地下穹頂開挖施工布置結構及開挖方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地下工程技術領域，具體涉及地下穹頂開挖施工布置結構及開挖方法。
【背景技術】
[0002]目前，隧道的開挖工法較多，包括全斷面法、臺階法、雙側壁導坑法、中隔壁法等，技術比較成熟，能夠滿足不同圍巖條件下不同斷面尺寸的隧道開挖。而對于大型的地下穹頂結構，由于造型特殊，圍巖受力狀態也較為復雜，目前還沒有成熟的開挖方法，需要增加過多的臨時支撐。
【發明內容】
[0003]本發明的實施例提供一種地下穹頂開挖施工布置結構及開挖方法，能夠解決傳統開挖方法難易適應大跨度地下穹頂施工，過多臨時支撐增加開挖成本的問題。
[0004]根據本發明的一個方面提供一種地下穹頂開挖施工布置結構，包括:中心支柱和施工通道；所述施工通道自地下穹頂外延伸至所述中心支柱；所述中心支柱為自下而上遞減的臺階狀柱形結構；所述中心支柱的側面自下而上設置III環形導坑的開挖接露面，I 3環形導坑的開挖接露面，I I環形導坑的開挖接露面、I 2環形導坑的開挖接露面、II環形導坑的開挖接露面；所述中心支柱內設置“十”字形開挖接露面。
[0005]在一些實施例中，優選為，所述I I環形導坑比所述I 2環形導坑超前3-5米，所述I 2環形導坑比所述I 3環形導坑超前3-5米。
[0006]在一些實施例中，優選為，所述所述I I環形導坑、I 2環形導坑、I 3環形導坑、所述II環形導坑、所述III環形導坑的掌子面、所述中心支柱頂部的面從內到外依次噴有混凝土層、鋼纖維混凝土層；所述鋼纖維混凝土層掛鋼筋網，所述混凝土層錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿；所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二銷桿交替布置。
[0007]在一些實施例中，優選為，所述的地下穹頂開挖施工布置結構還包括第一預應力錨索排，所述第一預應力錨索排為環狀結構，由多個均勻相間的第一預應力錨索圍成，每個所述第一預應力錨索的一端錨固于所述I 3環形導坑的掌子面；相鄰兩個第一預應力錨索環向間距為設定值。
[0008]在一些實施例中，優選為，所述的地下穹頂開挖施工布置結構還包括第二預應力錨索排，所述第二預應力錨索排為環狀結構，由多個均勻相間的第二預應力錨索圍成，每個所述第二預應力錨索的一端錨固于所述III環形導坑的掌子面；相鄰兩個第二預應力錨索環向間距為設定值。
[0009]本發明還提供了一種地下穹頂開挖方法，其包括:
[0010]步驟1，預留中心支柱支撐穹頂上環形導坑圍巖；
[0011]步驟2，開挖穹頂環形導坑圍巖，并進行支護加固；所述穹頂環形導坑包括:自下而上的III環形導坑、I 3環形導坑、I I環形導坑、I 2環形導坑、II環形導坑；
[0012]步驟3，開挖所述中心支柱的中心“十”字架中環形導坑核心柱，進行支護加固；
[0013]步驟4，開挖所述中心支柱剩余的環形導坑，進行支護加固。
[0014]在一些實施例中，優選為，所述步驟2包括:
[0015]步驟21，臺階法開挖I I環形導坑、I 2環形導坑、I 3環形導坑，進行支護加固，其中I I環形導坑處于I 2環形導坑和I 3環形導坑之間；
[0016]步驟22，開挖I 2環形導坑上方的II環形導坑，進行支護加固；
[0017]步驟23，開挖I 3環形導坑下方的III環形導坑，進行支護加固。
[0018]在一些實施例中，優選為，所述步驟21包括:
[0019]采用臺階法依次開挖I I環形導坑、I 2環形導坑、I 3環形導坑，所述I I環形導坑比所述I 2環形導坑超前3-5米，所述I 2環形導坑比所述I 3環形導坑超前3-5米；
[0020]初噴鋼纖維混凝土，然后掛鋼筋網；
[0021]再噴混凝土，環形錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿，所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二錨桿交替布置；
[0022]環形錨固多個第一預應力錨索。
[0023]在一些實施例中，優選為，所述步驟3包括:
[0024]在所述中心支柱“十”字形對穿開挖中環形導坑核心柱；
[0025]初噴鋼纖維混凝土，然后掛鋼筋網；
[0026]再噴混凝土，環形錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿，所述第一錨桿的長度大于所述第二錨桿的長度，所述第一錨桿和所述第二錨桿交替布置；
[0027]環形錨固多個第二預應力錨索。
[0028]在一些實施例中，優選為，所述步驟4之后，所述地下穹頂開挖方法還包括:
[0029]拆除臨時支護；
[0030]臺階法依次開挖剩余的巖體，建設隧道底板及鋪面。
[0031]通過本發明的實施例提供的地下穹頂開挖施工布置結構及開挖方法，與現有技術相比，采用預留中心支柱區域，以對穹頂中央預留的核心柱支撐穹頂圍巖，提高圍巖的穩定性；將中性支柱為從下到上依次減少的臺階狀，進行環形導坑開挖，開挖過程中進行支護加固，最后開挖中心支柱，并逐步進行支護加固。這種施工布置及開挖方法能夠減少臨時支撐，節省工程造價，同時提高了穹頂開挖過程中圍巖的穩定性和施工的安全性。
