专利名称：一种地下洞室衬护法的制作方法
技术领域：
本发明属于一种地下洞室砌护法。
此地下洞室砌护法，用于水利水电、交通、城市地铁等工程的地下洞室衬护。
国内外有关专家将实践的实测数据收集整理形成经验系统，用来选择洞室支架，开挖安全跨度和采矿方法。他们的理论是洞室开挖后有一段自然挺立时间，不用支撑可维持稳定。但挺立时间短，例如3米跨度的一般围岩挺立仅100小时，当施工期围岩受力超过挺立时间，则按新奥法辅之以锚杆、挂网喷砼、花栏拱、钢支架等一种或几种组合的柔性支护来维护围岩稳定。此柔性支护有利的一面是它允许柔性支护同围岩一同蠕变、应力重分布、松动圈扩大，而最终达到新的平衡。利用了围岩自身的承载力，节约了支护工程量。此种情况下的柔性支护即是永久支护。例如III类围岩的锚杆喷砼支护。这种柔性支护不利的一面是当围岩较差，例如是IV、V类围岩，其围岩蠕变大，松动圈大，应力重分布剧烈，加之爆破，地下水及施工期地震影响常引起洞室的塌方。要防止塌方，必须做到两点，一是柔性支护刚度大，使围岩变形慢；二是在临界变形前即以刚性衬护。例如，进一步喷厚砼或浇砼衬护。水利、水电工程大多采用后者。这样，柔性支护成了临时支护，它只是维护围岩在刚性支撑起作用前不超过临界变形。对于一般围岩，此时间为4-7天。而刚性衬护才是真正的持力层，是永久衬护。它在运行期起稳定围岩的作用。由于围岩本身破碎，柔性支护期的蠕变，松动圈扩大及应力重分布。也由于目前使用的砼28天才达设计强度，所以永久衬砌的荷载为一定范围内的松散体压力，这一理论使得钢筋砼衬砌的断面厚大含钢率高，比其喷锚支护耗资大1/3多。但从水工遂洞防渗出发，从钻爆法安全距离要求出发，从更安全的角度及其它原因出发，钻爆开挖——临时支护——永久砼衬砌的传统工艺在普遍应用。
能否用更科学的工艺代替或减化这一传统工艺，也就是减化和取消临时支护，这就是本发明的思想，而意大利承包商采用的全断面掘进机——蒸养砼拱片安衬(工艺二)为我们树立了样板。甘肃引大入秦工程施工，意大利CMC公司采用后盾式全断面掘进机开挖15KM的石灰岩引水洞，后配套有出碴及安衬蒸养砼拱片设备。这一工艺，取消了临时支护，虽然蒸养砼拱片背后仍要以豆石砼回填，但拱片的安装也应是及时的刚性的永久衬护。只可惜前期设备投入高，蒸养砼能耗大及全断面掘进机吃软不吃硬岩的局限性限制了这一工艺的推广应用，本发明注重于即时支护，克服传统工艺的不足，弥补全断面掘进——蒸养砼拱片安衬工艺的空白。这种工艺是钻爆或全断面掘进机开挖——不用(挺立时间内)或减化(临界变形前)临时支护——永久刚性的高强快硬砼即时衬护。(工艺三)本发明的特点同工艺二，注重于即时刚性支护，但高强抵抗变形。
本发明的目的可以通过以下技术方案来达到①以硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列之快硬，高强快硬，快凝快硬水泥配制高强快硬砼；②或以碱矿碴水泥配制高强快硬砼；③或以外加剂(材)加入硅酸盐水泥配制高强快硬砼。以上三法配制的高强快硬砼可是高性能砼及超高性能砼。本发明同以上传统工艺(工艺一)技术相比，具有以下优点①高强快硬砼使刚性砌护提前发挥作用，代替传统工艺的永久衬砌及部分或全部临时柔性支护。节约工程投资，缩短工期。
②刚性衬护即时发挥作用，平衡地应力，防止或减少围岩蠕变、松动圈扩大及地应力重分布，也防止爆破、地震、地下水破坏围岩，从而大大减少塌方。减少不可预见工程费用，保证合同工期。
③砼施工工艺没有改变，只是改变砼原材料，在使用碱矿碴水泥时，还可节约砼成本，高强快硬程度可使砼在一个开挖循环内(比如一天)强度达C10—C30，从而缩短爆破安全距离。
④由于砼块硬，加快模板周转，提高了工效。
