本發(fā)明屬于地下工程，具體涉及一種地下洞室頂拱結(jié)構(gòu)、地下洞室及地下洞室施工方法,尤其適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下超大跨度地下洞室。

背景技術(shù)：

常規(guī)的地下洞室的斷面跨度一般不超過40米，對地下洞室頂拱的加固，常規(guī)措施為洞室開挖后，再采用多種支護的支護型式。

超大斷面洞室的跨度往往達到60-70米。常規(guī)支護措施由于存在開挖出渣工期與支護施工周期，掌子面爆破形成洞室后一直到支護施工完成，這期間需要一段時間，從而造成洞室頂拱在一段時間內(nèi)無支護，存在工程安全隱患。

對于洞室圍巖條件差等復(fù)雜地質(zhì)條件下的超大斷面洞室，常常由于洞室圍巖條件差導(dǎo)致洞室頂拱不能開挖成型，開挖后就隨之坍塌，無法形成常規(guī)的洞室。即便是可以開挖成型的地質(zhì)條件，由于超大斷面洞室的跨度過大，采用常規(guī)支護形式，也會導(dǎo)致洞室頂拱圍巖不穩(wěn)定。

上述問題在受多種條件所限，布置在地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖條件較差地層中的超大跨度地下洞室中尤為突出。

另外，對本案中所提到的方向詞匯進行定義，在本領(lǐng)域中，技術(shù)人員通常認定縱向是沿著地下洞室縱深的方向；橫向是地下洞室橫斷面的方向，垂直于地下洞室軸線。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種安全穩(wěn)固的地下洞室頂拱結(jié)構(gòu)，配套的地下洞室及地下洞室施工方法。

本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種地下洞室頂拱結(jié)構(gòu)，包括位于主洞室頂部的頂拱部，還包括在頂拱部上方兩側(cè)的巖體內(nèi)沿縱向設(shè)置的施工交通洞、橫跨于頂拱部上方、在巖體內(nèi)開鑿的輔助受力洞，所述輔助受力洞沿縱向設(shè)有多個，且與施工交通洞連通；

所述輔助受力洞內(nèi)澆筑充填有鋼筋混凝土，每一個輔助受力洞和頂拱部之間均設(shè)有對穿預(yù)應(yīng)力錨索。

上述方案中，輔助受力洞澆筑鋼筋混凝土之后形成受力梁，通過對穿預(yù)應(yīng)力錨索反吊主洞室頂拱部圍巖，從而保證頂拱部的穩(wěn)定。

進一步的，所述施工交通洞內(nèi)澆筑充填有鋼筋混凝土，充填有鋼筋混凝土的實心施工交通洞為輔助受力洞的支座；所述施工交通洞外設(shè)有伸入巖體的錨固件，對施工交通洞牽拉。

施工交通洞形成受力支座，能夠進一步增加輔助受力洞承受載荷的能力。錨固件為錨桿或錨索，通過錨桿或錨索對施工交通洞形成牽拉，能夠增加施工交通洞的承載能力。

輔助受力洞的布置方式有多種，如，所述相鄰輔助受力洞之間間隔設(shè)置。

或者，所述相鄰輔助受力洞之間連續(xù)設(shè)置。

進一步的，所述輔助受力洞的橫斷面為拱形或直線型。優(yōu)選為拱形，拱形結(jié)構(gòu)承受力更大。

進一步的，每一個輔助受力洞向上設(shè)有伸入巖體的預(yù)應(yīng)力錨索，將輔助受力洞牽拉。

優(yōu)選的，每一個輔助受力洞上的對穿預(yù)應(yīng)力錨索均呈輻射狀布置。

同時，本發(fā)明還提供一種地下洞室，包括主洞室，所述主洞室的頂部為上述方案所述的頂拱結(jié)構(gòu)。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種地下洞室施工方法，包括如下步驟：

a）在主洞室開挖施工前，在設(shè)計開挖主洞室的區(qū)域上方兩側(cè)的巖體內(nèi)，沿縱向開挖施工交通洞；

b）以其中一側(cè)的施工交通洞為起點、另一側(cè)的施工交通洞為終點，橫向開挖輔助受力洞，輔助受力洞沿縱向設(shè)有多個，且與施工交通洞連通；在輔助受力洞內(nèi)鋪設(shè)鋼筋或型鋼結(jié)構(gòu)，并用混凝土澆筑充填整個輔助受力洞；

c）在主洞室的開挖邊線以內(nèi)，沿主洞室頂拱部的邊線、一一對應(yīng)輔助受力洞，橫向開挖多個輔助施工洞；

d）在橫向輔助施工洞內(nèi)，向上施工對穿預(yù)應(yīng)力錨索，直至深入輔助受力洞并固定，通過對穿預(yù)應(yīng)力錨索反吊主洞室頂拱部圍巖以利于頂拱部穩(wěn)定；

f）進行主洞室的開挖，開挖過程中輔助施工洞被破除，輔助施工洞所在的區(qū)域成為主洞室的一部分；之后，進行主洞室支護施工。

上述施工過程中，施工交通洞采用錨桿或錨索支護。

進一步的，在步驟d）之后、步驟f）之前還設(shè)有步驟e）在施工交通洞內(nèi)澆筑鋼筋混凝土，使兩側(cè)的施工交通洞形成輔助受力洞的支座；然后在施工交通洞外設(shè)有伸入巖體的錨固件，對施工交通洞牽拉。

