專(zhuān)利名稱(chēng)：一種地下洞室襯護(hù)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種地下洞室砌護(hù)法。
此地下洞室砌護(hù)法，用于水利水電、交通、城市地鐵等工程的地下洞室襯護(hù)。
國(guó)內(nèi)外有關(guān)專(zhuān)家將實(shí)踐的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)收集整理形成經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)，用來(lái)選擇洞室支架，開(kāi)挖安全跨度和采礦方法。他們的理論是洞室開(kāi)挖后有一段自然挺立時(shí)間，不用支撐可維持穩(wěn)定。但挺立時(shí)間短，例如3米跨度的一般圍巖挺立僅100小時(shí)，當(dāng)施工期圍巖受力超過(guò)挺立時(shí)間，則按新奧法輔之以錨桿、掛網(wǎng)噴砼、花欄拱、鋼支架等一種或幾種組合的柔性支護(hù)來(lái)維護(hù)圍巖穩(wěn)定。此柔性支護(hù)有利的一面是它允許柔性支護(hù)同圍巖一同蠕變、應(yīng)力重分布、松動(dòng)圈擴(kuò)大，而最終達(dá)到新的平衡。利用了圍巖自身的承載力，節(jié)約了支護(hù)工程量。此種情況下的柔性支護(hù)即是永久支護(hù)。例如III類(lèi)圍巖的錨桿噴砼支護(hù)。這種柔性支護(hù)不利的一面是當(dāng)圍巖較差，例如是IV、V類(lèi)圍巖，其圍巖蠕變大，松動(dòng)圈大，應(yīng)力重分布劇烈，加之爆破，地下水及施工期地震影響常引起洞室的塌方。要防止塌方，必須做到兩點(diǎn)，一是柔性支護(hù)剛度大，使圍巖變形慢；二是在臨界變形前即以剛性襯護(hù)。例如，進(jìn)一步噴厚砼或澆砼襯護(hù)。水利、水電工程大多采用后者。這樣，柔性支護(hù)成了臨時(shí)支護(hù)，它只是維護(hù)圍巖在剛性支撐起作用前不超過(guò)臨界變形。對(duì)于一般圍巖，此時(shí)間為4-7天。而剛性襯護(hù)才是真正的持力層，是永久襯護(hù)。它在運(yùn)行期起穩(wěn)定圍巖的作用。由于圍巖本身破碎，柔性支護(hù)期的蠕變，松動(dòng)圈擴(kuò)大及應(yīng)力重分布。也由于目前使用的砼28天才達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，所以永久襯砌的荷載為一定范圍內(nèi)的松散體壓力，這一理論使得鋼筋砼襯砌的斷面厚大含鋼率高，比其噴錨支護(hù)耗資大1/3多。但從水工遂洞防滲出發(fā)，從鉆爆法安全距離要求出發(fā)，從更安全的角度及其它原因出發(fā)，鉆爆開(kāi)挖——臨時(shí)支護(hù)——永久砼襯砌的傳統(tǒng)工藝在普遍應(yīng)用。
能否用更科學(xué)的工藝代替或減化這一傳統(tǒng)工藝，也就是減化和取消臨時(shí)支護(hù)，這就是本發(fā)明的思想，而意大利承包商采用的全斷面掘進(jìn)機(jī)——蒸養(yǎng)砼拱片安襯(工藝二)為我們樹(shù)立了樣板。甘肅引大入秦工程施工，意大利CMC公司采用后盾式全斷面掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖15KM的石灰?guī)r引水洞，后配套有出碴及安襯蒸養(yǎng)砼拱片設(shè)備。這一工藝，取消了臨時(shí)支護(hù)，雖然蒸養(yǎng)砼拱片背后仍要以豆石砼回填，但拱片的安裝也應(yīng)是及時(shí)的剛性的永久襯護(hù)。只可惜前期設(shè)備投入高，蒸養(yǎng)砼能耗大及全斷面掘進(jìn)機(jī)吃軟不吃硬巖的局限性限制了這一工藝的推廣應(yīng)用，本發(fā)明注重于即時(shí)支護(hù)，克服傳統(tǒng)工藝的不足，彌補(bǔ)全斷面掘進(jìn)——蒸養(yǎng)砼拱片安襯工藝的空白。