一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构及处理方法与流程

1.本发明涉及地下空间施工技术领域，尤其涉及一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构及处理方法。


背景技术：

2.随着我国经济的迅速发展，基础设施建设也在如火如荼地展开，在新高铁车站的施工过程中，需要在地下施工，因为地貌的特殊性，经常会遇到溶洞。溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间，溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为可溶性的碳酸氢钙。由于周边有重要建筑物，在不能移址的情况下，溶洞会影响位于其上部的基础设施的稳固性。传统的施工方法是用填充材料将溶洞填满，这样的施工方式成本大、周期长，由于溶洞大，溶洞深处的走向不能够完全清楚，填充材料很容易流失。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的大溶洞采用填充材料填满的施工方法成本大、周期长的缺点，而提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构及处理方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构及处理方法，包括支承桩、设置在所述支承桩的顶端的支撑件、设置在所述支撑件上的气囊以及混凝土层，所述支承桩穿过土层以及溶洞后固定在岩层上，所述土层上设置有供所述支承桩穿过的桩孔，所述支撑件包括本体、设置在所述本体的底端的锥体以及转动设置在所述锥体上的支撑板，所述支撑板的一端设置有限位块，所述限位块使得所述支撑板的转动范围在0
‑
90
°
，所述气囊的中部设置有与所述本体配合的连接孔，所述气囊上设置有折叠部，所述气囊的边缘设置有凸起，所述凸起与连接孔之间设置有凹槽，所述气囊上设置有充气孔。
6.优选的，所述本体的侧壁设置有加强筋，所述本体与加强筋的截面形状与所述连接孔的截面形状相同。
7.优选的，所述支撑板上设置有轴承，所述轴承上转动连接有转动杆，所述转动杆与所述支撑板的一端固定。
8.优选的，所述锥体的一端设置有连接部，所述连接部上设置有卡块，所述支承桩的顶端设置有与所述卡块配合的卡槽。
9.优选的，还包括气泵，所述气泵的输出端连接有输气管，所述充气孔内设置有单向阀，所述输气管与所述单向阀连接。
10.优选的，所述桩孔的数量有多个，所述气囊的数量有多组，多组所述气囊将所述溶洞的顶端封闭。
11.优选的，所述气囊由橡胶和纤维织物联合硫化而成。
12.优选的，所述混凝土层的边缘设置有阻挡墙。
13.本发明还提供一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法，包括以下步骤：
14.探测溶洞位置，测量溶洞的深度以及大小；
15.在溶洞所在的土层的顶端钻设桩孔；
16.通过桩孔在溶洞内部设置支承桩，使得支承桩的底端固定在岩层内；
17.通过桩孔将支撑件移动至溶洞内，支撑件的底端的支撑板穿过所述桩孔后张开；
18.通过桩孔将气囊移动至溶洞内，将所述气囊铺设在所述支撑板上后，向所述气囊内部充气使得所述气囊膨胀，所述气囊将所述溶洞的顶端封闭；
19.通过桩孔向所述溶洞内注入混凝土，混凝土在气囊的顶端将所述溶洞的顶端封闭，形成混凝土层。
20.优选的，在所述混凝土层的边缘设置阻挡墙，挖去阻挡墙内的土层后，在阻挡墙内继续铺设混凝土层。
21.本发明的有益效果是：
22.本发明在溶洞内设置支承桩，在支承桩的顶端设置支撑件，支撑件进入溶洞内后支撑板展开，将气囊移动至溶洞内充气后铺设在支撑板上，向溶洞内注入混凝土，混凝土在气囊的顶端将溶洞的顶端封闭，形成混凝土层,能够避免将整个溶洞填充，极大地减少了施工成本以及周期。
附图说明
23.图1为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的结构示意图；
24.图2为图1所示的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构中支撑件的立体图；
25.图3为图2所示的支撑件中a处的局部放大图；
26.图4为图2所示的支撑件在支撑板转动展开后的立体图；
27.图5为图1所示的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构中气囊充气展开后的俯视图；
28.图6为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中钻设桩孔的结构示意图；
29.图7为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中在溶洞内部设置支承桩的结构示意图；
30.图8为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中将支撑件移动至溶洞内的结构示意图；
31.图9为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中支撑件的底端的支撑板穿过所述桩孔后张开的结构示意图；
32.图10为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中将气囊移动至溶洞内的结构示意图；
33.图11为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中向气囊内部充气的结构示意图；
34.图12为本发明提出的一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法中在所述混凝土层的边缘设置阻挡墙的结构示意图。
35.图中：1土层、2溶洞、3岩层、4桩孔、5支承桩、6支撑件、61支撑板、611限位块、62本
体、621加强筋、63锥体、64连接部、65轴承、7气囊、71凸起、72连接孔、73凹槽、74折叠部、75充气孔、8气泵、9混凝土层、10阻挡墙。
具体实施方式
36.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
