岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构及施工方法与流程

1.本发明涉及竖井施工工程技术领域，具体涉及一种岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构及施工方法。


背景技术：

2.近年来，随着深大竖井建设的需求以及竖井tbm(tunnel boring machine，隧道掘进机)设备的研发，在地面需要设置较大吨位的吊装设备，完成设备的吊装、出渣、下料作业，吊装设备对基础的稳定性、平整度、抗变形能力有很高的要求，当场地环境或地表地质条件有所限制时，吊装设备的安装场地狭小，无法单独设置设备基础梁。
3.传统竖井支护仅考虑竖井自身成井的支护结构，爆破完后，紧跟衬砌工作面实施衬砌支护，传统竖井吊装设备一般在竖井井筒外设置独立的大规模吊装设备基础工程，竖井衬砌与吊装设备基础相互独立，吊装设备的支撑点提供的竖向起吊合力小，严重影响施工进度、起吊能耗、工程投资和安全性。
4.针对岩石地层吊装荷载作用的竖井，提供一种简单、经济、安全、节能的新型复合支护结构十分必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构及施工方法，以至少解决现有技术中竖井衬砌与吊装设备基础相互独立、吊装设备支撑点提供的竖向起吊合力小、严重影响施工进度、起吊能耗、工程投资和安全性的问题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
7.岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构，所述结构包括锁口圈梁、现浇钢筋混凝土井壁支护、靴型扩大基础梁和喷锚支护结构；
8.所述现浇钢筋混凝土井壁支护和所述喷锚支护结构自上而下竖向布置，内侧围合成竖井；
9.所述靴型扩大基础梁设置在所述现浇钢筋混凝土井壁支护和所述喷锚支护结构之间，环向闭合布置；
10.所述锁口圈梁设置在所述现浇钢筋混凝土井壁支护顶部外周，环向闭合布置，所述锁口圈梁与所述现浇钢筋混凝土井壁支护牢固连接。
11.进一步地，所述现浇钢筋混凝土井壁支护上设置有打向外侧的井壁支护斜向锚杆，井壁支护斜向锚杆头部锚入所述现浇钢筋混凝土井壁支护。
12.进一步地，所述井壁支护斜向锚杆自上而下打设多环，各环采用两个打设角度交叉布置。
13.进一步地，所述靴型扩大基础梁的顶面面积小于底面面积，外侧具有斜面；
14.所述靴型扩大基础梁的内侧与所述现浇钢筋混凝土井壁支护内侧和所述喷锚支护结构内侧上下顺接并共面，所述靴型扩大基础梁的外侧延伸到所述现浇钢筋混凝土井壁
支护外侧和所述喷锚支护结构外侧以外。
15.进一步地，所述靴型扩大基础梁底部设置有打向外侧的基础梁斜向锚杆，环向采用两个打设角度交叉布置。
16.进一步地，所述喷锚支护结构上部设置有多环格栅钢架，格栅钢架自上而下布置在喷锚支护结构内部。
17.进一步地，所述喷锚支护结构上部设置有打向外侧的水平长锚杆，所述水平长锚杆自上而下打设多环。
18.进一步地，所述喷锚支护结构下部设置有打向外侧的水平短锚杆，所述水平短锚杆自上而下打设多环。
19.如所述岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构的施工方法，所述方法包括：
20.在地表挖槽浇筑锁口圈梁，在锁口圈梁内侧自上而下分段开挖竖井，在竖井周围围岩内打设斜向锚杆；斜向锚杆端头外露，然后浇筑现浇钢筋混凝土井壁支护，斜向锚杆端头锚入现浇钢筋混凝土井壁支护；
