一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种超扁平洞室中岩柱支护结构的施工方法，包括：对洞室断面进行分区，分出中导洞、上导洞、下导洞和下层预留核心岩土，通过中导洞、上导洞、下导洞形成中岩柱；步依次开挖中导洞、上层边导洞和下层边导洞，安装径向系统锚索支护结构和径向系统锚杆支护结构；由两侧已开挖中导洞、上层边导洞向中岩柱上方打设倾斜锚索，对中岩柱上方围岩进行预加固；向中岩柱打设横向对拉锚杆进行加固，并向锚杆施加预加力；拆除中岩柱，并同时安装径向系统锚杆支护结构；拆除下层预留核心岩土。本发明专利技术在施工阶段预留中岩柱支护结构，与导洞上方局域承载拱联合作用，围岩整体受力体系的平稳转换，分步封闭围岩天然承载拱，实现超扁平洞室安全施工。

A rock pillar supporting structure and construction method in super flat cavern

【技术实现步骤摘要】
一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法
本专利技术涉及建筑结构
，尤其涉及一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法。
技术介绍
近年来国内外正在大规模修建地下储油库、地下隧道、水电站主厂房等，岩体力学逐渐成为隧道及地下工程研究的重点。国内外建成和在建的典型超大跨度洞室主要有：挪威格乔维克城滑冰场、八达岭长城站等。京张高铁八达岭长城站是亚洲规模最大的山岭地下火车站，也是国内埋深及提升高度最大的高速铁路地下站，八达岭长城站两端渡线段单洞开挖跨度达32.7m，是目前国内已知单拱跨度最大的暗挖铁路隧道，车站大厅的跨度达到45m。为满足日益增长的地下空间使用需求，大跨洞库、大跨公路铁路隧道建设也将会越来越多。但目前针对大跨度、超扁平洞室的研究及工程经验都存在不足，对其所适用的地层条件也有待进一步研究。按照现有的设计理念及土建施工技术，暗挖洞室能够实现的最大跨度为10m～20m；如果进一步增大洞室跨度，一般做法是加强初支及二衬，同时增设梁柱体系支撑，以传递拱顶荷载并控制结构变形，同时实现“减跨”的功能。但是增设的梁柱体系又切割了洞室空间，无法实现大跨大断面空间的使用要求。尤其对于矢跨比较小的扁平无柱洞室，随着跨度在量级上的增大，“CRD法”、“新奥法”等传统设计方法及理念已经不能满足设计要求，无法为此提供借鉴与指导。大跨度、超扁平无柱洞室如何改进设计理念，如何进行合理有效支护，如何安全高效施工，成为亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法，通过在施工阶段预留中岩柱支护结构，与导洞上方局域承载拱联合作用，达到围岩整体受力体系的平稳转换，分步封闭围岩天然承载拱，实现了超扁平洞室安全高效施工。为实现上述目的，本专利技术的一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法的具体技术方案为：一种超扁平洞室中岩柱支护结构，包括：径向系统锚索支护结构，设置有多个锚索，锚索由两侧已开挖导洞向预留的中岩柱的上方倾斜打设；径向系统锚杆支护结构，设置有多个锚杆，锚杆间隔设置在相邻的锚索之间；锚杆，横向设置在中岩柱中，中导洞、边导洞开挖支护完成后形成局域承载拱，拆除中岩柱后围岩分步封闭天然承载拱。一种超扁平洞室中岩柱支护结构的施工方法，包括以下步骤：步骤一，对洞室断面进行分区，分出中导洞、上导洞、下导洞和下层预留核心岩土，通过中导洞、上导洞、下导洞形成中岩柱；步骤二，依次开挖中导洞、上层边导洞和下层边导洞，安装径向系统锚索支护结构和径向系统锚杆支护结构；步骤三，由两侧已开挖中导洞、上层边导洞向中岩柱上方打设倾斜锚索，对中岩柱上方围岩进行预加固；向中岩柱打设横向对拉锚杆进行加固，并向锚杆施加预加力；步骤四，拆除中岩柱，并同时安装径向系统锚杆支护结构；步骤五，拆除下层预留核心岩土。本专利技术的一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法的优点在于：1)超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法，通过施工阶段预留中岩柱的临时支护作用，达到围岩整体受力体系的平稳转换，围岩天然承载拱最终分步封闭，承担全部外荷载；本专利技术通过创新设计理念，改进施工方法，实现超扁平洞室的安全高效施工，洞室跨度可达30m～80m；2)实现了大跨无柱超扁平洞室的大空间成洞，可为特定工业设施及民用设施量身定做断面净空，具有较好的社会效益和极佳的可推广性；3)为超扁平洞室提供了一种安全高效施工方法，极大降低施工风险，有效控制围岩变形，具有较高的安全性；4)充分利用围岩自承载能力，围岩作为天然承载拱承担全部荷载，大幅减少支护材料，降低工程造价，具有较好的经济性；5)施工方法工序明确，各部位施工互不干扰，可实现大型机械化作业，施工效率高，具有较好的可实施性；6)提出通过预留中岩柱实现围岩天然承载拱分步封闭的先进理念，大幅提升了本领域超扁平洞室设计施工水平，使原创设计理论向前迈出坚实一步；7)根据洞室规模及矢跨比对洞室断面进行合理分区；中导洞及边导洞开挖后及时进行锚杆+锚索系统支护，充分利用锚杆+锚索对岩石块体的悬吊作用及挤压加固拱作用，降低岩石块体间滑移松动，增强岩体整体性能，导洞上方围岩形成局域承载拱，拱端搭接在预留中岩柱上，与预留中岩柱共同形成施工阶段临时支护结构体系，此阶段围岩释放部分应力，变形逐渐稳定；中岩柱拆除后及时跟进系统锚杆+锚索，形成新的局域承载拱；各段局域承载拱逐渐串联封闭，形成统一整体承载拱，通过施工阶段预留中岩柱的临时支护作用，达到围岩整体受力体系的平稳转换，围岩天然承载拱最终分步封闭，承担全部外荷载。附图说明图1为本专利技术中开挖中导洞的施工步序图；图2为本专利技术中开挖边导洞(预留中岩柱)的施工步序图；图3为本专利技术的中岩柱拆除的施工步序图；图4为本专利技术的中岩柱全部拆除的施工步序图；图5为本专利技术的超扁平洞室开挖完成的施工步序图；图6A为本专利技术中岩柱开挖方案的平面示意图一；图6B为本专利技术中岩柱开挖方案的平面示意图二；图6C为本专利技术中岩柱开挖方案的平面示意图三；图6D为本专利技术中岩柱开挖方案的平面示意图四。图中：11、第一中导洞；12、第二中导洞；21、第一上层边导洞21；22、第二上层边导洞；31、第一下层边导洞；32、第二下层边导洞；41、第一中岩柱；42、第二中岩柱；43、第三中岩柱；51、局域承载拱；52、拆除中岩柱后围岩分步封闭天然承载拱；6、下层预留核心岩土，7、径向系统锚索支护结构，8、径向系统锚杆支护结构，9、锚索，10、锚杆。具体实施方式为了更好的了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术的一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法做进一步详细的描述。如图1至图6D所示，其示为本专利技术的一种超扁平洞室中岩柱支护结构及施工方法，支护结构包括径向系统锚索支护结构7、径向系统锚杆支护结构8、锚索9、锚杆10，径向系统锚索支护结构7设置有多个锚索9，锚索9由两侧已开挖导洞(中导洞1)向预留中岩柱4的上方倾斜打设；径向系统锚杆支护结构8设置有多个锚杆，锚杆间隔设置在相邻的锚索9之间；横向锚杆10对拉设置在中岩柱4中；在中导洞、上层边导洞、下层边导洞开挖支护完成后形成局域承载拱51，拆除中岩柱4后围岩分步封闭天然承载拱52。其中，径向系统锚杆支护结构8中锚杆的长度为3m～10m，相邻的锚杆的环向、纵向间距为1m～3m。此外，径向系统锚索支护结构7中的锚索9的长度为15m～35m，相邻的锚索9的环向、纵向间距为4m～8m，预加力1000kN～2500kN。本专利技术的超扁平洞室矢跨比小于1，跨度可达30m～80m，超扁平洞室适用于侧压力系数为1～3的II～IV级硬岩地层。本专利技术以应用于超扁平洞室所处III级花岗岩地层为例，侧压力系数为2.0，场址无承压水。洞室呈椭圆形，跨度为58m，最大高度14.5m，矢跨比0.25，纵向长度125m。洞室范围内存在6条贯通裂隙，与洞室轴线基本正交，裂隙倾角60°～90°，均为陡倾角裂隙。本专利技术还公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超扁平洞室中岩柱支护结构，其特征在于，包括：/n径向系统锚索支护结构(7)，设置有多个锚索(9)，锚索(9)由两侧已开挖导洞向预留的中岩柱的上方倾斜打设；/n径向系统锚杆支护结构(8)，设置有多个锚杆，锚杆间隔设置在相邻的锚索(9)之间；/n锚杆(10)，横向设置在中岩柱中，中导洞、边导洞开挖支护完成后形成局域承载拱(5)，拆除中岩柱后围岩分步封闭天然承载拱(52)。/n

