硐室支护结构及硐室的制作方法

本发明涉及矿山工程支护技术领域，更为具体地，涉及一种硐室支护结构及硐室。

背景技术：

随着我国矿山开采深度的不断加深，深部巷道围岩受“三高一扰动”影响越来越明显；同时，由于开采规模不断扩大，井下硐室开挖断面越来越大。深部大断面硐室开挖及支护是一个随时间、空间不断变化的动态施工过程，硐室围岩应力呈现出非线性特点，应力集中明显，围岩破坏范围较大。而大断面硐室常常服务于整个矿山，服务年限长，功能作用重大，其硐室稳定性是制约矿山高效安全生产的主要因素之一，因而井下大断面硐室支护是确保矿山安全生产的重点之一。因此矿山工程选址时一般会挑选岩层条件较好的位置来布置大断面硐室。

从目前已有的大断面硐室支护设计来看，其联合支护大多数含有锚索支护，而且支护效果还不错。当岩层较好时，采用喷锚网+锚索或锚索+砼联合支护型式；当岩层条件较差时，则采用喷锚网+锚索+钢筋砼联合支护方式；以上的支护方式中锚索发挥了很大的作用。但受矿山工程系统布置的影响，有些大断面硐室只能在厚大软岩中(如泥岩、煤层、砂岩，容易风化或遇水变软的岩层条件)开挖，此类情况下锚索支护效果不理想。

对于大断面硐室采用喷锚网+锚索+钢筋砼的支护型式，存在以下缺点：

1.需要对锚索进行拉拔试验，施工锚索费用较高；

2.需要钻孔和架设锚索的设备，需要有较大的施工空间；

3.锚索支护区域一般为硐室拱部和侧墙上部，对中下部侧墙支护较少；

4.施工硐室拱部的锚索难度较大，特别是锚索砂浆锚固时间长以及开口处的密封难度大，施工质量不好控制；

5.锚索在厚大软岩层中的支护效果无法保证，出现效果较差甚至失效的情况。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种硐室支护结构及硐室，以解决目前的喷锚网+锚索+钢筋砼联合支护方式对于在厚大软岩层中的支护效果不好，并且需要对锚索进行拉拔试验，施工锚索费用高；需要钻孔和架设锚索的设备，需要有较大的施工空间；对硐室的中下部侧墙支护较少；密封难度大，施工质量不好控制等问题。

本发明提供一种硐室支护结构，包括钢筋砼和设置在硐室外部的钢筋砼拱架；其中，所述钢筋砼拱架包括设置在所述硐室顶端外部的拱梁、设置在所述拱梁底部两端的立柱和设置在所述立柱底部的基础部；所述立柱设置在所述硐室外侧壁上；所述拱梁和所述立柱通过所述钢筋砼的浇筑与所述硐室的顶端和所述硐室的侧壁形成一体式结构。