21.开挖竖井至微风化岩面后，水平向分段掏槽开挖靴型扩大基础梁范围的围岩，并施工靴型扩大基础梁底部的基础梁斜向锚杆，分段浇筑靴型扩大基础梁，靴型扩大基础梁梁底面进入微风化岩层，形成稳定承载基础；
22.待靴型扩大基础梁封闭成环、强度满足设计要求后，继续往下开挖竖井，向外侧打设水平长锚杆，架设格栅钢架，挂网喷射混凝土，完成上部的喷锚支护结构；
23.继续开挖竖井，向外侧打设水平短锚杆，完成下部的喷锚支护结构。
24.进一步地，所述靴型扩大基础梁梁底面进入微风化岩层不小于0.5m。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
26.本发明的施工方法，同步考虑竖井自身支护与上部吊装设备基础，自上而下设置锁口圈梁、上部现浇钢筋混凝土井壁支护及其锚拉支护、现浇钢筋混凝土井壁支护底部靴型扩大基础梁及其锚拉支护、喷锚支护结构及其锚拉支护和格栅钢架，形成适用于上部吊装荷载作用的完整复合支护系统，保证了设备基础的平整度，稳定性好、抗变形能力强、安全性高、经济性相对较好，避免了独立设置吊装设备基础工程量大的不足，同时设备吊装的支撑点靠近起吊荷载中心，更加省力、节能。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
28.图1为本发明竖井口部段支护结构的立面图。
29.图2为喷锚支护结构中的格栅钢架布置图。
30.图中标识为：
31.1-锁口圈梁，2-现浇钢筋混凝土井壁支护，3-井壁支护斜向锚杆，4-靴型扩大基础梁，5-基础梁斜向锚杆，6-喷锚支护结构，7-格栅钢架，8-水平长锚杆，9-水平短锚杆，10-地
面，11-围岩，12-竖井；
32.f-作用于竖井口部段支护结构顶部的竖向荷载，h-现浇钢筋混凝土井壁支护的竖向长度，l-格栅钢架的竖向间距。
具体实施方式
33.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
34.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构或构件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“环”也是为了描述闭合结构，并不局限于圆环、方环等。上述术语均不能理解为对本专利的限制。
35.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“布置”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
36.在本专利的描述中，需要说明的是，描述施工方法的术语“步骤1”、“步骤2”等，是为了清楚描述施工方法的内容，不应被理解为对方法步骤时间顺序的限制，任何为实现相同目的而对步骤顺序进行的改变，均在本专利的保护范围内。
37.本发明提供了一种岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构，将竖井自身支护与上部吊装设备基础同步考虑，不需要在竖井井筒外设置独立的大规模吊装设备基础工程，同时满足了上部吊装设备的稳定性和安全性。作为深大竖井，向下涉及到了微风化岩层。
38.如图1，所述结构包括锁口圈梁1、现浇钢筋混凝土井壁支护2、靴型扩大基础梁4和喷锚支护结构6，均为钢筋混凝土结构形式。所述现浇钢筋混凝土井壁支护2和所述喷锚支护结构6自上而下竖向布置，内侧围合成竖井12，外侧为围岩11。所述靴型扩大基础梁4设置在所述现浇钢筋混凝土井壁支护2和所述喷锚支护结构6之间，环向闭合布置。所述锁口圈梁1设置在所述现浇钢筋混凝土井壁支护2顶部外周，环向闭合布置，所述锁口圈梁1与所述现浇钢筋混凝土井壁支护2牢固连接。
