一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施工方法技术

本发明专利技术公开了一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室顶部的顶拱部、在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力洞，辅助受力洞沿纵向设有多个，且与施工交通洞连通；辅助受力洞内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞和顶拱部之间均设有对穿预应力锚索。同时还提供了一种地下洞室及其施工方法。本发明专利技术不仅施工方便、快捷，而且在主洞室开挖之前完成主洞室顶拱部的支护加固，形成稳固的顶拱结构，取得了事先加固的效果，增加了围岩整体性，有效发挥围岩自身承载力。显著提高了洞室整体的安全性、可靠性和稳定性，尤其适用于地质条件复杂、围岩稳定性极差的超大跨度地下洞室。

【技术实现步骤摘要】
一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施工方法
本专利技术属于地下工程，具体涉及一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施工方法,尤其适用于复杂地质条件下超大跨度地下洞室。
技术介绍
常规的地下洞室的断面跨度一般不超过40米，对地下洞室顶拱的加固，常规措施为洞室开挖后，再采用多种支护的支护型式。超大断面洞室的跨度往往达到60-70米。常规支护措施由于存在开挖出渣工期与支护施工周期，掌子面爆破形成洞室后一直到支护施工完成，这期间需要一段时间，从而造成洞室顶拱在一段时间内无支护，存在工程安全隐患。对于洞室围岩条件差等复杂地质条件下的超大断面洞室，常常由于洞室围岩条件差导致洞室顶拱不能开挖成型，开挖后就随之坍塌，无法形成常规的洞室。即便是可以开挖成型的地质条件，由于超大断面洞室的跨度过大，采用常规支护形式，也会导致洞室顶拱围岩不稳定。上述问题在受多种条件所限，布置在地质条件复杂、围岩条件较差地层中的超大跨度地下洞室中尤为突出。另外，对本案中所提到的方向词汇进行定义，在本领域中，技术人员通常认定纵向是沿着地下洞室纵深的方向；横向是地下洞室横断面的方向，垂直于地下洞室轴线。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种安全稳固的地下洞室顶拱结构，配套的地下洞室及地下洞室施工方法。本专利技术解决问题的技术方案是：一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室顶部的顶拱部，还包括在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力洞，所述辅助受力洞沿纵向设有多个，且与施工交通洞连通；所述辅助受力洞内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞和顶拱部之间均设有对穿预应力锚索。上述方案中，辅助受力洞浇筑钢筋混凝土之后形成受力梁，通过对穿预应力锚索反吊主洞室顶拱部围岩，从而保证顶拱部的稳定。进一步的，所述施工交通洞内浇筑充填有钢筋混凝土，充填有钢筋混凝土的实心施工交通洞为辅助受力洞的支座；所述施工交通洞外设有伸入岩体的锚固件，对施工交通洞牵拉。施工交通洞形成受力支座，能够进一步增加辅助受力洞承受载荷的能力。锚固件为锚杆或锚索，通过锚杆或锚索对施工交通洞形成牵拉，能够增加施工交通洞的承载能力。辅助受力洞的布置方式有多种，如，所述相邻辅助受力洞之间间隔设置。或者，所述相邻辅助受力洞之间连续设置。进一步的，所述辅助受力洞的横断面为拱形或直线型。优选为拱形，拱形结构承受力更大。进一步的，每一个辅助受力洞向上设有伸入岩体的预应力锚索，将辅助受力洞牵拉。优选的，每一个辅助受力洞上的对穿预应力锚索均呈辐射状布置。同时，本专利技术还提供一种地下洞室，包括主洞室，所述主洞室的顶部为上述方案所述的顶拱结构。相应的，本专利技术还提供一种地下洞室施工方法，包括如下步骤：a）在主洞室开挖施工前，在设计开挖主洞室的区域上方两侧的岩体内，沿纵向开挖施工交通洞；b）以其中一侧的施工交通洞为起点、另一侧的施工交通洞为终点，横向开挖辅助受力洞，辅助受力洞沿纵向设有多个，且与施工交通洞连通；在辅助受力洞内铺设钢筋或型钢结构，并用混凝土浇筑充填整个辅助受力洞；c）在主洞室的开挖边线以内，沿主洞室顶拱部的边线、一一对应辅助受力洞，横向开挖多个辅助施工洞；d）在横向辅助施工洞内，向上施工对穿预应力锚索，直至深入辅助受力洞并固定，通过对穿预应力锚索反吊主洞室顶拱部围岩以利于顶拱部稳定；f）进行主洞室的开挖，开挖过程中辅助施工洞被破除，辅助施工洞所在的区域成为主洞室的一部分；之后，进行主洞室支护施工。上述施工过程中，施工交通洞采用锚杆或锚索支护。进一步的，在步骤d）之后、步骤f）之前还设有步骤e）在施工交通洞内浇筑钢筋混凝土，使两侧的施工交通洞形成辅助受力洞的支座；然后在施工交通洞外设有伸入岩体的锚固件，对施工交通洞牵拉。进一步的，辅助受力洞的布置形式可根据洞室跨度、地质条件综合考虑后确定，一种具体的方案中：步骤b）中相邻辅助受力洞之间间隔设置；步骤c）中每一个辅助施工洞位于其对应的辅助受力洞正下方；步骤d）中每一个辅助受力洞上的对穿预应力锚索均呈辐射状布置。另一种具体的方案中：步骤b）中相邻辅助受力洞之间连续设置，连续布置的辅助受力洞采用跳仓施工，最后形成紧挨在一起的整体；步骤c）中每一个辅助施工洞位于其对应的辅助受力洞正下方，辅助施工洞也是连续布置，同样采用跳仓施工。进一步的，步骤d）中对穿预应力锚索施工完成后，再从辅助受力洞向上设置伸入岩体的预应力锚索，将辅助受力洞牵拉。本专利技术不仅施工方便、快捷，而且在主洞室开挖之前完成主洞室顶拱部的支护加固，形成稳固的顶拱结构，取得了事先加固的效果，增加了围岩整体性，有效发挥围岩自身承载力。相比于常规施工技术，显著提高了洞室整体的安全性、可靠性和稳定性，尤其适用于地质条件复杂、围岩稳定性极差的超大跨度地下洞室。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1为实施例1地下洞室横剖面图。图2为实施例1地下洞室纵剖面图。图3为实施例2地下洞室横剖面图。图4为实施例2地下洞室纵剖面图。图中：1—辅助受力洞，2—施工交通洞，3、6—预应力锚索，4—辅助施工洞，5—主洞室,8-锚杆。具体实施方式实施例1如图1～2所示，一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室5顶部的顶拱部、在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞2、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力洞1。所述辅助受力洞1沿纵向间隔设有多个，且与施工交通洞2连通。所述辅助受力洞1内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞1和顶拱部之间均设有呈辐射状布置的对穿预应力锚索3。每一个辅助受力洞1呈辐射状向上设有伸入岩体的预应力锚索6，将辅助受力洞1牵拉。所述施工交通洞2内浇筑充填有钢筋混凝土，充填有钢筋混凝土的实心施工交通洞2为辅助受力洞1的支座。所述施工交通洞2外设有伸入岩体的锚杆8，对施工交通洞2牵拉。所述辅助受力洞1的横断面为拱形。本实施例还提供一种地下洞室，包括主洞室5，所述主洞室5的顶部为上述顶拱结构。与此同时，本实施例还提供一种地下洞室施工方法，包括如下步骤：a）在主洞室5开挖施工前，在设计开挖主洞室5的区域上方两侧的岩体内，沿纵向开挖施工交通洞2，施工交通洞2外设有伸入岩体的锚杆8，对施工交通洞2牵拉。施工交通洞2的长度大于或等于主洞室长度。b）以其中一侧的施工交通洞2为起点、另一侧的施工交通洞2为终点，横向开挖辅助受力洞1，辅助受力洞1沿纵向间隔设有多个，且与施工交通洞2连通；在辅助受力洞1内铺设钢筋或型钢结构，并用混凝土浇筑充填整个辅助受力洞1。c）在主洞室5的开挖边线以内，沿主洞室5顶拱部的边线、一一对应辅助受力洞1，横向开挖多个辅助施工洞4；每一个辅助施工洞4位于其对应的辅助受力洞1正下方。d）在横向辅助施工洞4内，呈辐射状向上施工对穿预应力锚索3，直至深入辅助受力洞1并固定，通过对穿预应力锚索3反吊主洞室5顶拱部围岩以利于顶拱部稳定。对穿预应力锚索3施工完成后，再从辅助受力洞1向上设置伸入岩体的预应力锚索6，将辅助受力洞1牵拉。e）在施工交通洞2内浇筑钢筋混凝土，使两侧的施工交通洞2形成辅助受力洞1的支座。f）进行主洞室5的开挖，开挖过程中辅助施工洞4被破除，辅助施工洞4所在的区域成为主洞室5的一部分。之后，进行主洞室5支护施工。上述步骤方法中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室（5）顶部的顶拱部，其特征在于：还包括在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞（2）、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力洞（1），所述辅助受力洞（1）沿纵向设有多个，且与施工交通洞（2）连通；所述辅助受力洞（1）内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞（1）和顶拱部之间均设有对穿预应力锚索（3）。

