本發(fā)明涉及水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高地應力條件下大型地下洞室圍巖支護結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著西部水利工程、水電工程和交通工程的發(fā)展，將修建越來越多的地下工程。在西部特殊的地質(zhì)和地形條件下，高地應力問題常常困擾著地下工程的設(shè)計和開挖支護施工，并可能影響到地下洞室圍巖的長期穩(wěn)定。高地應力、大跨度、復雜地下洞室群的圍巖穩(wěn)定控制是當前水電工程和地下工程研究的重點和難點。

高地應力的地下廠房洞室群，在施工期易發(fā)生較嚴重的洞室圍巖變形破壞現(xiàn)象。如錦屏一級水電站，在施工過程中出現(xiàn)了圍巖時效變形、邊墻裂隙明顯錯動、巖體劈裂破壞等現(xiàn)象，同時洞周松弛區(qū)深度達一般工程的2～5倍、主洞室間塑性區(qū)連通、錨桿、錨索受力超限情況突出，嚴重威脅工程安全，并造成工期滯后和投資增加，給洞室圍巖穩(wěn)定性和施工期人員設(shè)備安全帶來威脅，同時也令人擔心其長期穩(wěn)定性，國內(nèi)部分專家甚至一度認為上述圍巖變形破壞現(xiàn)象超出了現(xiàn)有巖石力學的理論認識和工程應用水平。

現(xiàn)有的圍巖支護結(jié)構(gòu)型式，主要有噴射混凝土、錨桿、錨索等支護方式。然而在圍巖松弛破壞以后，其噴射混凝土、錨桿、錨索等支護效果并不明顯。并且針對現(xiàn)有的圍巖支護結(jié)構(gòu)，其還存在如下缺點：

1、圍巖表面的噴混凝土、錨桿，不能加固已經(jīng)破碎的巖體(即破碎圍巖區(qū)的巖體)，而錨索也不能拉緊已經(jīng)破碎的巖體，因此時破碎巖體部分的承載能力較差；因此現(xiàn)有的支護結(jié)構(gòu)針對發(fā)生破碎后的巖體的加固效果不明顯；進而容易出現(xiàn)在高地應力條件下的地下洞室圍巖松弛破壞后，因其巖體破碎而導致圍巖失去承載能力，此時僅靠噴混凝土、錨桿、錨索等支護方式難以確保洞室圍巖穩(wěn)定。

2、圍巖巖體破碎后，其內(nèi)部有裂隙，在空氣中氧氣和地下水的作用下，增加了巖體內(nèi)部的風化卸荷。

3、圍巖巖體破碎后，其內(nèi)部有裂隙，在空氣中氧氣和地下水的作用下，對穿過破碎巖體內(nèi)裂隙的錨桿、錨索等可能造成加速腐蝕作用，易進一步導致支護結(jié)構(gòu)的失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：在圍巖松弛破壞以后，其噴射混凝土、錨桿、錨索等支護效果并不明顯；并且由于圍巖巖體破碎后所產(chǎn)生的裂隙，還存在進一步增加巖體內(nèi)部的風化卸荷和對錨索、錨桿的加速腐蝕的情況，不利于支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：高地應力條件下大型地下洞室圍巖支護結(jié)構(gòu)，包括地下洞室，在地下洞室的圍巖中具有破碎圍巖區(qū)，在地下洞室的圍巖內(nèi)鉆設(shè)有注漿孔，并且所述注漿孔的一端從地下洞室的圍巖巖壁穿出，另一端深入破碎圍巖區(qū)內(nèi)；通過所述注漿孔向破碎圍巖區(qū)內(nèi)注入并形成灌漿體。

