一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，属隧道与地下工程支护结构技术领域。


背景技术：

2.土木、水电、采矿、能储、科研等行业，圆筒形穹顶洞室结构因其“承压拱”的结构特点，使得穹顶围岩的稳定性较好，从而越来越多的运用于各类工程中。但是随着社会的发展，地下洞室的开挖跨度越来越大，大跨度开挖会导致上部岩体松动圈范围变大，极易造成拱顶坍塌和掉块，同时大跨度开挖不可避免的会遇到裂隙、节理等不良地质情况。而现有的大跨度支护结构未考虑这些不稳定块体的支护，无法保证围岩等级低处有足够的承载力；所以为了提高穹顶洞室开挖后的整体性和稳定性，减小局部不良地质情况给穹顶洞室施工及后期使用带来的影响，迫切的需要发明一种整体性好、可以充分利用岩体自承载能力的支护结构。
3.现有的支护结构一般采用预应力锚杆、钢架网、格栅钢架和临时支撑的形式，格栅钢架将穹顶围岩的力传递到穹顶拱脚，穹顶拱脚发生应力集中的现象，导致拱脚极易发生破坏，所以需要减少穹顶传给拱脚的力和提高拱脚的自身承载能力。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是，针对穹顶洞室围岩等级低、大跨度开挖支护困难的问题，公开一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构。
5.本实用新型的技术方案如下，用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，所述圈梁结构包括预应力锚杆、工字型钢圈梁、穹顶钢拱架和直墙支撑钢架；所述工字型钢圈梁环绕着洞周、部分嵌固在拱脚围岩中，还有部分支承在直墙支撑钢架上；所述工字型钢圈梁环绕着洞周打设了一圈长锚杆；所述穹顶钢拱架与工字型钢圈梁连接；所述预应力锚杆一端固定在穹顶钢拱架上，另一端打设在洞室的穹顶和侧墙上，所有预应力锚杆呈梅花形间隔均匀布设。
6.所述预应力锚杆的长度为4m~5m，打设的环纵向间距1m
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1m，裂隙发育处可以适当的加密；所述预应力锚杆采用机械式涨壳预应力锚杆。
7.所述长锚杆，将工字型钢圈梁嵌固在拱脚围岩中，锚杆的长度为6m，锚杆环向间距为1m。
8.所述工字型钢圈梁与工字型钢圈梁环向之间通过第二连接螺栓连接；工字型钢圈梁与穹顶钢拱架之间通过第一连接螺栓连接。
9.所述穹顶钢拱架和侧墙位置初衬和二衬喷射混凝土的强度等级为c25；工字型钢圈梁安装完成后喷射的混凝土为强度等级更高的c35混凝土。
10.本实用新型的有益效果是，本实用新型采用锚杆和穹顶钢拱架结合的支护结构，通过设置工字型钢圈梁将整个穹顶洞室的支护体系连接成一个整体，提高了穹顶洞室的整
体性，可以有效避免局部围岩强度等级低而导致的局部塌方和掉块等工程事故；本实用新型设置的工字型钢圈梁可以有效的提高拱脚的承载能力，将围岩应力的水平分力均匀的传递到穹顶洞室的四周围岩，同时工字型钢圈梁与直墙支撑钢架相连，可以将一部分围岩应力竖向分力传递到穹顶洞室的底层岩体中，减小了侧墙所受的竖向应力，有效的防止了侧墙发生片帮破坏。本实用新型的穹顶围岩和侧墙围岩均采用机械胀壳预应力锚杆进行加固，能够最大限度的发挥围岩的自承载能力。
11.本实用新型施工工艺简单，投资成本较低，可作为土木、水电、能储等各行业地下洞室开挖的支护结构。
附图说明
12.图1为本实用新型整体支护布置图；
13.图2为本实用新型侧墙锚杆布置图；
14.图3为本实用新型拱脚工字型钢圈梁布置a处大样图；
15.图4为本实用新型钢拱架与圈梁连接示意图；
16.图5为本实用新型工字型钢圈梁环向连接示意图；
17.图6为本实用新型工字型钢圈梁平面布置图；
18.图中1为预应力锚杆；2为工字型钢圈梁；3为穹顶钢拱架；4为第一连接螺栓；5为第二连接螺栓；6为直墙支撑钢架；7为长锚杆。
具体实施方式
19.如图1-5所示，为本实用新型的结构示意图及各部件的布置图。
20.如图1所示，由上坑道开挖至罐室拱脚位置后，采用工14门型钢架逐步挑高开挖，开挖完成后，立即初喷厚度为15mm的混凝土进行找平，然后在门式钢架的保护下打设机械式涨壳预应力锚杆（1）、逐榀架设穹顶钢拱架（3）以及铺设钢筋网。
21.如图2所示机械式涨壳预应力锚杆（1）的环纵向布置间距为1m
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1m，长度为3m和5m，呈梅花形间隔布设。图3为工字型钢圈梁（2）的平面布置图，如图3所示工字型钢圈梁（2）设置在穹顶洞室的拱脚处，通过一圈长度为6m的锚杆（7）嵌固在洞周围岩上；除此之外工字型钢圈梁（2）不仅与穹顶钢拱架（3）连接，还与直墙支撑钢架（6）进行连接，可以将一部分围岩应力竖向分力通过直墙支撑钢架（6）传递到底层围岩，防止侧墙发生片帮破坏。
22.图4、5工字型钢圈梁（2）与穹顶钢拱架（3）间的连接方式，如图4、5所示工字型钢梁（2）与工字型钢圈梁（2）环向之间通过第二连接螺栓连接；工字型钢圈梁（2）与穹顶钢拱架（3）之间均通过第一连接螺栓进行连接；工字型钢圈梁（2）采用的钢材等级为q235,整个工字型钢圈梁（2）拼装完成后，喷射强度等级为c35的混凝土对工字型钢圈梁（2）进行保护。
23.本实施例的具体施工步骤如下：
24.（1）以角度划分、分扇区的施工方法进行逐步开挖，扇形的圆心角为18度，每开挖一个扇区就立即初喷强度等级为c25的混凝土进行找平，喷射混凝土的厚度为15mm。
25.（2）混凝土找平后，铺设第一层钢筋网并打设机械式涨壳预应力锚杆进行固定，预应力锚杆的长度为3m和5m，环纵向间距1m
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1m，呈梅花形间隔布设。然后逐榀的安装穹顶钢拱架。
26.（3）在罐体洞室的外圈拼装对应开挖区域的环形工字钢圈梁并打设长度为6m的锚杆进行固定，每块工字型钢圈梁之间以及工字型钢圈梁与穹顶钢拱架之间均通过螺栓连接在一起。螺栓的直径为40mm。
27.（4）按照（1）、（2）、（3）步骤对每个扇形区域进行开挖和支护，工字型钢圈梁整体拼装成形后，对其喷射强度等级为c35的混凝土。