這種工藝是鉆爆或全斷面掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖——不用(挺立時(shí)間內(nèi))或減化(臨界變形前)臨時(shí)支護(hù)——永久剛性的高強(qiáng)快硬砼即時(shí)襯護(hù)。(工藝三)本發(fā)明的特點(diǎn)同工藝二，注重于即時(shí)剛性支護(hù)，但高強(qiáng)抵抗變形。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到①以硅酸鹽水泥系列、硫鋁酸鹽水泥系列之快硬，高強(qiáng)快硬，快凝快硬水泥配制高強(qiáng)快硬砼；②或以堿礦碴水泥配制高強(qiáng)快硬砼；③或以外加劑(材)加入硅酸鹽水泥配制高強(qiáng)快硬砼。以上三法配制的高強(qiáng)快硬砼可是高性能砼及超高性能砼。本發(fā)明同以上傳統(tǒng)工藝(工藝一)技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)①高強(qiáng)快硬砼使剛性砌護(hù)提前發(fā)揮作用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝的永久襯砌及部分或全部臨時(shí)柔性支護(hù)。節(jié)約工程投資，縮短工期。
②剛性襯護(hù)即時(shí)發(fā)揮作用，平衡地應(yīng)力，防止或減少?lài)鷰r蠕變、松動(dòng)圈擴(kuò)大及地應(yīng)力重分布，也防止爆破、地震、地下水破壞圍巖，從而大大減少塌方。減少不可預(yù)見(jiàn)工程費(fèi)用，保證合同工期。
③砼施工工藝沒(méi)有改變，只是改變砼原材料，在使用堿礦碴水泥時(shí)，還可節(jié)約砼成本，高強(qiáng)快硬程度可使砼在一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)內(nèi)(比如一天)強(qiáng)度達(dá)C10—C30，從而縮短爆破安全距離。
④由于砼塊硬，加快模板周轉(zhuǎn)，提高了工效。
⑤硫鋁酸鹽系列，堿礦碴水泥本身具有高強(qiáng)快硬性能，而對(duì)于硅酸鹽水泥，目前國(guó)內(nèi)外在配制高性能砼方面走摻和超細(xì)粉(磨細(xì)粉煤灰、礦碴等)的技術(shù)路線(xiàn)。本發(fā)明也便于結(jié)合此技術(shù)配制高性能砼，高強(qiáng)、剛性、即時(shí)地平衡地應(yīng)力，同圍巖一同受力，也可減少砼拱斷面，從而減少開(kāi)挖及砼量，降低工程造價(jià)。
⑥在挺立時(shí)間內(nèi)，臨界變形前襯護(hù)，砼或鋼筋比按松動(dòng)圍巖壓力理論設(shè)計(jì)受力大為減少。
本發(fā)明同工藝二思路相同，但具有以下優(yōu)點(diǎn)大大節(jié)約了鋼筋及砼量。
①在軟中巖情況，可同掘進(jìn)機(jī)配合，在任何巖中，可同鉆爆法配合，在前一配合中，代替蒸養(yǎng)砼，節(jié)省了能源，降低了成本。在后一配合中，鉆爆又代替了掘進(jìn)機(jī)，大大節(jié)約了前期投入，降低了工程造價(jià)。
②更符合我國(guó)國(guó)情，我國(guó)快硬水泥呂種多，可根據(jù)各地不同資源生產(chǎn)推動(dòng)了幾個(gè)系列材料的發(fā)展，節(jié)約了蒸養(yǎng)砼的能源。
③若使用堿礦碴水泥，則利用了工業(yè)廢料，同蒸養(yǎng)砼相比，大大地降低了砼成本。
本發(fā)明的實(shí)施舉例說(shuō)明如下。
本人間接地看到某工程由于采用傳統(tǒng)工藝，調(diào)壓室、發(fā)電引水洞發(fā)生較大的塌方。臨時(shí)支撐及塌方處理費(fèi)用至少增加1500—2000萬(wàn)元，占洞室投標(biāo)價(jià)的25—30％，工期延誤半年，更嚴(yán)重的是調(diào)壓室塌方冒頂多次，松散體范圍太大，致使人們懷疑調(diào)壓室還能不能正常使用。
