一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法及其预支护体系与流程

[0001]
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法及其预支护体系。


背景技术：

[0002]
随着地下空间开发水平的提高和社会发展的需要，地下工程的跨度势必朝着巨型跨度方向发展，相应带来的技术挑战也会前所未有。
[0003]
对于巨型跨度洞室，一般采用分块开挖、最后挖除预留中岩柱的施工方式。中岩柱挖除时洞室跨度突变，岩体松动圈增大，洞室应力场发生重分布，所带来的风险极高，如何保证中岩柱上方岩体稳定及洞室应力场平稳转换是成洞的关键。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述问题，本发明提供了一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法及其预支护体系，通过在中岩柱上方施作预支护洞组，防止中岩柱挖除时岩体松动，实现中岩柱挖除过程中洞室应力场的平稳转变。
[0005]
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0006]
一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法，包括以下步骤：
[0007]
s1：设置开挖分区，确立中岩柱以及侧岩体位置；
[0008]
s2：在中岩柱上方施作预支护洞组，预支护洞组包括若干与洞室同向设置的超前导洞以及若干联通相邻超前导洞的连接通道；
[0009]
s3：开挖侧岩体，施作侧岩体初期支护；
[0010]
s4：在超前导洞内，沿超前导洞通长施作纵向地基梁，在连接通道内，沿连接通道通长施作横向地基梁，刚接纵向地基梁与横向地基梁；
[0011]
s5：于纵向地基梁上、沿纵向地基梁通长锚固若干锚索，锚索端头伸入中岩柱内；
[0012]
s6：挖除中岩柱：
[0013]
s6-1：将伸入中岩柱的锚索进行锚固，并将锚索伸入中岩柱内的部分切掉，切掉后再次加固锚索；
[0014]
s6-2：挖除中岩柱，施作中岩柱初期支护，形成巨型跨度洞室。
[0015]
进一步地，步骤s1中：中岩柱为多个，以洞室中轴线为对称轴对称设置。
[0016]
进一步地，步骤s6中：每挖除一个中岩柱后，待洞室变形稳定后，重复步骤s6-1，步骤s6-2，直至挖除全部中岩柱，形成巨型跨度洞室。
[0017]
进一步地，步骤s3中：由洞室一侧依次开挖侧岩体，施作相应侧岩体处的侧岩体初期支护。
[0018]
进一步地，超前导洞与连接通道垂直设置。
[0019]
进一步地，超前导洞与洞室之间的最小间距b1与洞室跨度b2之比大于等于0.5，超前导洞内的净距c1与超前导洞之间的间距c2之比大于等于1。
[0020]
进一步地，超前导洞与洞室之间的最小间距b1为30m，洞室跨度b2为60m；超前导洞内的净距c1为4m，超前导洞之间的间距c2为4m。
[0021]
近一步地，连接通道纵向间距a1与锚索纵向间距a2之比为2～4。
[0022]
进一步地，锚索伸入中岩柱内的长度为1m，锚索环向间距d1为4m。
[0023]
本发明还提供了一种应用于上述方法中的预支护体系，洞室内设置开挖分区，开挖分区包括若干中岩柱以及若干侧岩体，中岩柱与侧岩体交替设置，中岩柱以洞室中轴线为对称轴对称设置；
[0024]
中岩柱斜上方设置有若干与洞室同向设置的超前导洞以及若干联通相邻超前导洞的连接通道；
[0025]
超前导洞内铺设有纵向地基梁，连接通道内铺设有横向地基梁，纵向地基梁与横向地基梁垂直刚接；
[0026]
纵向地基梁通长设置有若干锚索，锚索端头锚固于中岩柱内，锚索为全长粘结型预应力锚索。
[0027]
本发明的一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法及其预支护体系具有如下有益效果:
[0028]
1、本发明，在中岩柱上方施作预支护洞组，预支护洞组由若干超前导洞以及若干连接通道横纵交错联通而成，在超前导洞以及连接通道内分别铺设纵向地基梁以及横向地基梁，且纵向地基梁以及横向地基梁刚接。于纵向地基梁上锚固若干锚索，并将锚索端头伸入中岩柱内中，从而完成对中岩柱的预锚固支护，有效防止因中岩柱挖除带来的应力突变，可实现由小跨度到大跨度的洞室应力场的平稳转变。
[0029]
2、本发明，纵向地基梁以及横向地基梁横纵交错刚接而成，锚索锚固于横纵交错刚接的地基梁上，可将锚索产生的集中荷载转化为均布荷载，避免了岩体在集中力作用下的剪切破坏，并提高了洞室上方稳定岩层受力的整体性能。
[0030]
3、本发明，采取全长粘结型预应力锚索，可避免因洞室开挖扰动造成的预应力损失和锚固力不足等问题。
[0031]
4、本发明，中岩柱于斜上方设置纵向地基梁以及横向地基梁，连接于纵向地基梁上的锚索倾斜锚固于中岩柱内，拉力以及稳定性更强。
[0032]
5、本发明，施工整体顺序为：中岩柱上方施作预支护洞组-开挖侧岩体并施作侧岩体初期支护-施作纵向地基梁以及横向地基梁-纵向地基梁上锚固锚索，且锚索端头锚固于中岩柱内-挖除中岩柱并施作中岩柱初期支护。施工顺序科学有序，层次分明，能够有效保证整个施工过程中的洞室应力场的平稳转变，施工效率高，施工安全性高。
