[发明专利]一种地下洞室高强度支护结构

说明书

本发明提供了一种地下洞室高强度支护结构，涉及水利水电工程技术领域，其包括与主洞室内被加固面法向垂直的洞内压板以及一端固定连接于洞内压板上的锚索，锚索的另一端固定于辅助洞内的施力设备上，施力设备对锚索产生可调节拉力，辅助洞的位置与主洞室内的被加固面的位置对应，锚索垂直于洞内压板。解决了现有地下洞室施工中由于应力集中导致的拱座变形塌方的问题。

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，特别是涉及一种地下洞室高强度支护结构。

背景技术

我国正在开发或待开发的水能资源主要位于青藏高原东缘的西南高山峡谷地区，由于新构造运动的影响，该地区地应力普遍较高。近十余年来修建的大型地下厂房中，最大地应力超过30MPa的先后有二滩、小湾、官地、锦屏一级、猴子岩、白鹤滩等，给施工期安全和厂房的长期稳定带来了不利的影响。地下洞室开挖后围岩所受围压急剧变化，主应力的方向以及大小会出现剧烈的旋转和调整，往往在拱座和起拱区出现强烈的应力集中现象。例如锦屏一级地下厂房下游拱座应力达到42MPa，导致该处产生向内弯折鼓出的现象而破坏，而锦屏导流洞则由于拱座破坏而产生严重塌方，造成人员和财产的损失，影响了工程工期。

可见对地下洞室拱座应力集中区进行加固，确保拱座围岩稳定性是保证地下洞室整体稳定的关键技术。目前地下洞室多采用挂网、喷混凝土、锚杆等被动支护方式，或者采用预应力锚索的主动支护手段进行支护加固。对于具有高地应力的地下厂房，锚索支护对控制围岩变形和破坏效果最为显著，但是由于锚索锚固力一般在1500kN至2000kN，间排距一般在3m至4m左右，布置间距较大，平均支护面力仅0.16MPa至0.22MPa左右，量值相对于地应力很小，常常难以充分控制围岩的变形，无法保证拱座的整体变形稳定性。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种地下洞室高强度支护结构，解决了现有地下洞室施工中由于应力集中导致的拱座变形塌方的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种地下洞室高强度支护结构，其包括与主洞室内被加固面法向垂直的洞内压板以及一端固定连接于洞内压板上的锚索，锚索的另一端固定于辅助洞内的施力设备上，施力设备对锚索产生可调节拉力，辅助洞的位置与主洞室内的被加固面的位置对应，锚索垂直于洞内压板。

进一步地，施力设备包括与洞内压板平行的下顶板和上顶板，下顶板固定于辅助洞的内壁上，下顶板和上顶板之间固定连接有千斤顶，锚索穿过下顶板且固定于上顶板上。通过千斤顶顶升上顶板来对锚索施加拉力，从而将洞内压板牢固压于主洞室内壁上达到稳固主洞室的目的。

进一步地，下顶板和上顶板之间间隔均匀分布有若干千斤顶，且千斤顶的数量大于15。若干千斤顶组成千斤顶组，通过千斤顶组同时对上顶板施压，大大增加了锚索的张拉力，从而使洞内压板施加于主洞室内壁的平均支护力得到量级的提升。

进一步地，千斤顶为液压千斤顶，若干千斤顶通过液压系统控制其同步加压。液压千斤顶结构简单、携带方便，非常适合野外作业。同步加压实现施力设备均匀施力的目的，从而避免受力不均导致设备损毁。

进一步地，洞内压板与主洞室内壁之间以及下顶板与辅助洞内壁之间均设置有混凝土找平层。混凝土找平层为作用于其上的洞内压板和下顶板提供足够的平整度，为作用力提供尽可能多的作用点，从而减少单位面积上的受力强度。

进一步地，洞内压板、下顶板和上顶板均为厚度不低于8厘米的钢板，以保证足够的受力强度，避免因受力过度导致整个设备损毁造成安全事故。

进一步地，洞内压板与上顶板之间连接有若干均匀分布的锚索。锚索的数量越多，所能够承受的总张拉力越大，同样的总张拉力分担到单根锚索上的张拉力就越小，从而能够提高锚索的使用寿命，防止锚索受力过度损毁。