本電站上游又有一開(kāi)工電站，其引水洞7-8公里，IV、V類(lèi)花崗巖圍巖超過(guò)50％，且有地下廠(chǎng)房，它的地質(zhì)條件，洞室規(guī)模同下游電站相當(dāng)。當(dāng)?shù)匾灿懈郀t礦碴及回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)線(xiàn)。若開(kāi)發(fā)堿礦碴水泥，砼膠材成本低，洞室以鉆爆法邊開(kāi)挖，邊以鋼模臺(tái)車(chē)支撐泵送澆筑高性能快硬砼。砼塌落度達(dá)18-22厘米，一天強(qiáng)度達(dá)10-15MPa，(此技術(shù)是成熟的技術(shù)了)。及時(shí)支護(hù)可減少松動(dòng)范圍，加之采用高強(qiáng)砼，還可減少襯砌厚度。同下游已成工程比，可節(jié)約1000-1500萬(wàn)元。保證合同工期。
權(quán)利要求
1.一種地下洞室襯護(hù)法，其特征是不良地質(zhì)條件的洞室需要砼襯砌時(shí)，開(kāi)挖后，在挺立的時(shí)間內(nèi)或在臨界變形前以高強(qiáng)快硬砼襯護(hù)，代贊常規(guī)的永久襯砌和部分或全部臨時(shí)支護(hù)。使砼立即剛性的承受圈巖壓力，避免和減少洞巖蠕變、松動(dòng)圈擴(kuò)大及地應(yīng)力重分布引起塌方，也避免因爆破地下水及地震引起施工期洞室塌方，達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)施工之目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室砌護(hù)法，其特征在于所述的高強(qiáng)快硬砼可由硅酸鹽水泥系列，硫鋁酸鹽水泥系列之快硬、高強(qiáng)快硬、快凝快硬水泥配制，可由堿礦碴水泥配制，也可由硅酸鹽水泥加外加劑實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室襯護(hù)法，其特征在于所述的快硬砼可是高性能砼及超高性能砼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室襯護(hù)法，其特征在于所述的代贊常規(guī)的永久襯砌和部分或全部臨時(shí)支護(hù)是指在圍巖、挺立時(shí)間內(nèi)，則不需臨時(shí)支護(hù)，只進(jìn)行高強(qiáng)快硬砼襯護(hù)；在圍巖挺立時(shí)間之外，則以簡(jiǎn)單的臨時(shí)的支護(hù)，即進(jìn)行高強(qiáng)快硬砼襯護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下洞室襯護(hù)法，其特征在于所述的調(diào)室襯護(hù)法，可是全斷面，也可是部分?jǐn)嗝?。適用于巖質(zhì)圍巖，也適于土質(zhì)圍巖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)砼是指砼強(qiáng)度接近或等于圍巖的強(qiáng)度，比目前的砼強(qiáng)度提高了幾個(gè)等級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明是一種地下洞室襯護(hù)法。不良地質(zhì)條件的洞室開(kāi)挖后,即以高強(qiáng)快硬砼襯護(hù),代替常規(guī)的永久襯砌及部分或全部臨時(shí)支護(hù)。達(dá)到降低工程造價(jià),減少工程事故,保證合同工期之目的。其高強(qiáng)快硬砼由快硬水泥、高強(qiáng)塊硬水泥、快凝快硬水泥配制,也可由堿礦碴水泥配制,由硅酸鹽水泥和外加劑(材)配制,砼生產(chǎn)運(yùn)輸工藝不變。此發(fā)明是一種適合我國(guó)國(guó)情、經(jīng)濟(jì)安全的施工法。
文檔編號(hào)E21D11/10GK1340658SQ0011391
公開(kāi)日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2000年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月29日
發(fā)明者皇甫拴勞 申請(qǐng)人:皇甫拴勞