[0033]
6、本发明，连接通道纵向间距a1与锚索纵向间距a2之比为2～4。超前导洞与洞室之间的最小间距b1与洞室跨度b2之比大于等于0.5，超前导洞内的净距c1与超前导洞之间的间距c2之比大于等于1。锚索伸入中岩柱内的长度为1m，锚索环向间距d1为4m。优选控制施工过程中各个参数，达到施工过程中，洞室应力场平稳转变的最优选择。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的上提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1为本发明实施例步骤s1-s2中的结构示意图；
[0036]
图2为本发明实施例预支护洞组的结构示意图；
[0037]
图3为本发明实施例步骤s3的结构示意图；
[0038]
图4为本发明实施例步骤s4的结构示意图；
[0039]
图5为本发明实施例步骤s5的结构示意图；
[0040]
图6为本发明实施例步骤s6的结构示意图；
[0041]
图7为本发明实施例步骤s7的结构示意图。
[0042]
附图标记说明：
[0043]
1-中岩柱；11-中岩柱初期支护；2-侧岩体；21-侧岩体初期支护；3-预支护洞组；31-超前导洞；32-连接通道；33-纵向地基梁；34-横向地基梁；35-锚索。
具体实施方式
[0044]
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法做进一步地详细的描述。
[0045]
如图1-7所示：一种挖除巨型跨度洞室中岩柱的方法，包括以下步骤：
[0046]
s1：设置开挖分区，确立中岩柱1以及侧岩体2位置。分区方式可以为多种，例如中岩柱1与侧岩体2交替设置，中岩柱1为奇数时，至少一个中岩柱1位于洞室中轴线上，其他中岩柱1均分于洞室中轴线两侧，对称设置；中岩柱1为偶数时，均分于洞室中轴线两侧，对称设置。又或者洞室跨度足够长时，中岩柱1个数较多时，中岩柱1无需均分洞室中轴线两侧，大致对称即可。这样的设置方式能够较好的保证洞室的稳定性。
[0047]
s2：在中岩柱1上方施作预支护洞组3，预支护洞组3包括若干与洞室同向设置的超前导洞31以及若干联通相邻超前导洞31的连接通道32，超前导洞31与连接通道32垂直设置。超前导洞31大小需满足纵向地基梁33以及锚索35施作空间，连接通道2的大小需满足横向地基梁34施作空间。且较优的设置是于中岩柱1斜上方施作预支护洞组3，那么由超前导洞31牵引出的锚索34倾斜连接于中岩柱1内，牵拉锚固力更强。
[0048]
进一步地，超前导洞31与洞室之间的最小间距b1与洞室跨度b2之比大于等于0.5，超前导洞31内的净距c1与超前导洞31之间的间距c2之比大于等于1。
[0049]
更进一步地，超前导洞31与洞室之间的最小间距b1为30m，洞室跨度b2为60m；超前导洞31内的净距c1为4m；超前导洞31之间的间距c2为4m。
[0050]
s3：开挖侧岩体2，施作侧岩体初期支护21。优选地，由洞室一侧依次开挖侧岩体2，施作相应侧岩体2处的侧岩体初期支护21。当然，在保证整个施工稳定的情况下，也可以从两侧同时开挖侧岩体2，又或者择取中间部分的侧岩体2进行开挖等。对于单个侧岩体2的开挖，可以从顶部到底部分段开挖侧岩体2，侧岩体2顶部开挖出足够空间后，及时施作侧岩体初期支护21，进行侧岩体2的锚固。
[0051]
s4：在超前导洞31内，沿超前导洞31通长施作纵向地基梁33，在连接通道32内，沿连接通道32通长施作横向地基梁34，刚接纵向地基梁33与横向地基梁34，构成纵横交错的整体架式结构，结构稳定性强。
[0052]
s5：于纵向地基梁33上、沿纵向地基梁33通长锚固若干锚索35，锚索35端头伸入中岩柱1。
[0053]
进一步地，连接通道32纵向间距a1与锚索35纵向间距a2之比为2～4。优选之比为2。
[0054]
优选的，锚索35伸入中岩柱1内的长度为1m，锚索35环向间距d1为4m。
[0055]
s6：挖除中岩柱1：
[0056]
s6-1：将伸入中岩柱1的锚索35进行锚固，并将锚索35伸入中岩柱1内的部分切掉。切掉过程中可能会造成锚固松动，由此，依据松动情况，扯拉锚索35再次加固；
[0057]
s6-2：挖除中岩柱1。由中岩柱1顶部到底部分段开挖，中岩柱1顶部挖出足够空间后，及时施作中岩柱初期支护11。
[0058]
步骤s6中：每挖除一个中岩柱1后，待洞室变形稳定后，重复步骤s6-1，步骤s6-2，直至挖除全部中岩柱1，形成巨型跨度洞室。
[0059]
本发明还提供了一种应用于上述方法中的预支护体系，洞室内设置开挖分区，开挖分区包括若干中岩柱1以及若干侧岩体2，中岩柱1与侧岩体2交替设置，中岩柱1以洞室中轴线为对称轴对称设置；
[0060]
中岩柱1斜上方设置有若干与洞室同向设置的超前导洞31以及若干联通相邻超前导洞31的连接通道32；
[0061]
超前导洞31内铺设有纵向地基梁33，连接通道32内铺设有横向地基梁34，纵向地基梁33与横向地基梁34垂直刚接；
[0062]
纵向地基梁33通长设置有若干锚索35，锚索35端头锚固于中岩柱1内。
[0063]
以上借助具体实施例对本发明做了进一步地描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。