進一步的是：注漿孔上深入破碎圍巖區(qū)的一端穿過破碎圍巖區(qū)后深入至內(nèi)部穩(wěn)定巖體區(qū)內(nèi)一定深度。

進一步的是：灌漿體為水泥砂漿固結(jié)而成。

進一步的是：所述注漿孔設(shè)置有多個，并且多個注漿孔在與破碎圍巖區(qū)對應的圍巖巖壁上間隔分布。

進一步的是：在地下洞室的圍巖內(nèi)還設(shè)置有預應力錨索，預應力錨索的一端錨固在圍巖巖壁上，其另一端深入圍巖內(nèi)。

進一步的是：所述預應力錨索預留有10mm～20mm的變形量。

進一步的是：所述地下洞室包括相互平行設(shè)置的第一洞室和第二洞室，在第一洞室和第二洞室之間設(shè)置有預應力錨索，并且位于第一洞室和第二洞室之間的預應力錨索的兩端分別錨固在第一洞室和第二洞室對應的圍巖巖壁上。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在破碎圍巖區(qū)內(nèi)設(shè)置注漿孔并通過注漿孔注漿后形成相應的灌漿體，可由灌漿體將破碎巖體進行有效地黏結(jié)、固化為一體，這樣一方面可有效地增加破碎巖體的承載能力；另一方面還可避免圍巖的破裂向深部進一步繼續(xù)發(fā)展。另外通過灌漿體可有效地對破碎巖體內(nèi)的裂隙進行填充，進而降低風化卸荷以及對錨索、錨桿等的加速腐蝕作用。因此，本發(fā)明所述的圍巖支護結(jié)構(gòu)，可有效地確保圍巖的穩(wěn)定性，進而降低施工安全隱患，尤其適用于已經(jīng)出現(xiàn)圍巖松弛破壞的情況。另外，對于設(shè)置有預應力錨索的情況下，還可進一步通過灌漿體與預應力錨索的組合支護方式進一步提高圍巖整體的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的高地應力條件下大型地下洞室圍巖支護結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖中標記為：地下洞室1、破碎圍巖區(qū)2、注漿孔3、灌漿體4、預應力錨索5、第一洞室6、第二洞室7。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

如圖1中所示，本發(fā)明所述的高地應力條件下大型地下洞室圍巖支護結(jié)構(gòu)，包括地下洞室1，在地下洞室1的圍巖中具有破碎圍巖區(qū)2，在地下洞室1的圍巖內(nèi)鉆設(shè)有注漿孔3，并且所述注漿孔3的一端從地下洞室1的圍巖巖壁穿出，另一端深入破碎圍巖區(qū)2內(nèi)；通過所述注漿孔3向破碎圍巖區(qū)2內(nèi)注入并形成灌漿體4。

其中，破碎圍巖區(qū)2指的是在地下洞室1的圍巖巖壁內(nèi)已出現(xiàn)圍巖破碎、圍巖松弛、圍巖裂隙等情況后形成的破碎巖體所對應區(qū)域；如參照附圖1中所示的由虛線標示處的破碎圍巖區(qū)2。

本發(fā)明針對的是在地下洞室1的圍巖巖壁上已出現(xiàn)破碎圍巖區(qū)2后所采用的支護結(jié)構(gòu)方式，其具體的施工步驟為：首先，在圍巖巖壁上設(shè)置相應的注漿孔3，注漿孔3的設(shè)置應當大致覆蓋對應的破碎圍巖區(qū)2，并且可根據(jù)實際情況設(shè)置有多個注漿孔3，并且多個注漿孔3在與破碎圍巖區(qū)2對應的圍巖巖壁上間隔分布；其次，通過各注漿孔3向破碎圍巖區(qū)2內(nèi)進行注漿以形成相應的灌漿體4。這樣，即可通過灌漿體4將相應的破碎巖體有效地黏結(jié)并固結(jié)為一體，進而可提高破碎巖體部分的穩(wěn)定性和承載能力，同時還可實現(xiàn)對破碎圍巖區(qū)2的裂隙的填充。

更具體的，在實際通過注漿孔3進行注漿的過程中，其注漿的順序可根據(jù)實際情況而定。例如，其注漿順序通?？煞謪^(qū)、分序進行，如可對靠近地下洞室1的圍巖巖壁的外部先進行注漿固結(jié)，待外部破碎巖體與灌漿體4固結(jié)后，再對內(nèi)部進行注漿固結(jié)；這樣的好處是可通過先固結(jié)的外部作為內(nèi)部注漿固結(jié)時的蓋重，以提高內(nèi)部注漿固結(jié)的效果。另外，對于注漿的壓力，也應當根據(jù)實際情進行確定，以避免注漿壓力過大而直接造成破碎巖體的進一步破碎、變形甚至造成垮塌等情況。通常情況下，在設(shè)置有預應力錨索5的情況下，可根據(jù)破碎巖體部分的圍巖對應的錨索的承載力來確定，即注漿壓力不能超過錨索的承載力；這樣可由錨索為破碎巖體在注漿時提供足夠的支護作用。