【附圖說明】
[0032]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖進行論述，顯然，在結合附圖進行描述的技術方案僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0033]圖1是本發明一個實施例中地下穹頂開挖施工布置結構剖面示意圖；
[0034]圖2是本發明圖1中地下穹頂開挖施工布置結構平面示意圖；
[0035]圖3是本發明一個實施例中開挖I I環形導坑、I 2環形導坑、I 3環形導坑的開挖結構剖面示意圖；
[0036]圖4是本發明圖3對應的開挖平面圖；
[0037]圖5是本發明一個實施例中開挖II環形導坑的開挖結構剖面示意圖；
[0038]圖6是本發明圖4對應的開挖平面圖；
[0039]圖7是本發明一個實施例中開挖III環形導坑的開挖結構剖面示意圖；
[0040]圖8是本發明圖7對應的開挖平面圖；
[0041]圖9是本發明一個實施例中開挖中心支柱的“十”字形環形導坑的開挖結構剖面示意圖；
[0042]圖10是本發明圖9對應的開挖平面圖；
[0043]圖11是本發明一個實施例中開挖中心支柱剩余的橫截面為扇形的環形導坑的開挖結構剖面示意圖；
[0044]圖12是本發明圖11對應的開挖平面圖。
【具體實施方式】
[0045]以下將結合附圖對本發明各實施例的技術方案進行清楚完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在不需要創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都在本發明所保護的范圍內。
[0046]考慮到目前超大型地下穹頂采用現有穹頂開挖技術時需要使用過多臨時支護，開挖成本增加，且開挖安全難以保證的問題，本實施例提供了一種地下穹頂開挖施工布置結構及開挖方法。
[0047]一種地下穹頂開挖施工布置結構，包括:中心支柱和施工通道；施工通道自地下穹頂外延伸至中心支柱；中心支柱為自下而上遞減的臺階狀柱形結構；中心支柱的側面自下而上設置III環形導坑的開挖接露面，I 3環形導坑的開挖接露面，I I環形導坑的開挖接露面、I 2環形導坑的開挖接露面、II環形導坑的開挖接露面沖心支柱內設置“十”字形開挖接露面。
[0048]一種地下穹頂開挖方法，包括:步驟1，預留中心支柱支撐穹頂上環形導坑圍巖；步驟2，開挖穹頂環形導坑圍巖，并進行支護加固；穹頂環形導坑包括:自下而上的III環形導坑、I 3環形導坑、I I環形導坑、I 2環形導坑、II環形導坑；步驟3，開挖中心支柱的中心“十”字架中環形導坑核心柱，進行支護加固；步驟4，開挖中心支柱剩余的環形導坑，進行支護加固。
[0049]采用預留中心支柱區域，以對穹頂中央預留的核心柱支撐穹頂圍巖，提高圍巖的穩定性；將中性支柱為從下到上依次減少的臺階狀，進行環形導坑開挖，開挖過程中進行支護加固，最后開挖中心支柱，并逐步進行支護加固。這種施工布置及開挖方法能夠減少臨時支撐，節省工程造價，同時提高了穹頂開挖過程中圍巖的穩定性和施工的安全性。
[0050]接下來對各技術方案進行詳細說明:
[0051 ] 本發明為了減少臨時支架的使用，首先預留中心支柱區域，用中心支柱支撐穹頂上環形導坑圍巖，隨后進行穹頂環形導坑的開挖和支護，隨后再開挖中心支柱。基于這種施工核心思想，發明人首先對地下穹頂開挖施工進行結構的布置，如圖1，2所示:
[0052]包括:中心支柱和施工通道I ;中心支柱即為預留，施工通道I為地下穹頂外進入穹頂內進行開挖的主要通道，施工通道I自地下穹頂外延伸至中心支柱。該通道通暢為兩個以上，且以中心支柱為對稱中心相互對稱，自對稱的方向開挖能夠保持整體結構的穩定。中心支柱不同于常規的上下截面直徑基本一致的柱體，該中心支柱為自下而上遞減的臺階狀柱形結構，形成下部大，上部小的結構，能進一步提高中心區域的支撐力。中心支柱的側面自下而上設置III環形導坑的開挖接露面，I 3環形導坑的開挖接露面，I I環形導坑的開挖接露面、I 2環形導坑的開挖接露面、II環形導坑的開挖接露面，中心支柱內設置“十”字形開挖接露面，施工通道I均有小洞(施工支洞)延伸至對應這些開挖接露面。
[0053]基于上述臺階狀結構的中心支柱，I I環形導坑比I 2環形導坑超前3-5米，I 2環形導坑比I 3環形導坑超前3-5米，I I環形導坑處于I 2環形導坑和I 3環形導坑之間，I 3環形導坑和I I環形導坑開挖接露面為同一臺階側面，I 2環形導坑的開挖接露面為I I環形導坑開挖接露面所在臺階上一級臺階。
[0054]在環形導坑開挖后需要及時進行支護加固，因此，I I環形導坑、I 2環形導坑、I 3環形導坑、II環形導坑、III環形導坑的掌子面、中心支柱頂部的面從內到外依次噴有混凝土層、鋼纖維混凝土層；首先噴C30的鋼纖維混凝土層，厚度在5厘米，隨后噴C25混凝土層，厚度在20厘米。其中鋼纖維混凝土層掛Φ6鋼筋網，對鋼纖維混凝土層進行進一步加固。混凝土層錨固第一中空錨桿、第二中空錨桿；第一錨桿2的長度大于第二錨桿3的長度，第一銷桿2和第二銷桿3交替布置。第一