一種地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法與流程

本發(fā)明涉及地下水封洞庫，特別是一種地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

1、地下水封洞庫主要是為滿足國家石油供應(yīng)及存儲，應(yīng)對突發(fā)情況而建設(shè)，是國家能源建設(shè)發(fā)展的民生工程和戰(zhàn)略工程。地下水封洞庫工程是一種通過人工在穩(wěn)定地下水位線以下一定深度的巖石中開挖修建大型洞室群，用以存儲原油、液化石油氣及成品油等石油資源的工程。

2、地下水封洞庫的主洞室(也稱儲油洞室)是存儲油品的主要構(gòu)筑物，具有以下幾個特點(diǎn)：(1)庫容規(guī)模大。一般儲油庫容在100萬m3至1000萬m3不等。(2)洞室斷面大。一般采用直墻圓拱形或曲墻式斷面，跨度20m左右，高度30m左右。(3)洞室埋深大。主洞室深埋于地下，埋深多在100m至200m左右。(4)地質(zhì)條件復(fù)雜。主洞室布置集中，占地約數(shù)平方公里，不良地質(zhì)構(gòu)造不易避讓，地質(zhì)條件復(fù)雜。(5)洞室圍巖穩(wěn)定性要求高。主洞室一般僅采用錨噴支護(hù)作為永久支護(hù)，設(shè)計(jì)使用年限長達(dá)50年，需確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的長久穩(wěn)定有效。

3、目前國內(nèi)已完成4個國家石油儲備庫的建設(shè)，主洞室斷面跨度均在20m左右，高度30m左右。在建設(shè)過程中，不同程度的遇到了影響洞室穩(wěn)定性的蝕變帶、破碎帶及大規(guī)模的不穩(wěn)定塊體，這對于圍巖的穩(wěn)定控制提出了相當(dāng)高的要求。隨著國儲庫建設(shè)的推進(jìn)及設(shè)計(jì)理念的調(diào)整，目前較多的工程主洞室采用曲墻式斷面，為保證不良地質(zhì)洞段圍巖的穩(wěn)定性，也采取了拱架支護(hù)，但受開挖斷面影響，拱架的剛度及整體性問題較難處理。

4、曲墻式斷面不同于直墻圓拱形斷面，曲墻式斷面由于整個開挖輪廓線由幾組圓弧光滑連接組成，其邊墻部分也為曲墻，從受力角度來看，其更能適應(yīng)較差的圍巖條件，塑性區(qū)較小，變形也較小，洞室結(jié)構(gòu)安全性相對較高。但當(dāng)洞室開挖過程中存在較大塊體、大范圍的蝕變帶或破碎帶時，僅依靠洞室圍巖的自穩(wěn)性往往是不夠的，因此需要使用支護(hù)力更強(qiáng)的型鋼拱架支護(hù)。

5、型鋼拱架在設(shè)計(jì)時，需與開挖洞室輪廓線保持適應(yīng)，并且提供足夠的剛度與穩(wěn)定性。同時考慮到主洞室開挖高度達(dá)30m，曲墻式斷面拱架需克服大跨度帶來的剛度不足的問題。曲墻式斷面的主洞室一般設(shè)計(jì)成如圖1的形式，且按照分層開挖的方式進(jìn)行施工。在開挖過程中頂層的圍巖穩(wěn)定問題最為突出。從圖1中可以看出，從第二層h2開挖高度范圍來看，主洞室輪廓線為往內(nèi)收斷面，因此在立拱過程中，拱架也需要內(nèi)收，這大大削減了拱架的剛度，減小了拱架支撐力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，基于地下水封洞庫主洞室立拱洞段拱架整體性及拱腳處理面臨的技術(shù)難題，本發(fā)明提供一種能提高主洞室圍巖穩(wěn)定性，保證地下水封洞庫安全的地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括沿洞室長度方向緊貼圍巖安裝的多榀型鋼拱架，所述多榀型鋼拱架的拱腳部位通過水平安裝的型鋼地梁連接成整體，且相鄰型鋼拱架之間設(shè)置錨筋樁，所述錨筋樁的一端與所述型鋼地梁固定連接，另一端錨固在洞室圍巖內(nèi)。

4、為解決地下水封洞庫工程中大跨度主洞室(跨度20m左右，高度30m左右)穿越蝕變帶、破碎帶及較大范圍不穩(wěn)定塊體長洞段時，型鋼拱架受洞室斷面過大而剛度不足，整體穩(wěn)定性較差的問題，本發(fā)明采用型鋼地梁將各型鋼拱架連接成整體，并在相鄰型鋼拱架之間設(shè)置錨筋樁，錨筋樁的一端與型鋼地梁固定連接，另一端錨固在洞室圍巖內(nèi)，不僅提高了洞室內(nèi)型鋼拱架的整體性，而且拱架的拱腳部位支撐力得到了增強(qiáng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的大斷面洞室拱架支撐性及剛度不足的難題，提高了不良地質(zhì)洞段大跨度主洞室圍巖穩(wěn)定性，相較于傳統(tǒng)強(qiáng)支護(hù)或者縮斷面處理方案具有明顯技術(shù)優(yōu)勢。

5、優(yōu)選地，所述錨筋樁包括多根錨筋及一根由無縫鋼管制成的注漿管，且多根錨筋與注漿管連接成一體。

6、優(yōu)選地，所述錨筋樁的造孔直徑為100mm－120mm。

7、優(yōu)選地，所述造孔內(nèi)通過所述注漿管注滿水泥砂漿。

8、優(yōu)選地，所述圍巖內(nèi)設(shè)有系統(tǒng)錨桿，所述型鋼拱架與所述系統(tǒng)錨桿固定連接。

9、優(yōu)選地，所述型鋼地梁通過角鋼與型鋼拱架焊接牢固。

10、優(yōu)選地，所述型鋼拱架由多個拱架段依次拼接而成，且所述拱架段的端部預(yù)留鋼墊板。

11、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法，其包括下列步驟：

12、1)洞室開挖，查明地質(zhì)條件，確定采用所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工；