【技术特征摘要】
1.一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室（5）顶部的顶拱部，其特征在于：还包括在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞（2）、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力洞（1），所述辅助受力洞（1）沿纵向设有多个，且与施工交通洞（2）连通；所述辅助受力洞（1）内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞（1）和顶拱部之间均设有对穿预应力锚索（3）。2.根据权利要求1所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：所述施工交通洞（2）内浇筑充填有钢筋混凝土，充填有钢筋混凝土的实心施工交通洞（2）为辅助受力洞（1）的支座；所述施工交通洞（2）外设有伸入岩体的锚固件，对施工交通洞（2）牵拉。3.根据权利要求1所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：所述相邻辅助受力洞（1）之间间隔设置。4.根据权利要求1所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：所述相邻辅助受力洞（1）之间连续设置。5.根据权利要求1所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：所述辅助受力洞（1）的横断面为拱形或直线型。6.根据权利要求1或2所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：每一个辅助受力洞（1）向上设有伸入岩体的预应力锚索（6），将辅助受力洞（1）牵拉。7.根据权利要求1所述的地下洞室顶拱结构，其特征在于：每一个辅助受力洞（1）上的对穿预应力锚索（3）均呈辐射状布置。8.一种地下洞室，包括主洞室（5），其特征在于：所述主洞室（5）的顶部为上述权利要求1～7任一项所述的顶拱结构。9.一种地下洞室施工方法，其特征在于包括如下步骤：a）在主洞室（5）开挖施工前，在设计开挖主洞室（5）的区域上方两侧的岩体内，沿纵向开挖施工交通洞（2）；b）以其中一侧的施工交通洞（2）为起点、另一侧的施工交通洞（2）为终点，横向开挖辅助受力洞（1），辅助受力洞（1）沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，冯树荣，潘江洋，郭云强，胡育林，钟辉亚，石青春，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43