地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)及開挖方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地下工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)及開挖方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隧道的開挖工法較多，包括全斷面法、臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法等，技術(shù)比較成熟，能夠滿足不同圍巖條件下不同斷面尺寸的隧道開挖。而對(duì)于大型的地下穹頂結(jié)構(gòu)，由于造型特殊，圍巖受力狀態(tài)也較為復(fù)雜，目前還沒有成熟的開挖方法，需要增加過多的臨時(shí)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)及開挖方法，能夠解決傳統(tǒng)開挖方法難易適應(yīng)大跨度地下穹頂施工，過多臨時(shí)支撐增加開挖成本的問題。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)，包括:中心支柱和施工通道；所述施工通道自地下穹頂外延伸至所述中心支柱；所述中心支柱為自下而上遞減的臺(tái)階狀柱形結(jié)構(gòu)；所述中心支柱的側(cè)面自下而上設(shè)置III環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I 3環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I I環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、I 2環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、II環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面；所述中心支柱內(nèi)設(shè)置“十”字形開挖接露面。
[0005]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述I I環(huán)形導(dǎo)坑比所述I 2環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米，所述I 2環(huán)形導(dǎo)坑比所述I 3環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米。
[0006]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述所述I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑、所述II環(huán)形導(dǎo)坑、所述III環(huán)形導(dǎo)坑的掌子面、所述中心支柱頂部的面從內(nèi)到外依次噴有混凝土層、鋼纖維混凝土層；所述鋼纖維混凝土層掛鋼筋網(wǎng)，所述混凝土層錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿；所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二銷桿交替布置。
[0007]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述的地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)還包括第一預(yù)應(yīng)力錨索排，所述第一預(yù)應(yīng)力錨索排為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由多個(gè)均勻相間的第一預(yù)應(yīng)力錨索圍成，每個(gè)所述第一預(yù)應(yīng)力錨索的一端錨固于所述I 3環(huán)形導(dǎo)坑的掌子面；相鄰兩個(gè)第一預(yù)應(yīng)力錨索環(huán)向間距為設(shè)定值。
[0008]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述的地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)還包括第二預(yù)應(yīng)力錨索排，所述第二預(yù)應(yīng)力錨索排為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，由多個(gè)均勻相間的第二預(yù)應(yīng)力錨索圍成，每個(gè)所述第二預(yù)應(yīng)力錨索的一端錨固于所述III環(huán)形導(dǎo)坑的掌子面；相鄰兩個(gè)第二預(yù)應(yīng)力錨索環(huán)向間距為設(shè)定值。
[0009]本發(fā)明還提供了一種地下穹頂開挖方法，其包括:
[0010]步驟1，預(yù)留中心支柱支撐穹頂上環(huán)形導(dǎo)坑圍巖；
[0011]步驟2，開挖穹頂環(huán)形導(dǎo)坑圍巖，并進(jìn)行支護(hù)加固；所述穹頂環(huán)形導(dǎo)坑包括:自下而上的III環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑、I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、II環(huán)形導(dǎo)坑；
[0012]步驟3，開挖所述中心支柱的中心“十”字架中環(huán)形導(dǎo)坑核心柱，進(jìn)行支護(hù)加固；
[0013]步驟4，開挖所述中心支柱剩余的環(huán)形導(dǎo)坑，進(jìn)行支護(hù)加固。
[0014]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟2包括:
[0015]步驟21，臺(tái)階法開挖I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑，進(jìn)行支護(hù)加固，其中I I環(huán)形導(dǎo)坑處于I 2環(huán)形導(dǎo)坑和I 3環(huán)形導(dǎo)坑之間；
