌固段的支护稳定性。根据土层和岩层性质采用不同的支护体系，土层结构松散，故上部土层采用桩撑支护，围护结构刚度大，更能保障工程本身和周边环境的安全；岩层结构稳固，故下部岩层采用钢架锚喷支护，借助岩层提供支撑力以获得足够的支护刚度，支护结构稳定可靠。同时，相比一桩到底的支护结构，本支护体系还节约了工期和工程投资。
具体地，所述第一支撑33为混凝土支撑并与冠梁32浇筑成一体，所述第二支撑34为钢支撑并通过千斤顶施加轴力以调整围护结构的变形，所述锁脚支撑41也为混凝土支撑并与锁脚圈梁42浇筑成一体。所述第一支撑33、第二支撑34和锁脚支撑41均属于内支撑，工程实际中常用的内支撑材料分为钢支撑和混凝土支撑两种。混凝土支撑既能受压，也能受拉，亦经得起施工设备的撞击，且其刚度大，整体变形小；而钢支撑只能受压而不能受拉，且刚度小，整体变形大，其稳定性取决于现场拼装质量，包括节点轴线的对中精度、杆件受力的偏心程度以及节点连接的可靠性，个别节点失稳即会引起整体破坏。故围护桩31两端均选用混凝土支撑以形成稳定的支撑体系，而围护桩31中部支撑采用钢支撑以便于后期拆除。
一个实施例，所述竖井呈矩形，请参阅图2，所述冠梁32也为相应的矩形，且冠梁32相邻两边均设有厚砼板撑35以增强冠梁32角部刚度；请参阅图3，所述第二支撑34包括围檩341、直钢支撑342和斜钢支撑343，所述围檩341也为矩形并与全部所述围护桩31连接，所述直钢支撑342连接于围檩341相对两边，所述斜钢支撑343连接于围檩341相邻两边。
一种基于岩土混合竖井工程支护体系的竖井施工方法，由于该竖井施工方法采用了上述实施例中的岩土混合竖井工程支护体系，所以该竖井施工方法的有益效果请参考上述实施例，请参阅图4，包括如下步骤：
S1、围护桩施作：于待开挖竖井边缘优先施作围护桩，并使围护桩底端嵌入岩层；
S2、土层开挖：采用逆作法开挖基坑及施作第一支撑和第二支撑，且在施作第一支撑的同时浇筑围护桩顶部冠梁，将第二支撑与围护桩抵接，之后在岩土界面上方浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑；
S3、岩层开挖：岩层采用控制爆破开挖，每一循环开挖深度不得超过上下相邻两横向钢撑间距，开挖后及时施作环向钢撑及横向钢撑，将环向钢撑顶端与锁脚圈梁连接，将横向钢撑与环向钢撑抵接，并于竖井壁施作锚杆以加强围岩稳定。
作为对上述方案的进一步改进，步骤S2还包括如下子步骤：
S21、开挖基坑至第一支撑中心线以下1m，之后于围护桩顶面浇筑冠梁及第一支撑；
S22、继续开挖基坑至第二支撑中心线以下1m，架设第二支撑并及时施加预应力；
S23、继续开挖基坑至岩层表面，浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑。
作为对上述方案的进一步改进，在步骤S22中，所述第二支撑有多个，并采用逆作法施作，随挖随支。
作为对上述方案的进一步改进，在步骤S3中，在环向钢撑与围护桩接驳位置施作第一锚杆，在所述接驳位置下方施作第二锚杆，且所述第二锚杆短于第一锚杆。
作为对上述方案的进一步改进，在步骤S3中，在所述接驳位置施作的钢撑密集程度大于所述接驳位置下方施作的钢撑密集程度，并使第一锚杆密集程度大于第二锚杆密集程度。