此外，优选的方案是，还包括设置在所述钢筋砼拱架外部的喷锚网。

此外，优选的方案是，所述拱梁的形状与所述硐室的顶端形状相同。

此外，优选的方案是，所述拱梁由至少两根梁钢筋通过梁配筋捆扎形成；和/或，所述立柱由至少两根柱钢筋通过柱配筋捆扎形成。

此外，优选的方案是，所述拱梁与所述硐室的顶端通过所述梁配筋与所述硐室的顶端配筋搭接连接；所述立柱与所述硐室的侧壁通过所述柱配筋与所述硐室的侧壁配筋搭接连接。

此外，优选的方案是，所述拱梁和所述立柱通过在所述硐室的顶端内侧和所述硐室的内侧壁上的所述钢筋砼的浇筑与所述硐室的顶端内侧和所述硐室的侧壁形成一体式结构。

此外，优选的方案是，所述拱梁与所述立柱搭接连接。

此外，优选的方案是，所述基础部包括基础底板和设置在所述基础底板顶部的立柱固定结构。

本发明提供一种硐室，包括硐室主体和设置在所述硐室主体底部的硐室底板；在所述硐室主体的侧壁和顶端设置有如上所述的硐室支护结构。

此外，优选的方案是，所述基础部设置在所述硐室底板上。

从上面的技术方案可知，本发明提供的硐室支护结构及硐室，通过钢筋砼和设置在硐室外部的钢筋砼拱架；钢筋砼拱架包括设置在硐室顶端外部的拱梁、设置在拱梁底部两端的立柱和设置在立柱底部的基础部；立柱设置在硐室外侧壁上；拱梁和立柱通过浇筑钢筋砼与硐室的顶端和硐室的侧壁形成一体式结构。可与硐室壁同步浇筑施工，支护结构整体性好；在支护的过程中，没有大型机械作业；钢筋砼拱架对硐室顶部和侧墙都有加固，能保证整个硐室的稳定性；具有需要施工空间小、施工难度小、施工质量好控制、利于整个围岩稳定以及硐室开挖，费用低等优点。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的硐室支护结构的结构示意图；

图2为图1的ii-ii部分的示意图；

图3为图1的iii-iii部分的示意图。

在附图中，1-硐室主体，11-硐室底板，2-钢筋砼拱架，21-拱梁，22-立柱，23-基础部，3-钢筋砼，4-喷锚网，5-牛腿立柱。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

针对前述提出的目前的喷锚网+锚索+钢筋砼联合支护方式对于在厚大软岩层中的支护效果不好，并且需要对锚索进行拉拔试验，施工锚索费用高；需要钻孔和架设锚索的设备，需要有较大的施工空间；对硐室的中下部侧墙支护较少；密封难度大，施工质量不好控制等问题，提出了一种硐室支护结构及硐室，采用本发明的硐室支护结构及硐室能够解决目前的喷锚网+锚索+钢筋砼联合支护方式对于在厚大软岩层中的支护效果不好，并且需要对锚索进行拉拔试验，施工锚索费用高；需要钻孔和架设锚索的设备，需要有较大的施工空间；对硐室的中下部侧墙支护较少；密封难度大，施工质量不好控制等问题。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的硐室支护结构及硐室，图1示出了本发明实施例的硐室支护结构的结构；图2示出了图1的ii-ii部分的结构；图3示出了图1的iii-iii部分的结构。

如图1至图3共同所示，本发明提供的硐室支护结构，包括钢筋砼3和设置在硐室外部的钢筋砼拱架2；其中，钢筋砼拱架2包括设置在硐室顶端外部的拱梁21、设置在拱梁21底部两端的立柱22和设置在立柱22底部的基础部23；立柱22设置在硐室外侧壁上；拱梁21和立柱22通过钢筋砼3的浇筑与硐室的顶端和硐室的侧壁形成一体式结构。

通过钢筋砼3和设置在硐室外部的钢筋砼拱架2；钢筋砼拱架2包括设置在硐室顶端外部的拱梁21、设置在拱梁21底部两端的立柱22和设置在立柱22底部的基础部23；立柱22设置在硐室外侧壁上；拱梁21和立柱22通过浇筑钢筋砼3与硐室的顶端和硐室的侧壁形成一体式结构。可与硐室壁同步浇筑施工，支护结构整体性好；在支护的过程中，没有大型机械作业；钢筋砼拱架对硐室顶部和侧墙都有加固，能保证整个硐室的稳定性；具有需要施工空间小、施工难度小、施工质量好控制、利于整个围岩稳定以及硐室开挖，费用低等优点。

其中，钢筋砼拱架2根据松动圈理论，计算松动圈冒落高度，得出整个硐室的外力载荷；在垂直硐室宽度方向上，合理布置钢筋砼拱架的数量和间距，其间距即要满足施工空间，又得保证钢筋砼拱架规格不宜过大；根据每根钢筋砼拱架的外荷载计算其外形尺寸，砼等级和配筋参数，其中包含拱梁设计、立柱设计和基础设计。

作为本发明的优选方案，还包括设置在钢筋砼拱架2外部的喷锚网4。根据工程类比法，并结合硐室的跨度、高度以及所处岩石工程质量等级和《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》确定喷锚网4的相关技术参数；技术参数包含了喷射混凝土厚度、强度等级，锚杆的规格和布置间距。喷锚网4即能封闭岩层，防止岩层风化脱落，又能加固破碎的松动圈，使松动圈形成自然的岩石拱抵挡外应力。