另外，本發(fā)明中對于注漿孔3的設(shè)置數(shù)量，以及在破碎圍巖區(qū)2內(nèi)的分布情況并沒有嚴格限制，具體可根據(jù)實際情況進行設(shè)置，只要能實現(xiàn)對破碎圍巖區(qū)2內(nèi)的破碎巖體的有效固結(jié)即可。

另外，本發(fā)明中的注漿孔3還可進步一設(shè)置其深入破碎圍巖區(qū)2的一端穿過破碎圍巖區(qū)2后深入至內(nèi)部穩(wěn)定巖體區(qū)內(nèi)一定深度。這樣，通過注漿孔3形成的灌漿體4還可實現(xiàn)與內(nèi)部的穩(wěn)定巖體區(qū)起到一定連接作用，進而提高灌漿體4的固結(jié)效果。

另外，本發(fā)明中的灌漿體4，其應當對破碎巖體具有一定的固結(jié)連接作用，并能實現(xiàn)將破碎巖體進行有效的黏結(jié)為一體。不失一般性，灌漿體4可直接由水泥砂漿注漿后固結(jié)而成；即按照一定比例調(diào)制而成的水泥砂漿通過注漿孔3向破碎圍巖區(qū)2內(nèi)注漿后，經(jīng)過一定時間的固結(jié)后形成相應的灌漿體4。

另外，本發(fā)明中所述的支護方式，還可進一步與相應的噴射混凝土、錨桿和/或預應力錨索等常規(guī)支護方式組合進行支護；或者是針對已經(jīng)采用有噴射混凝土、錨桿和/或預應力錨索等支護方式的情況下，結(jié)合上述本發(fā)明中所述的支護方式。例如，參照附圖1中所示的具體示意圖中，其在地下洞室1的圍巖內(nèi)還設(shè)置有預應力錨索5，即將預應力錨索5與上述本發(fā)明所述的支護方式形成組合支護結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)置的好處是，一方面可通過灌漿體4將破碎圍巖區(qū)2內(nèi)的破碎巖體進行固結(jié)，另一方面還可提高破碎圍巖區(qū)2內(nèi)巖體對預應力錨索5的承載受力，避免預應力錨索5的失效。當然，對于通常情況下，預應力錨索5的一端應當錨固在圍巖巖壁上，其另一端則深入圍巖內(nèi)。

另外，為了使得預應力錨索5具有一定的變形情況，以適應圍巖變形或者進行注漿固結(jié)時的變形量，通常在設(shè)置有預應力錨索5的情況下應當為其預留有一定的變形量，如通?？蔀轭A應力錨索預留有10mm～20mm的變形量。

不失一般性，在設(shè)置有噴射混凝土、錨桿和/或預應力錨索等常規(guī)支護方式時，其噴射混凝土、錨桿和/或預應力錨索等的施工和設(shè)置均可按照常規(guī)的施工方式進行施工設(shè)置，并且通常為在地下洞室1開挖后立即進行相應的施工。而本發(fā)明中所述的注漿孔3以及灌漿體4等的施工則通常是在出現(xiàn)破碎圍巖區(qū)2后再進行相應的施工。

另外，考慮到在實際進行地下洞室的開挖過程中，如在地下水電站洞室群的開挖過程中，其地下洞室1通常包括有多個，并且可能出現(xiàn)有其中的兩個地下洞室1呈平行設(shè)置的情況，例如地下水電站內(nèi)的主廠房和主變室所對應的兩個地下洞室。本發(fā)明針對上述情況，可進一步優(yōu)選采用如下結(jié)構(gòu)形式：參照附圖1中所示，當所述地下洞室1包括相互平行設(shè)置的第一洞室6和第二洞室7時，在第一洞室6和第二洞室7之間設(shè)置有預應力錨索5，并且位于第一洞室6和第二洞室7之間的預應力錨索5的兩端分別錨固在第一洞室6和第二洞室7對應的圍巖巖壁上。通過采用上述設(shè)置方式，可進一步方便預應力錨索5的施工。

本發(fā)明中所述的大型地下洞室，主要是至水利水電工程中的水電站廠房結(jié)構(gòu)等地下洞室或者地下洞室群；但是本發(fā)明并不限于上述大型地下洞室，理論上本發(fā)明可適用于各種地下洞室結(jié)構(gòu)中。