巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系及其施工方法技術

本發明專利技術涉及一種巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系及其施工方法。斷面較大的豎井如僅采用鋼架錨噴支護，對豎井側壁的穩定性及變形的有效控制都較為困難。本發明專利技術包含有豎井四壁的初支噴射混凝土，其內預設有初支格柵鋼架；初支噴射混凝土內的豎井空間內自上而下設置有多層橫向水平的鋼支撐，鋼支撐包括位于四角的斜鋼支撐和中部的直鋼支撐，端部均固定在環周設置于初支噴射混凝土內壁的鋼圍檁上，鋼圍檁外圍固定在預埋于初支噴射混凝土內的初支型鋼鋼架上；初支格柵鋼架和初支型鋼鋼架均焊接有初支錨桿，另一端打入圍巖。本發明專利技術將柔性支護與剛性支撐合理的結合在一起，不改變常規支護方式，施工方便，節省投資，增強了豎井基坑的整體穩定性。

【技術實現步驟摘要】
巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系及其施工方法
本專利技術屬于隧道建設
，具體涉及一種巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系及其施工方法。
技術介紹
21世紀是地下工程迅速發展的時期，尤其是近幾年我國地鐵工程的建設更是如火如荼。巖石隧道掘進機在地鐵工程中的廣泛應用給其工作豎井尺寸及深度提出了更高的要求；此外，在其它領域的地下工程建設中大斷面深豎井也被廣泛應用。如此大的開挖斷面及開挖深度，是按一般性豎井來考慮支護型式還是按深基坑來施做圍護結構，是擺在設計面前的難題；對于一般性豎井在巖質地層最常用的支護方式就是鋼架錨噴支護，但對于斷面較大的豎井，如僅采用鋼架錨噴支護，其對豎井側壁的穩定性及變形的有效控制都較為困難，安全風險較大；如按深基坑考慮，采用常用的“灌注樁+內支撐”支護型式，則對工程投資及施工進度均有較大影響，造成很大的工程浪費。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系及其施工方法，改變常規支護方式，更適合于較大開挖斷面及開挖深度的工況。本專利技術所采用的技術方案是：巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系，其特征在于：包含有豎井四壁的初支噴射混凝土，初支噴射混凝土內預設有初支格柵鋼架；初支噴射混凝土內的豎井空間內自上而下設置有多層橫向水平的鋼支撐，鋼支撐包括位于四角的斜鋼支撐和中部的直鋼支撐，斜鋼支撐和直鋼支撐的端部均固定在環周設置于初支噴射混凝土內壁的鋼圍檁上，鋼圍檁外圍固定在預埋于初支噴射混凝土內的初支型鋼鋼架上；初支格柵鋼架和初支型鋼鋼架均焊接有初支錨桿，初支錨桿另一端打入圍巖。所述初支格柵鋼架之間通過連接鋼筋焊接相連，豎向間距為0.5-1m；所述初支型鋼鋼架為3榀聯立工字鋼，與上下臨近的初支格柵鋼架之間通過連接鋼筋焊接相連。所述鋼支撐的豎向間距為3-6m，斜鋼支撐和直鋼支撐與鋼圍檁的連接一端為固定連接、另一端為活動連接。所述鋼圍檁為2榀聯立工字鋼，上端內緣通過斜鋼拉桿固定于初支噴射混凝土，下端固定有角鋼三角支架，外圈固定有打入初支噴射混凝土的短錨桿。巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系的施工方法，其特征在于：由以下步驟實現：步驟一：豎井井口設置有常規模筑鋼筋混凝土鎖口圈，澆筑完成達到設計強度70%后，架設第一層橫向水平的鋼支撐，包含四根角部的斜鋼支撐及一根中部的直鋼支撐，斜鋼支撐和直鋼支撐的端部均連接于鋼筋混凝土鎖口圈內側；步驟二：豎井向下開挖，在豎井四壁初噴混凝土并鋪設鋼筋網；架立初支格柵鋼架，之間通過連接鋼筋焊接相連，豎向間距為0.5-1m；在初支格柵鋼架之間架立初支型鋼鋼架，初支型鋼鋼架為3榀聯立工字鋼，與上下臨近的初支格柵鋼架之間通過連接鋼筋焊接相連，豎向間距為3-6m；在初支格柵鋼架和初支型鋼鋼架上焊接初支錨桿，初支錨桿另一端打入圍巖；復噴混凝土至初期支護為350mm；開挖及支護循環進尺為1m。本專利技術具有以下優點：本專利技術在豎井鋼架錨噴支護的基礎上，設置可施加預應力的鋼支撐體系，根據豎井斷面的大小及地層壓力的強弱可對鋼支撐的平面布設及豎向間距做出調整；同時根據支護型式的特點，對圍檁與初支之間的連接節點進行優化，以便實現剛性支撐與柔性支護的良好結合，不改變常規支護方式，不僅方便施工操作，還節省工程投資；設置了可施加預應力的鋼支撐體系，不僅可以有效控制豎井側壁變形及地表沉降，還增強了豎井基坑的整體穩定性，從而降低工程風險。本專利技術產品成型后，就形成了豎井臨時支護結構，可滿足施工期間出渣進料等相關功能的要求，如需施做豎井永久結構，可由下向上逐段拆撐、模筑混凝土二襯，滿足其正常使用要求。如此便解決了鋼架錨噴支護型式風險大、灌注樁+內支撐支護型式工期長造價高的支護結構型式選型的矛盾，其在鐵路、公路、水工隧道、城市地鐵隧道、等建設領域均有廣泛的應用價值。附圖說明圖1為豎井支護結構橫斷面（平面）示意圖。圖2為豎井支護結構剖面（立面）示意圖。圖3為鋼圍檁與豎井初支連接大樣圖。圖中，1-初支錨桿，2-初支噴射混凝土，3-初支格柵鋼架，4-初支型鋼鋼架，5-直鋼支撐，6-斜鋼支撐，7-鋼圍檁，8-斜鋼拉桿，9-角鋼三角支架，10-短錨桿。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術進行詳細的說明。本專利技術所涉及的本專利技術所涉及的巖質地層大斷面深豎井，斷面開挖尺寸（17.3x11.3）m，開挖面積達195.5m2，開挖深度達39.6m；如此大的開挖斷面及開挖深度，是按一般性豎井來考慮支護型式還是按深基坑來施做圍護結構，是擺在設計面前的難題；對于一般性豎井在巖質地層最常用的支護方式就是鋼架錨噴支護，但對于斷面較大的豎井，如僅采用鋼架錨噴支護，其對豎井側壁的穩定性及變形的有效控制都較為困難，安全風險較大；如按深基坑考慮，采用常用的灌注樁+內支撐支護型式，則對工程投資及施工進度均有較大影響，會造成很大的工程浪費。基于以上情況，在一般豎井鋼架錨噴支護的基礎上，設置可施加預應力的鋼支撐體系，根據豎井斷面的大小及地層壓力的強弱可對鋼支撐的平面布設及豎向間距做出調整；同時根據支護型式的特點，對圍檁與初支之間的連接節點進行優化，以便實現剛性支撐與柔性支護的良好結合，同時保證整個支護結構體系的整體性及有效性。本專利技術所涉及的巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系，包含有初期支護體系和鋼支撐體系。初期支護體系包含有初支噴射混凝土2、初支格柵鋼架3、初支型鋼鋼架4和初支錨桿1。鋼支撐體系為橫向水平的鋼支撐，包括斜鋼支撐6、直鋼支撐5和鋼圍檁7。