作为对上述方案的进一步改进，待开挖完成后，再自下向上施做二衬，并同时自下而上逐一拆除横向钢撑、锁脚支撑、第二支撑和第一支撑。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种岩土混合竖井工程支护体系，其特征在于：包括土层支护结构（3）、岩土接驳支护结构（4）和岩层支护结构（5）；所述土层支护结构（3）包括围护桩（31）、冠梁（32）、第一支撑（33）和第二支撑（34），所述围护桩（31）有多个并沿竖井边缘设置，多个所述围护桩（31）底端均分别嵌入岩层（2），所述冠梁（32）设置于全部所述围护桩（31）顶端，所述第一支撑（33）和第二支撑（34）从上往下依次设置，所述第一支撑（33）与冠梁（32）连接，所述第二支撑（34）与围护桩（31）抵接；所述岩土接驳支护结构（4）包括锁脚支撑（41）、锁脚圈梁（42）和第一锚杆（43），所述锁脚圈梁（42）与围护桩（31）底端连接且位于岩土界面上方，所述锁脚支撑（41）与锁脚圈梁（42）抵接；所述岩层支护结构（5）包括环向钢撑（51）和横向钢撑（52），所述环向钢撑（51）顶端与锁脚圈梁（42）连接，所述横向钢撑（52）与环向钢撑（51）抵接；所述第一锚杆（43）设置于环向钢撑（51）和围护桩（31）接驳位置并倾斜地嵌入岩层（2）。
2.根据权利要求1所述的岩土混合竖井工程支护体系，其特征在于：所述第二支撑（34）有多个，多个所述第二支撑（34）从上往下依次设置。
3.根据权利要求1所述的岩土混合竖井工程支护体系，其特征在于：所述横向钢撑（52）从上往下设置多个，位于所述接驳位置内的相邻两横向钢撑（52）间距，小于位于所述接驳位置下方的相邻两横向钢撑（52）间距。
4.根据权利要求1所述的岩土混合竖井工程支护体系，其特征在于：所述岩层支护结构（5）还包括第二锚杆（53），所述第二锚杆（53）位于第一锚杆（43）下方并倾斜地嵌入岩层（2），且所述第二锚杆（53）短于第一锚杆（43）。
5.根据权利要求1-4任一项所述的岩土混合竖井工程支护体系，其特征在于：所述第一支撑（33）和锁脚支撑（42）均为混凝土支撑，所述第二支撑（34）为钢支撑。
6.一种基于岩土混合竖井工程支护体系的竖井施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、围护桩施作：于待开挖竖井边缘优先施作围护桩，并使围护桩底端嵌入岩层；
S2、土层开挖：采用逆作法开挖基坑及施作第一支撑和第二支撑，且在施作第一支撑的同时浇筑围护桩顶部冠梁，之后在岩土界面上方浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑；
S3、岩层开挖：岩层采用控制爆破开挖，每一循环开挖深度不得超过上下相邻两横向钢撑间距，开挖后及时施作环向钢撑及横向钢撑，将环向钢撑顶端与锁脚圈梁连接，并于竖井壁施作锚杆以加强围岩稳定。
7.根据权利要求1所述的竖井施工方法，其特征在于，步骤S2还包括如下子步骤：
S21、开挖基坑至第一支撑中心线以下1m，之后于围护桩顶面浇筑冠梁及第一支撑；
S22、继续开挖基坑至第二支撑中心线以下1m，架设第二支撑并及时施加预应力；
S23、继续开挖基坑至岩层表面，浇筑围护桩锁脚圈梁及施作锁脚支撑。
8.根据权利要求7所述的竖井施工方法，其特征在于，在步骤S22中，所述第二支撑有多个，并采用逆作法施作，随挖随支。
9.根据权利要求6所述的竖井施工方法，其特征在于，在步骤S3中，在环向钢撑与围护桩接驳位置施作第一锚杆，在所述接驳位置下方施作第二锚杆，且所述第二锚杆短于第一锚杆。
10.根据权利要求9所述的竖井施工方法，其特征在于，在步骤S3中，在所述接驳位置施作的钢撑密集程度大于所述接驳位置下方施作的钢撑密集程度，并使第一锚杆密集程度大于第二锚杆密集程度。
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