作为本发明的优选方案，拱梁21的形状与硐室的顶端形状相同。能够使两者结合的更好。

作为本发明的优选方案，拱梁21由至少两根梁钢筋通过梁配筋捆扎形成；和/或，立柱22由至少两根柱钢筋通过柱配筋捆扎形成。为了使钢筋砼拱架2能够达到施工所需的承载强度，在设计的过程中，可根据相关技术参数的计算设定，但是，一般情况下，为了确保钢筋砼拱架2的承载强度，拱梁21至少由两根梁钢筋构成，立柱22至少由两根柱钢筋构成。梁配筋和柱配筋不仅起到捆扎梁钢筋和柱钢筋的作用，而且用于与硐室的配筋进行搭接。

作为本发明的优选方案，拱梁21与硐室的顶端通过梁配筋与硐室的顶端配筋搭接连接；立柱22与硐室的侧壁通过柱配筋与硐室的侧壁配筋搭接连接。在施工的过程中，钢筋砼拱架2的配筋(梁配筋和柱配筋)与硐室的室壁配筋(顶部和侧壁)按设计搭接，确保钢筋砼拱架2与硐室的室壁的整体性。

作为本发明的优选方案，拱梁21和立柱22通过在硐室的顶端内侧和硐室的内侧壁上的钢筋砼3的浇筑与硐室的顶端内侧和硐室的侧壁形成一体式结构。在硐室内侧壁上浇筑，使施工更加方便，而且不影响硐室的外观。

作为本发明的优选方案，拱梁21与立柱22搭接连接。拱梁21与立柱22、立柱22与基础部23之间可通过配筋按设计搭接，确保钢筋砼拱架2整体性。

作为本发明的优选方案，基础部23包括基础底板和设置在基础底板顶部的立柱固定结构。通过基础底板和立柱固定结构便于立柱的搭建。其中，基础底板的受力应小于岩石的抗压强度，否则应加大基础底板尺寸。

本发明提供的一种硐室，包括硐室主体1和设置在硐室主体1底部的硐室底板11；在硐室主体11的侧壁和顶端设置有如上所述的硐室支护结构2。

通过钢筋砼3和设置在硐室外部的钢筋砼拱架2；钢筋砼拱架2包括设置在硐室顶端外部的拱梁21、设置在拱梁21底部两端的立柱22和设置在立柱22底部的基础部23；立柱22设置在硐室外侧壁上；拱梁21和立柱22通过浇筑钢筋砼3与硐室的顶端和硐室的侧壁形成一体式结构。可与硐室壁同步浇筑施工，支护结构整体性好；在支护的过程中，没有大型机械作业；钢筋砼拱架对硐室顶部和侧墙都有加固，能保证整个硐室的稳定性；具有需要施工空间小、施工难度小、施工质量好控制、利于整个围岩稳定以及硐室开挖，费用低等优点。

作为本发明的优选方案，基础部23设置在硐室底板11上。将基础部23固定在硐室底板11上，可对硐室底板11进行加固处理，防止出现硐室出现不均匀沉降。

作为本发明的优选方案，在硐室主体1的侧壁上设置有牛腿立柱5。牛腿立柱5能够对硐室主体1的侧壁起到支撑作用。

通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的硐室支护结构及硐室，通过钢筋砼和设置在硐室外部的钢筋砼拱架；钢筋砼拱架包括设置在硐室顶端外部的拱梁、设置在拱梁底部两端的立柱和设置在立柱底部的基础部；立柱设置在硐室外侧壁上；拱梁和立柱通过浇筑钢筋砼与硐室的顶端和硐室的侧壁形成一体式结构。可与硐室壁同步浇筑施工，支护结构整体性好；在支护的过程中，没有大型机械作业；钢筋砼拱架对硐室顶部和侧墙都有加固，能保证整个硐室的稳定性；具有需要施工空间小、施工难度小、施工质量好控制、利于整个围岩稳定以及硐室开挖，费用低等优点。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的硐室支护结构及硐室。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的硐室支护结构及硐室，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。