[实用新型]洞室围岩预支护系统以及洞室结构

说明书

本实用新型公开了一种洞室围岩预支护系统、洞室结构以及洞室结构的施工方法，属于地下洞室施工技术领域，用以解决现有洞室围岩采用的后支护结构和超前支护结构无法满足高地应力、大跨度以及多结构面的洞室围岩的施工支护需求的问题。本实用新型在开挖洞室腔体之前首先形成相应的预支护系统，通过设置相应的辅助洞和相应的预支护结构形成承载拱圈，这样可有效地增强相应岩体的结构强度和承载能力，进而确保在进行洞室腔体开挖施工过程中的安全性；能有效地满足高地应力、大跨度以及多结构面的洞室围岩的施工支护需求。

技术领域

本实用新型涉及地下洞室施工技术领域，尤其涉及这一种洞室围岩预支护系统、洞室结构以及洞室结构的施工方法。

背景技术

随着西部水利工程、水电工程、交通工程等的发展，将修建越来越多的地下工程，地下工程的洞室规模也越来越大，跨度常常达到30m～40m，甚至更大跨度的情况。同时，在西部特殊的复杂地质和地形条件下，高地应力问题常常困扰着地下工程的设计和开挖支护施工，同时因地质构造复杂，导致岩体结构面较多，开挖成型困难。大跨度、高地应力以及多结构面岩体等种种不利地质因素及其组合的情况下，给地下洞室工程的设计施工带来了巨大的困难。

从支护结构的施工时间来分类，地下工程的支护可以分为预支护和后支护。在洞室开挖前就施工完成或部分施工完成的支护为预支护；在洞室开挖后再施工的支护，为后支护。当前地下洞室的设计施工技术，绝大部分为在开挖后再进行喷混凝土、挂网、锚杆、锚索、混凝土衬砌等后支护措施；部分情况下也有通过掌子面向洞室的未开挖区域施工锚杆、管棚、灌浆等措施进行超前支护的方式。

然而对于30m～40m，甚至更大跨度的大跨度地下洞室、高地应力以及多结构面岩体的围岩而言，仅仅采用后支护技术，常常导致工程事故，包括人员伤亡、工期延误、投资增加等问题，这些事故带来巨大的经济和社会影响。

对于小跨度洞室，在掌子面内向前进行超前支护取得了一定的技术经验，但对于30m～40m及以上跨度的地下洞室，需要预支护的范围较大，在掌子面进行超前支护作业困难。并且在洞室内的超前支护一般需要斜向施工锚杆、管棚等支护结构，一定程度上占用了后支护结构的空间，可能导致后支护结构无法施工。

综合来看，目前的后支护和超前支护分别存在如下缺点：

对于后支护结构而言，主要有以下缺点：

1)开挖过程中，对于围岩结构面较多，同时地应力又较高的情况，开挖地应力释放后可能导致围岩塌方垮塌，影响施工安全。

2)洞室开挖后，围岩应力已经大部分释放，围岩已经开裂变形，围岩承载力已经很大程度降低了，后期需要增加很多支护措施才能确保岩体稳定，不能充分发挥围岩的自承能力，导致支护费用增加很多。

3)开挖后再支护围岩，采用的锚杆、预应力锚索，可能因围岩应力释放而产生较大的变形，这种变形可能导致支护结构随之变形，当变形过大时，锚杆、锚索、衬砌等支护结构将失效。

4)开挖后再支护围岩，这种支护施工方案占直线工期，如果后支护的工程量较大，则增加较长的直线工期，增加工程施工总工期。

对于通过掌子面超前支护而言，主要有如下缺点：

1)对掌子面前缘未开挖区域地质条件不清楚，难以采取针对性的支护措施。

2)对大跨度、高地应力以及多结构面等情况的岩体，超前支护结构的支护距离短、支护范围小以及支护刚度小，因此难以形成足够的支护效果，不能有效地保证开挖后围岩的稳定。

3)洞室开挖时，爆破振动可能造成预先施工的支护结构受损，特别是固结灌浆，爆破振动会导致灌浆岩体松动，降低岩体承载力。

4)在隧洞掌子面预支护，会占用直线工期，影响工程总进度。

实用新型内容