具體結構為：包含有豎井四壁的初支噴射混凝土2，初支噴射混凝土2內預設有初支格柵鋼架3。初支噴射混凝土2內的豎井空間內自上而下設置有多層橫向水平的鋼支撐，鋼支撐包括位于四角的斜鋼支撐6和中部的直鋼支撐5，斜鋼支撐6和直鋼支撐5的端部均固定在環周設置于初支噴射混凝土2內壁的鋼圍檁7上，鋼圍檁5與初期支護內輪廓貼合，并閉合成環，鋼圍檁7外圍固定在預埋于初支噴射混凝土2內的初支型鋼鋼架4上，將一定的預加應力做用于初期支護，來保證大斷面豎井基坑施工階段的整體穩定。初支格柵鋼架3和初支型鋼鋼架4均焊接有初支錨桿1，初支錨桿1另一端打入圍巖。初支格柵鋼架3、初支型鋼鋼架4和初支錨桿1被初支噴射混凝土2包裹后形成一定厚度的柔性初期支護結構，保持圍巖的固有強度及自承能力，共同抵抗圍巖的變形。其中，初支格柵鋼架3之間通過連接鋼筋焊接相連，豎向間距為0.5-1m；初支型鋼鋼架4為3榀聯立工字鋼，與上下臨近的初支格柵鋼架3之間通過連接鋼筋焊接相連；鋼支撐的豎向間距為3-6m，斜鋼支撐6和直鋼支撐5與鋼圍檁7的連接一端為固定連接、另一端為活動連接。鋼支撐應結合豎井斷面尺寸及地層壓力確定豎向間距；盾構井開挖斷面一般都在100m2以上，需考慮在豎井的四角設置斜鋼支撐6，斜鋼支撐6與豎井相鄰兩邊形成夾角45°的等腰三角形，有效降低豎井初期支護的跨度，改善其受力條件；如長邊較長，可根據情況在長邊增加直鋼支撐5，兩端支撐于豎井長邊；如豎井斷面較大，長短邊均需增設直鋼支撐5，可通過豎向間隔布設即1、3、5、…道支撐僅設置四角斜鋼支撐6及長邊直鋼支撐5，2、4、6、…道支撐僅設置四角斜鋼支撐6及短邊直鋼支撐5避免交叉干擾，并適當減小支撐豎向間距。鋼圍檁7為2榀聯立工字鋼，上端內緣通過斜鋼拉桿8固定于初支噴射混凝土本文檔來自技高網...

【技術保護點】
巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系，其特征在于：包含有豎井四壁的初支噴射混凝土（2），初支噴射混凝土（2）內預設有初支格柵鋼架（3）；初支噴射混凝土（2）內的豎井空間內自上而下設置有多層橫向水平的鋼支撐，鋼支撐包括位于四角的斜鋼支撐（6）和中部的直鋼支撐（5），斜鋼支撐（6）和直鋼支撐（5）的端部均固定在環周設置于初支噴射混凝土（2）內壁的鋼圍檁（7）上，鋼圍檁（7）外圍固定在預埋于初支噴射混凝土（2）內的初支型鋼鋼架（4）上；初支格柵鋼架（3）和初支型鋼鋼架（4）均焊接有初支錨桿（1），初支錨桿（1）另一端打入圍巖。

【技術特征摘要】
1.巖質地層大斷面深豎井的支護結構體系，其特征在于：包含有豎井四壁的初支噴射混凝土（2），初支噴射混凝土（2）內預設有初支格柵鋼架（3）；初支噴射混凝土（2）內的豎井空間內自上而下設置有多層橫向水平的鋼支撐，鋼支撐包括位于四角的斜鋼支撐（6）和中部的直鋼支撐（5），斜鋼支撐（6）和直鋼支撐（5）的端部均固定在環周設置于初支噴射混凝土（2）內壁的鋼圍檁（7）上，鋼圍檁（7）外圍固定在預埋于初支噴射混凝土（2）內的初支型鋼鋼架（4）上；初支格柵鋼架（3）和初支型鋼鋼架（4）均焊接有初支錨桿...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李儲軍，王俊，王立新，王天明，張利斌，曹偉，王鵬，張毓斌，翁木生，戴志仁，張海，
申請(專利權)人：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61