【技术特征摘要】
1.一种超扁平洞室中岩柱支护结构，其特征在于，包括：
径向系统锚索支护结构(7)，设置有多个锚索(9)，锚索(9)由两侧已开挖导洞向预留的中岩柱的上方倾斜打设；
径向系统锚杆支护结构(8)，设置有多个锚杆，锚杆间隔设置在相邻的锚索(9)之间；
锚杆(10)，横向设置在中岩柱中，中导洞、边导洞开挖支护完成后形成局域承载拱(5)，拆除中岩柱后围岩分步封闭天然承载拱(52)。


2.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于，径向系统锚杆支护结构(8)中锚杆的长度为3m～10m，相邻的锚杆的环向、纵向间距为1m～3m。


3.根据权利要求1所述的支护结构，其特征在于，径向系统锚索支护结构(7)中的锚索(9)的长度为15m～35m，相邻的锚索(9)的环向、纵向间距为4m～8m，预加力1000kN～2500kN。


4.一种超扁平洞室中岩柱支护结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，对洞室断面进行分区，分出中导洞、上导洞、下导洞和下层预留核心岩土，通过中导洞、上导洞、下导洞形成中岩柱；
步骤二，依次开挖中导洞、上层边导洞和下层边导洞，安装径向系统锚索支护结构和径向系统锚杆支护结构；
步骤三，由两侧已开挖中导洞、上层边导洞向中岩柱上方打设倾斜锚索，对中岩柱上方围岩进行预加固；向中岩柱打设横向对拉锚杆进行加固，并向锚杆施加预加力；
步骤四，拆除中岩柱，并同时安装径向系统锚杆支护结构；
步骤五，拆除下层预留核心岩...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺维国，宋超业，陈翰，王星，吕书清，李兆龙，杨志斌，范国刚，
申请(专利权)人：中铁第六勘察设计院集团有限公司，中铁天津隧道工程勘察设计有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12