⑤硫铝酸盐系列，碱矿碴水泥本身具有高强快硬性能，而对于硅酸盐水泥，目前国内外在配制高性能砼方面走掺和超细粉(磨细粉煤灰、矿碴等)的技术路线。本发明也便于结合此技术配制高性能砼，高强、刚性、即时地平衡地应力，同围岩一同受力，也可减少砼拱断面，从而减少开挖及砼量，降低工程造价。
⑥在挺立时间内，临界变形前衬护，砼或钢筋比按松动围岩压力理论设计受力大为减少。
本发明同工艺二思路相同，但具有以下优点大大节约了钢筋及砼量。
①在软中岩情况，可同掘进机配合，在任何岩中，可同钻爆法配合，在前一配合中，代替蒸养砼，节省了能源，降低了成本。在后一配合中，钻爆又代替了掘进机，大大节约了前期投入，降低了工程造价。
②更符合我国国情，我国快硬水泥吕种多，可根据各地不同资源生产推动了几个系列材料的发展，节约了蒸养砼的能源。
③若使用碱矿碴水泥，则利用了工业废料，同蒸养砼相比，大大地降低了砼成本。
本发明的实施举例说明如下。
本人间接地看到某工程由于采用传统工艺，调压室、发电引水洞发生较大的塌方。临时支撑及塌方处理费用至少增加1500—2000万元，占洞室投标价的25—30％，工期延误半年，更严重的是调压室塌方冒顶多次，松散体范围太大，致使人们怀疑调压室还能不能正常使用。
本电站上游又有一开工电站，其引水洞7-8公里，IV、V类花岗岩围岩超过50％，且有地下厂房，它的地质条件，洞室规模同下游电站相当。当地也有高炉矿碴及回转窑水泥生产线。若开发碱矿碴水泥，砼胶材成本低，洞室以钻爆法边开挖，边以钢模台车支撑泵送浇筑高性能快硬砼。砼塌落度达18-22厘米，一天强度达10-15MPa，(此技术是成熟的技术了)。及时支护可减少松动范围，加之采用高强砼，还可减少衬砌厚度。同下游已成工程比，可节约1000-1500万元。保证合同工期。
权利要求
1.一种地下洞室衬护法，其特征是不良地质条件的洞室需要砼衬砌时，开挖后，在挺立的时间内或在临界变形前以高强快硬砼衬护，代赞常规的永久衬砌和部分或全部临时支护。使砼立即刚性的承受圈岩压力，避免和减少洞岩蠕变、松动圈扩大及地应力重分布引起塌方，也避免因爆破地下水及地震引起施工期洞室塌方，达到安全经济施工之目的。
2.根据权利要求1所述的地下洞室砌护法，其特征在于所述的高强快硬砼可由硅酸盐水泥系列，硫铝酸盐水泥系列之快硬、高强快硬、快凝快硬水泥配制，可由碱矿碴水泥配制，也可由硅酸盐水泥加外加剂实现。
3.根据权利要求1所述的地下洞室衬护法，其特征在于所述的快硬砼可是高性能砼及超高性能砼。
4.根据权利要求1所述的地下洞室衬护法，其特征在于所述的代赞常规的永久衬砌和部分或全部临时支护是指在围岩、挺立时间内，则不需临时支护，只进行高强快硬砼衬护；在围岩挺立时间之外，则以简单的临时的支护，即进行高强快硬砼衬护。
5.根据权利要求1所述的地下洞室衬护法，其特征在于所述的调室衬护法，可是全断面，也可是部分断面。适用于岩质围岩，也适于土质围岩。
6.根据权利要求1所述的高强砼是指砼强度接近或等于围岩的强度，比目前的砼强度提高了几个等级。
全文摘要
本发明是一种地下洞室衬护法。不良地质条件的洞室开挖后,即以高强快硬砼衬护,代替常规的永久衬砌及部分或全部临时支护。达到降低工程造价,减少工程事故,保证合同工期之目的。其高强快硬砼由快硬水泥、高强块硬水泥、快凝快硬水泥配制,也可由碱矿碴水泥配制,由硅酸盐水泥和外加剂(材)配制,砼生产运输工艺不变。此发明是一种适合我国国情、经济安全的施工法。
文档编号E21D11/10GK1340658SQ0011391
公开日2002年3月20日 申请日期2000年8月29日 优先权日2000年8月29日
发明者皇甫拴劳 申请人:皇甫拴劳