一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施工方法与流程

本发明属于地下工程，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。

背景技术：

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。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明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。

本发明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，本发明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，本发明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。

本发明不仅施工方便、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

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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，辅助受力洞1的断面尺寸根据其承受的荷载以及主洞室5跨度等条件计算和施工交通需要综合确定。

实施例2

如图3～4所示，重复实施例1，所不同的是：对于地质条件复杂、围岩条件极差的超大断面主洞室，相邻辅助受力洞1之间连续设置。

其施工方法中存在如下不同：

步骤b）中相邻辅助受力洞1之间连续设置，连续布置的辅助受力洞1采用跳仓施工，最后形成紧挨在一起的整体。

步骤c）中每一个辅助施工洞4位于其对应的辅助受力洞1正下方，辅助施工洞4也是连续布置，同样采用跳仓施工。