技术特征：
1.一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，其特征在于，所述圈梁结构包括预应力锚杆、工字型钢圈梁、穹顶钢拱架和直墙支撑钢架；所述工字型钢圈梁环绕着洞周、部分嵌固在拱脚围岩中，还有部分支承在直墙支撑钢架上；所述工字型钢圈梁环绕着洞周打设了一圈长锚杆；所述穹顶钢拱架与工字型钢圈梁连接；所述预应力锚杆一端固定在穹顶钢拱架上，另一端打设在洞室的穹顶和侧墙上，所有预应力锚杆呈梅花形间隔均匀布设。2.根据权利要求1所述的一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，其特征在于，所述预应力锚杆的长度为4m~5m，打设的环纵向间距1m
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1m，裂隙发育处可以适当的加密；所述预应力锚杆采用机械式涨壳预应力锚杆。3.根据权利要求1所述的一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，其特征在于，所述长锚杆，将工字型钢圈梁嵌固在拱脚围岩中，锚杆的长度为6m，锚杆环向间距为1m。4.根据权利要求1所述的一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，其特征在于，所述工字型钢圈梁与工字型钢圈梁环向之间通过第二连接螺栓连接；工字型钢圈梁与穹顶钢拱架之间通过第一连接螺栓连接。5.根据权利要求1所述的一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，其特征在于，所述穹顶钢拱架和侧墙位置初衬和二衬喷射混凝土的强度等级为c25；工字型钢圈梁安装完成后喷射的混凝土为强度等级更高的c35混凝土。

技术总结
一种用于大跨度穹顶洞室初期支护的圈梁结构，包括拼装起来的工字型钢圈梁（2），穹顶钢拱架（3）、直墙支撑钢架（6）、预应力锚杆（1）和长锚杆（7）。预应力锚杆呈梅花形布置，长度为4m和5m，环纵向间距为1m*1m，设置在拱顶及侧墙。本实用新型通过设置拱脚圈梁，将整个穹顶洞室的支护结构连接成一个整体，提高了穹顶支护结构的整体性，减小了因局部围岩质量差而导致坍塌掉块的可能性，同时提高了拱脚的承载能力，充分地发挥了围岩的自承载能力，可以更好地承受穹顶拱架传递下来的水平和竖向荷载；本实用新型施工工艺简单，投资成本较低，可作为土木、水电、能储等各行业地下洞室开挖的支护结构。能储等各行业地下洞室开挖的支护结构。能储等各行业地下洞室开挖的支护结构。


技术研发人员：袁兆廷 谭鹰 梁向东 刘长红 欧阳保 黄安 彭浩东
受保护的技术使用者：中铁二十四局集团有限公司
技术研发日：2021.11.02
技术公布日：2022/4/6