進一步的，輔助受力洞的布置形式可根據(jù)洞室跨度、地質(zhì)條件綜合考慮后確定，一種具體的方案中：

步驟b）中相鄰輔助受力洞之間間隔設(shè)置；

步驟c）中每一個輔助施工洞位于其對應(yīng)的輔助受力洞正下方；

步驟d）中每一個輔助受力洞上的對穿預(yù)應(yīng)力錨索均呈輻射狀布置。

另一種具體的方案中：

步驟b）中相鄰輔助受力洞之間連續(xù)設(shè)置，連續(xù)布置的輔助受力洞采用跳倉施工，最后形成緊挨在一起的整體；

步驟c）中每一個輔助施工洞位于其對應(yīng)的輔助受力洞正下方，輔助施工洞也是連續(xù)布置，同樣采用跳倉施工。

進一步的，步驟d）中對穿預(yù)應(yīng)力錨索施工完成后，再從輔助受力洞向上設(shè)置伸入巖體的預(yù)應(yīng)力錨索，將輔助受力洞牽拉。

本發(fā)明不僅施工方便、快捷，而且在主洞室開挖之前完成主洞室頂拱部的支護加固，形成穩(wěn)固的頂拱結(jié)構(gòu)，取得了事先加固的效果，增加了圍巖整體性，有效發(fā)揮圍巖自身承載力。相比于常規(guī)施工技術(shù)，顯著提高了洞室整體的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，尤其適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖穩(wěn)定性極差的超大跨度地下洞室。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

圖1為實施例1地下洞室橫剖面圖。

圖2為實施例1地下洞室縱剖面圖。

圖3為實施例2地下洞室橫剖面圖。

圖4為實施例2地下洞室縱剖面圖。

圖中：1—輔助受力洞，2—施工交通洞，3、6—預(yù)應(yīng)力錨索，4—輔助施工洞，5—主洞室,8-錨桿。

具體實施方式

實施例1

如圖1～2所示，一種地下洞室頂拱結(jié)構(gòu)，包括位于主洞室5頂部的頂拱部、在頂拱部上方兩側(cè)的巖體內(nèi)沿縱向設(shè)置的施工交通洞2、橫跨于頂拱部上方、在巖體內(nèi)開鑿的輔助受力洞1。

所述輔助受力洞1沿縱向間隔設(shè)有多個，且與施工交通洞2連通。

所述輔助受力洞1內(nèi)澆筑充填有鋼筋混凝土，每一個輔助受力洞1和頂拱部之間均設(shè)有呈輻射狀布置的對穿預(yù)應(yīng)力錨索3。每一個輔助受力洞1呈輻射狀向上設(shè)有伸入巖體的預(yù)應(yīng)力錨索6，將輔助受力洞1牽拉。

所述施工交通洞2內(nèi)澆筑充填有鋼筋混凝土，充填有鋼筋混凝土的實心施工交通洞2為輔助受力洞1的支座。所述施工交通洞2外設(shè)有伸入巖體的錨桿8，對施工交通洞2牽拉。

所述輔助受力洞1的橫斷面為拱形。

本實施例還提供一種地下洞室，包括主洞室5，所述主洞室5的頂部為上述頂拱結(jié)構(gòu)。

與此同時，本實施例還提供一種地下洞室施工方法，包括如下步驟：

a）在主洞室5開挖施工前，在設(shè)計開挖主洞室5的區(qū)域上方兩側(cè)的巖體內(nèi)，沿縱向開挖施工交通洞2，施工交通洞2外設(shè)有伸入巖體的錨桿8，對施工交通洞2牽拉。施工交通洞2的長度大于或等于主洞室長度。

b）以其中一側(cè)的施工交通洞2為起點、另一側(cè)的施工交通洞2為終點，橫向開挖輔助受力洞1，輔助受力洞1沿縱向間隔設(shè)有多個，且與施工交通洞2連通；在輔助受力洞1內(nèi)鋪設(shè)鋼筋或型鋼結(jié)構(gòu)，并用混凝土澆筑充填整個輔助受力洞1。

c）在主洞室5的開挖邊線以內(nèi)，沿主洞室5頂拱部的邊線、一一對應(yīng)輔助受力洞1，橫向開挖多個輔助施工洞4；每一個輔助施工洞4位于其對應(yīng)的輔助受力洞1正下方。

d）在橫向輔助施工洞4內(nèi)，呈輻射狀向上施工對穿預(yù)應(yīng)力錨索3，直至深入輔助受力洞1并固定，通過對穿預(yù)應(yīng)力錨索3反吊主洞室5頂拱部圍巖以利于頂拱部穩(wěn)定。對穿預(yù)應(yīng)力錨索3施工完成后，再從輔助受力洞1向上設(shè)置伸入巖體的預(yù)應(yīng)力錨索6，將輔助受力洞1牽拉。

e）在施工交通洞2內(nèi)澆筑鋼筋混凝土，使兩側(cè)的施工交通洞2形成輔助受力洞1的支座。

f）進行主洞室5的開挖，開挖過程中輔助施工洞4被破除，輔助施工洞4所在的區(qū)域成為主洞室5的一部分。之后，進行主洞室5支護施工。

上述步驟方法中，輔助受力洞1的斷面尺寸根據(jù)其承受的荷載以及主洞室5跨度等條件計算和施工交通需要綜合確定。

實施例2

如圖3～4所示，重復(fù)實施例1，所不同的是：對于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖條件極差的超大斷面主洞室，相鄰輔助受力洞1之間連續(xù)設(shè)置。

其施工方法中存在如下不同：

步驟b）中相鄰輔助受力洞1之間連續(xù)設(shè)置，連續(xù)布置的輔助受力洞1采用跳倉施工，最后形成緊挨在一起的整體。

步驟c）中每一個輔助施工洞4位于其對應(yīng)的輔助受力洞1正下方，輔助施工洞4也是連續(xù)布置，同樣采用跳倉施工。