[0016]步驟22，開挖I 2環(huán)形導(dǎo)坑上方的II環(huán)形導(dǎo)坑，進(jìn)行支護(hù)加固；
[0017]步驟23，開挖I 3環(huán)形導(dǎo)坑下方的III環(huán)形導(dǎo)坑，進(jìn)行支護(hù)加固。
[0018]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟21包括:
[0019]采用臺(tái)階法依次開挖I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑，所述I I環(huán)形導(dǎo)坑比所述I 2環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米，所述I 2環(huán)形導(dǎo)坑比所述I 3環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米；
[0020]初噴鋼纖維混凝土，然后掛鋼筋網(wǎng)；
[0021]再噴混凝土，環(huán)形錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿，所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二錨桿交替布置；
[0022]環(huán)形錨固多個(gè)第一預(yù)應(yīng)力錨索。
[0023]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟3包括:
[0024]在所述中心支柱“十”字形對(duì)穿開挖中環(huán)形導(dǎo)坑核心柱；
[0025]初噴鋼纖維混凝土，然后掛鋼筋網(wǎng)；
[0026]再噴混凝土，環(huán)形錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿，所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二錨桿交替布置；
[0027]環(huán)形錨固多個(gè)第二預(yù)應(yīng)力錨索。
[0028]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述步驟4之后，所述地下穹頂開挖方法還包括:
[0029]拆除臨時(shí)支護(hù)；
[0030]臺(tái)階法依次開挖剩余的巖體，建設(shè)隧道底板及鋪面。
[0031]通過本發(fā)明的實(shí)施例提供的地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)及開挖方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用預(yù)留中心支柱區(qū)域，以對(duì)穹頂中央預(yù)留的核心柱支撐穹頂圍巖，提高圍巖的穩(wěn)定性；將中性支柱為從下到上依次減少的臺(tái)階狀，進(jìn)行環(huán)形導(dǎo)坑開挖，開挖過程中進(jìn)行支護(hù)加固，最后開挖中心支柱，并逐步進(jìn)行支護(hù)加固。這種施工布置及開挖方法能夠減少臨時(shí)支撐，節(jié)省工程造價(jià)，同時(shí)提高了穹頂開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性和施工的安全性。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進(jìn)行論述，顯然，在結(jié)合附圖進(jìn)行描述的技術(shù)方案僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實(shí)施例得到其它的實(shí)施例及其附圖。
[0033]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明圖1中地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)平面示意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中開挖I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑的開挖結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0036]圖4是本發(fā)明圖3對(duì)應(yīng)的開挖平面圖；
[0037]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中開挖II環(huán)形導(dǎo)坑的開挖結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0038]圖6是本發(fā)明圖4對(duì)應(yīng)的開挖平面圖；
[0039]圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中開挖III環(huán)形導(dǎo)坑的開挖結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0040]圖8是本發(fā)明圖7對(duì)應(yīng)的開挖平面圖；
[0041]圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中開挖中心支柱的“十”字形環(huán)形導(dǎo)坑的開挖結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0042]圖10是本發(fā)明圖9對(duì)應(yīng)的開挖平面圖；
[0043]圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中開挖中心支柱剩余的橫截面為扇形的環(huán)形導(dǎo)坑的開挖結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0044]圖12是本發(fā)明圖11對(duì)應(yīng)的開挖平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0046]考慮到目前超大型地下穹頂采用現(xiàn)有穹頂開挖技術(shù)時(shí)需要使用過多臨時(shí)支護(hù)，開挖成本增加，且開挖安全難以保證的問題，本實(shí)施例提供了一種地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)及開挖方法。