37.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.请参照图1
‑
5，一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构，包括支承桩5、设置在所述支承桩5的顶端的支撑件6、设置在所述支撑件6上的气囊7以及混凝土层9，在本实施方式中，本发明提供的地下空间施工溶洞顶壁加强结构用于对大溶洞的顶部加强，溶洞2位于土层1内，土层1的底端具有更为坚硬的岩层3，所述支承桩5穿过土层1以及溶洞2后固定在岩层3上，支承桩5竖直固定设置，所述土层1上设置有供所述支承桩5穿过的桩孔4，所述支撑件6包括本体62、设置在所述本体62的底端的锥体63以及转动设置在所述锥体63上的支撑板61，具体的，所述支撑板61上设置有轴承65，所述轴承65上转动连接有转动杆，所述转动杆与所述支撑板61的一端固定，所述支撑板61的一端设置有限位块611，所述限位块611使得所述支撑板61的转动范围在0
‑
90
°
，将支撑件6穿过桩孔4后在重力的作用下或者通过钢筋等使得支撑板61转动，支撑板61转动后水平设置，然后将气囊7通过桩孔4移动至溶洞2内，所述气囊7的中部设置有与所述本体62配合的连接孔72，所述气囊7上设置有折叠部74，通过折叠部74能够在气囊7不充气的状态下折叠，进而减小气囊7的体积，便于将气囊7通过桩孔4移动至溶洞2内，所述气囊7的边缘设置有凸起71，凸起71的设置一方面能够防止灌浆后混凝土外流，另一方面能够与溶洞的内壁更好地贴合，所述凸起71与连接孔72之间设置有凹槽73，凸起71和凹槽73的设置，能够便于将混凝土便捷地浇注在气囊7的顶端，使得混凝土层9稳固设置在气囊7上，所述气囊7上设置有充气孔75，用于对气囊7的内部充气。
40.需要说明的是，所述气囊7由橡胶和纤维织物联合硫化而成。气囊7在未充气前的厚度在0.5
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1cm，气囊7在充气膨胀后，气囊7的厚度在1
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2cm，气囊7膨胀的作用是为了增加支撑板61的顶端的平铺面积，便于浇注混凝土。在浇注混凝土层9后，气囊7受力压缩，压缩后的厚度变化范围在0.5
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1cm，不会影响混凝土层9的形成和稳固。进一步的，为了保证气囊7能够顺利承托混凝土层9，所述桩孔4的数量有多个，气囊7的数量可以为多组，多组气囊7平铺层叠，在混凝土逐渐堆积浇注的过程中，气囊7之间相互挤压并且变得密集，进而多组气囊7将所述溶洞2的顶端封闭。
41.进一步的，所述本体62的侧壁设置有加强筋621，所述本体62与加强筋621的截面形状与所述连接孔72的截面形状相同，加强筋621能够增加本体62的强度，同时还能避免气囊7移动至溶洞2内的过程中，气囊7发生转动，便于对气囊7的定位。
42.进一步的，所述锥体63的一端设置有连接部64，所述连接部64上设置有卡块，所述支承桩5的顶端设置有与所述卡块配合的卡槽，通过卡块与卡槽配合，能够将支撑件6顺利固定在支承桩5的顶端。
43.可以理解地，为了便于对气囊7充气，还包括气泵8，所述气泵8的输出端连接有输气管，所述充气孔75内设置有单向阀，所述输气管与所述单向阀连接。
44.优选的，在一个实施方式中，所述混凝土层9的边缘设置有阻挡墙10，阻挡墙10的设置能够进一步加强混凝土层9。
45.请参照图6
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11，本发明还提供一种地下空间施工溶洞顶壁加强结构的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
46.首先，探测溶洞2位置，测量溶洞2的深度以及大小，需要说明的，由于溶洞构造特征复杂，难以完全掌握，也因此溶洞深处的走向不能够完全清楚，采用现有技术填充溶洞的过程中填充材料很容易流失，而在本实施方式中，可以根据探地雷达，仅需要探测溶洞顶端的特征以及溶洞深度等信息，不需要对溶洞底部的细部特征进行完全探测，当后续铺设好气囊7后，在气囊7的顶端灌浆形成混凝土层，并利用支承桩5进行支撑，便能够对溶洞2的顶端进行密封和支撑。然后，在溶洞2所在的土层的顶端钻设桩孔4；确定好溶洞2的位置和形状等信息后，便于确定桩孔4的位置以及数量。接着，通过桩孔4在溶洞2内部设置支承桩5，使得支承桩5的底端固定在岩层3内；支承桩5的顶端设置在溶洞2内，并且支承桩5的顶端位于同一水平线。接着，通过桩孔4将支撑件6移动至溶洞2内，支撑件6的底端的支撑板61穿过所述桩孔4后张开；本实施方式中，所述锥体63的形状为四棱台形，对应的，一个支撑件6上的支撑板61的数量为四个，在其他未示出的实施方式中，所述锥体63还可以为其它数量的棱台形，对应的支撑板61的数量为多个。接着，通过桩孔4将气囊7移动至溶洞2内，将所述气囊7铺设在所述支撑板61上后，向所述气囊7内部充气使得所述气囊7膨胀，膨胀后的气囊7逐渐展开后，所述气囊7将所述溶洞2的顶端封闭；最后，通过桩孔4向所述溶洞2内注入混凝土，混凝土在气囊7的顶端将所述溶洞2的顶端封闭，形成混凝土层9。可以理解地，本实施方式中，支承桩5的顶端高度，即支撑件6的底端位置，对应的气囊7的位置，决定了混凝土层9的厚度，在计算施工设置的重量后，对应工程选择相应数量的桩孔4、支承桩5以及支承桩5的规格，确保支承桩5能够支承混凝土层9以及施工设施的重量。
47.请参照图12，优选的，在一个实施方式中，在所述混凝土层9的边缘设置阻挡墙10，挖去阻挡墙10内的土层后，在阻挡墙10内继续铺设混凝土层9。
48.本发明在溶洞2内设置支承桩5，在支承桩5的顶端设置支撑件6，支撑件6进入溶洞2内后支撑板61展开，将气囊7移动至溶洞2内充气后铺设在支撑板61上，向溶洞2内注入混凝土，混凝土在气囊7的顶端将溶洞2的顶端封闭，形成混凝土层9,能够避免将整个溶洞填充，极大地减少了施工成本以及周期。
49.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。