13、2)在洞室內(nèi)安裝型鋼拱架；

14、3)在洞室內(nèi)安裝系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)片；

15、4)噴射混凝土施工；

16、5)鑿除各型鋼拱架拱腳部位混凝土，安裝型鋼地梁；

17、6)在圍巖內(nèi)為錨筋樁的安裝造孔，造孔完成后將多根錨筋與注漿管焊接成一體形成錨筋樁，并在將錨筋樁放入造孔內(nèi)后，注入水泥砂漿將錨筋樁錨固在造孔內(nèi)；

18、7)將露出在外的錨筋樁與型鋼地梁焊接固定；

19、8)檢查與驗(yàn)收；

20、9)復(fù)噴混凝土覆蓋錨筋樁及型鋼地梁；

21、10)繼續(xù)下層洞室開挖。

22、優(yōu)選地，所述洞室分層開挖，邊挖邊進(jìn)行型鋼拱架的安裝。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

24、①技術(shù)效益上。主洞室作為地下水封洞庫工程最重要的構(gòu)筑物，同時也是施工風(fēng)險(xiǎn)最大的結(jié)構(gòu)，如何快速高效地完成設(shè)計(jì)庫容的洞室開挖至關(guān)重要。在遇到大范圍蝕變帶、破碎帶以及不穩(wěn)定塊體洞段時，受斷面形狀影響全環(huán)弧形型鋼拱架剛度不足，本發(fā)明通過采用型鋼地梁將各型鋼拱架連接成整體，并在相鄰型鋼拱架之間設(shè)置錨筋樁，錨筋樁的一端與型鋼地梁固定連接，另一端錨固在洞室圍巖內(nèi)，不僅大幅度提高了型鋼拱架的整體穩(wěn)定性，確保了大斷面洞室在較差地質(zhì)條件情況下的安全性，而且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、施工便利，成型效果佳，補(bǔ)充了地下水封洞庫大斷面主洞室剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)類型。

25、②經(jīng)濟(jì)效益上。大規(guī)模主洞室群在施工過程中不可避免會遇到地質(zhì)條件較差的情況，通過采用本發(fā)明型鋼拱架錨筋樁地梁結(jié)構(gòu)，可快速高效通過，有效的確保了工期實(shí)現(xiàn)，同時避免采用高強(qiáng)度支護(hù)帶來的巨大投資，是一種經(jīng)濟(jì)簡便，施工可行的支護(hù)形式。

26、③社會效益上。地下水封洞庫是十分重要的戰(zhàn)略工程、民生工程，主洞室為儲存油品的重要構(gòu)筑物，本發(fā)明型鋼拱架錨筋樁地梁結(jié)構(gòu)補(bǔ)充了主洞室支護(hù)型式，可為類似工程提供解決方案，對于地下水封洞庫行業(yè)發(fā)展，工程建設(shè)技術(shù)具有重要補(bǔ)充作用。該技術(shù)應(yīng)用前景較廣，對促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步具有顯著的作用和意義。

技術(shù)特征：

1.一種地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括沿洞室長度方向緊貼圍巖安裝的多榀型鋼拱架，其特征在于：所述多榀型鋼拱架的拱腳部位通過水平安裝的型鋼地梁連接成整體，且相鄰型鋼拱架之間設(shè)置錨筋樁，所述錨筋樁的一端與所述型鋼地梁固定連接，另一端錨固在洞室圍巖內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨筋樁包括多根錨筋及一根由無縫鋼管制成的注漿管，且多根錨筋與注漿管連接成一體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述錨筋樁的造孔直徑為100mm－120mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述造孔內(nèi)通過所述注漿管注滿水泥砂漿。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圍巖內(nèi)設(shè)有系統(tǒng)錨桿，所述型鋼拱架與所述系統(tǒng)錨桿固定連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述型鋼地梁通過角鋼與型鋼拱架焊接牢固。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述型鋼拱架由多個拱架段依次拼接而成，且所述拱架段的端部預(yù)留鋼墊板。

8.一種權(quán)利要求1－7中任一項(xiàng)所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法，其特征在于，包括下列步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法，其特征在于，所述洞室分層開挖，邊挖邊進(jìn)行型鋼拱架的安裝。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種地下水封洞庫大斷面洞室拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工方法。所述拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)包括沿洞室長度方向緊貼圍巖安裝的多榀型鋼拱架，所述多榀型鋼拱架的拱腳部位通過水平安裝的型鋼地梁連接成整體，且相鄰型鋼拱架之間設(shè)置錨筋樁，所述錨筋樁的一端與所述型鋼地梁固定連接，另一端錨固在洞室圍巖內(nèi)。所述施工方法包括鑿除型鋼拱架拱腳部位混凝土后安裝型鋼地梁；在圍巖內(nèi)為錨筋樁的安裝造孔，造孔完成后將多根錨筋與注漿管焊接成一體形成錨筋樁，并在將錨筋樁放入造孔內(nèi)后，注入水泥砂漿將錨筋樁錨固在造孔內(nèi)；將露出在外的錨筋樁與型鋼地梁焊接固定；復(fù)噴混凝土覆蓋錨筋樁及型鋼地梁。本發(fā)明能提高主洞室圍巖穩(wěn)定性，保證地下水封洞庫安全。

技術(shù)研發(fā)人員：童凱,王健野,楊萌,周群林,楊圭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30