[0047]一種地下穹頂開挖施工布置結(jié)構(gòu)，包括:中心支柱和施工通道；施工通道自地下穹頂外延伸至中心支柱；中心支柱為自下而上遞減的臺(tái)階狀柱形結(jié)構(gòu)；中心支柱的側(cè)面自下而上設(shè)置III環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I 3環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I I環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、I 2環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、II環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面沖心支柱內(nèi)設(shè)置“十”字形開挖接露面。
[0048]一種地下穹頂開挖方法，包括:步驟1，預(yù)留中心支柱支撐穹頂上環(huán)形導(dǎo)坑圍巖；步驟2，開挖穹頂環(huán)形導(dǎo)坑圍巖，并進(jìn)行支護(hù)加固；穹頂環(huán)形導(dǎo)坑包括:自下而上的III環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑、I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、II環(huán)形導(dǎo)坑；步驟3，開挖中心支柱的中心“十”字架中環(huán)形導(dǎo)坑核心柱，進(jìn)行支護(hù)加固；步驟4，開挖中心支柱剩余的環(huán)形導(dǎo)坑，進(jìn)行支護(hù)加固。
[0049]采用預(yù)留中心支柱區(qū)域，以對(duì)穹頂中央預(yù)留的核心柱支撐穹頂圍巖，提高圍巖的穩(wěn)定性；將中性支柱為從下到上依次減少的臺(tái)階狀，進(jìn)行環(huán)形導(dǎo)坑開挖，開挖過程中進(jìn)行支護(hù)加固，最后開挖中心支柱，并逐步進(jìn)行支護(hù)加固。這種施工布置及開挖方法能夠減少臨時(shí)支撐，節(jié)省工程造價(jià)，同時(shí)提高了穹頂開挖過程中圍巖的穩(wěn)定性和施工的安全性。
[0050]接下來對(duì)各技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0051 ] 本發(fā)明為了減少臨時(shí)支架的使用，首先預(yù)留中心支柱區(qū)域，用中心支柱支撐穹頂上環(huán)形導(dǎo)坑圍巖，隨后進(jìn)行穹頂環(huán)形導(dǎo)坑的開挖和支護(hù)，隨后再開挖中心支柱?；谶@種施工核心思想，發(fā)明人首先對(duì)地下穹頂開挖施工進(jìn)行結(jié)構(gòu)的布置，如圖1，2所示:
[0052]包括:中心支柱和施工通道I ;中心支柱即為預(yù)留，施工通道I為地下穹頂外進(jìn)入穹頂內(nèi)進(jìn)行開挖的主要通道，施工通道I自地下穹頂外延伸至中心支柱。該通道通暢為兩個(gè)以上，且以中心支柱為對(duì)稱中心相互對(duì)稱，自對(duì)稱的方向開挖能夠保持整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。中心支柱不同于常規(guī)的上下截面直徑基本一致的柱體，該中心支柱為自下而上遞減的臺(tái)階狀柱形結(jié)構(gòu)，形成下部大，上部小的結(jié)構(gòu)，能進(jìn)一步提高中心區(qū)域的支撐力。中心支柱的側(cè)面自下而上設(shè)置III環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I 3環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，I I環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、I 2環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面、II環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面，中心支柱內(nèi)設(shè)置“十”字形開挖接露面，施工通道I均有小洞(施工支洞)延伸至對(duì)應(yīng)這些開挖接露面。
[0053]基于上述臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)的中心支柱，I I環(huán)形導(dǎo)坑比I 2環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米，I 2環(huán)形導(dǎo)坑比I 3環(huán)形導(dǎo)坑超前3-5米，I I環(huán)形導(dǎo)坑處于I 2環(huán)形導(dǎo)坑和I 3環(huán)形導(dǎo)坑之間，I 3環(huán)形導(dǎo)坑和I I環(huán)形導(dǎo)坑開挖接露面為同一臺(tái)階側(cè)面，I 2環(huán)形導(dǎo)坑的開挖接露面為I I環(huán)形導(dǎo)坑開挖接露面所在臺(tái)階上一級(jí)臺(tái)階。
[0054]在環(huán)形導(dǎo)坑開挖后需要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)加固，因此，I I環(huán)形導(dǎo)坑、I 2環(huán)形導(dǎo)坑、I 3環(huán)形導(dǎo)坑、II環(huán)形導(dǎo)坑、III環(huán)形導(dǎo)坑的掌子面、中心支柱頂部的面從內(nèi)到外依次噴有混凝土層、鋼纖維混凝土層；首先噴C30的鋼纖維混凝土層，厚度在5厘米，隨后噴C25混凝土層，厚度在20厘米。其中鋼纖維混凝土層掛Φ6鋼筋網(wǎng)，對(duì)鋼纖維混凝土層進(jìn)行進(jìn)一步加固?；炷翆渝^固第一中空錨桿、第二中空錨桿；第一錨桿2的長度大于第二錨桿3的長度，第一銷桿2和第二銷桿3交替布置。第一