39.锁口圈梁1和现浇钢筋混凝土井壁支护2顶部与地面10齐平，现浇钢筋混凝土井壁支护2顶部为上部吊装设备的竖向荷载承受面，如图1中作用于竖井口部段支护结构顶部的竖向荷载f。
40.所述现浇钢筋混凝土井壁支护2上设置有打向外侧的井壁支护斜向锚杆3，井壁支护斜向锚杆3头部锚入所述现浇钢筋混凝土井壁支护2。所述井壁支护斜向锚杆3自上而下打设多环，各环采用两个打设角度交叉布置。井壁支护斜向锚杆3的水平向间距为1.0～1.5m，竖向间距为1.2～1.5m，也可根据实际场地的情况做调整。
41.所述靴型扩大基础梁4的顶面面积小于底面面积，横截面形状如图1中所示，外侧
上部呈斜面，形成上小下大的环形结构。所述靴型扩大基础梁4的内侧与所述现浇钢筋混凝土井壁支护2内侧和所述喷锚支护结构6内侧上下顺接并共面，所述靴型扩大基础梁4的外侧延伸到所述现浇钢筋混凝土井壁支护2外侧和所述喷锚支护结构6外侧以外，竖向形成支撑，水平向形成限位。所述靴型扩大基础梁4底部设置有打向外侧的基础梁斜向锚杆5，基础梁斜向锚杆5也可以是斜向锚管，环向采用两个打设角度交叉布置。所述靴型扩大基础梁4梁底面置于微风化岩层不小于0.5m，因此根据微风化岩层的位置确定现浇钢筋混凝土井壁支护的竖向长度h。
42.如图1和图2，所述喷锚支护结构6上部设置有多环格栅钢架7，格栅钢架7自上而下布置在喷锚支护结构6内部，格栅钢架的竖向间距l按照0.5m左右设置。所述喷锚支护结构6上部还设置有打向外侧的水平长锚杆8，所述水平长锚杆8自上而下打设多环。所述喷锚支护结构6下部设置有打向外侧的水平短锚杆9，所述水平短锚杆9自上而下打设多环。
43.上述岩石地层吊装荷载作用下竖井口部段支护结构的施工方法，包括：
44.步骤1：在地表挖槽浇筑锁口圈梁1，在锁口圈梁1内侧自上而下分段开挖竖井12，在竖井12周围围岩内打设斜向锚杆3；斜向锚杆3端头外露，然后浇筑现浇钢筋混凝土井壁支护2，斜向锚杆3端头锚入现浇钢筋混凝土井壁支护2。锁口圈梁1的钢筋与现浇钢筋混凝土井壁支护2的钢筋绑扎在一起，斜向锚杆3端头与现浇钢筋混凝土井壁支护2的钢筋相固结，令锁口圈梁1、现浇钢筋混凝土井壁支护2和斜向锚杆3锚固在一起。
45.步骤2：开挖竖井12至微风化岩面后，水平向分段掏槽开挖靴型扩大基础梁4范围的围岩，分段长度6～12m，并施工靴型扩大基础梁4底部的基础梁斜向锚杆5或锚管，绑扎靴型扩大基础梁4的钢筋，分段浇筑靴型扩大基础梁4，靴型扩大基础梁4梁底面进入微风化岩层，形成稳定承载基础；所述靴型扩大基础梁4梁底面进入微风化岩层不小于0.5m。
46.步骤3：待靴型扩大基础梁4封闭成环、强度满足设计要求后，继续往下开挖竖井12，采用弱爆破、控制爆破技术或掘进机进行开挖，向外侧打设水平长锚杆8，架设格栅钢架7，挂网喷射混凝土，完成上部的喷锚支护结构6。水平长锚杆8及格栅钢架7的间距及架设范围根据地质条件确定。
47.步骤4：继续开挖竖井12，向外侧打设水平短锚杆9，完成下部的喷锚支护结构6，直至施工到竖井12底部，完成整个结构。
48.完成步骤3之后，顶面的吊装设备可以进行加载，形成作用于竖井口部段支护结构顶部的竖向荷载f。
49.本发明的结构作为竖井自身的支护，通过完整的复合支护系统保障了竖井的稳定性，自上而下的各组成部分及各自的锚拉结构也为该复合支护系统提供了更强的竖向荷载承受力，具备了承载上部吊装设备的能力，兼做上部吊装设备的基础，避免了另设独立吊装设备基础的工程量，提高了施工效率，降低了施工成本，缩小了施工用地，更减少了对环境的施工扰动。
50.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。