[发明专利]一种用于地下工程的双曲拱支护结构及施工方法

说明书

本发明公开了一种用于地下工程的双曲拱支护结构及施工方法，涉及地下工程领域，该双曲拱支护结构位于围岩和洞体之间，包括弧形拱和仰拱，弧形拱环向弧度与洞体环向弧度相匹配，弧形拱纵向表面呈波浪形。本发明双曲拱支护结构与现有支护材料相比，两者使用相同质量的材料，加工成长度相同的构件，双曲拱单元的抗弯曲能力可达到平板单元的数十倍，并且该双曲拱结构采用工厂预制化，缩短了施工人员在地下空间支护作业时间，进一步地弧形拱外表面波浪形凹槽作为排水通道，无需施工放水孔，降低了地下空间施工难度，在缩短了施工时间的同时提高了作业人员的安全保障。

技术领域

本发明涉及地下工程领域，具体涉及一种用于隧道等地下工程建设的双曲拱结构及其施作方法。

背景技术

目前地下工程施工主要分为明挖法和暗挖法两种，明挖法施工的地下工程形状以矩形基坑和圆形井筒为主，其中城市轨道交通方面以矩形基坑为主，相对于圆形井筒而言，其受力状态不佳。暗挖法以矿山法、盾构法、TBM法为代表，其中盾构法多应用土质地层，以圆形管片支护方式为主。矿山法和TBM法多采用喷射、模注等方式的复合式衬砌或单层衬砌，结构笨重、刚度大、工序多、消耗大，在特殊地质条件下的支护效果不佳，难以达到设计要求。

我国已进入地下工程建设和使用并重的阶段，既有地下工程灾害呈现频发趋势，尤以结构开裂、渗漏水，甚至掉块、垮落为最。针对地下工程建设和使用过程中暴露出的问题，需要研发轻质、低耗、方便施工、支护效果好、承载能力大、承载能力大、易维修的新型结构以满足地下工程全寿命期的要求。

发明内容

为克服现有技术的中的不足，本发明提出一种高效、安全的地下工程的双曲拱支护结构和施工方法，该结构的具体技术方案如下：

一种地下工程双曲拱支护结构，包括围岩、双曲拱支护结构和洞体，所述双曲拱支护结构位于所述围岩和所述洞体之间，该双曲拱支护结构包括弧形拱和仰拱，所述弧形拱环向弧度与所述洞体环向弧度相匹配，所述弧形拱纵向表面呈波浪形，该弧形拱至少由两个双曲拱单元拼接而成，所述双曲拱单元波浪形边设有拼接孔，相邻的两个所述双曲拱单元在波浪形边上固定连接。

本发明是这样实现的：开挖洞体后，将双曲拱支护结构按照先帮拱后顶拱的顺序在环形方向拼装成拱状结构，之后根据洞体纵向长度自外向内完成拼装，最后浇筑仰拱，完成洞体支护。

为更好的实现本发明，可进一步地，所述双曲拱支护结构作为永久复合式衬砌的初期支护，在所述双曲拱支护结构和所述洞体之间施工二次衬砌。

进一步地，所述双曲拱结构作为复合式衬砌的二次衬砌，在所述双曲拱支护结构和所述围岩之间施工初期支护。

进一步地，所述双曲拱支护结构作为现有地下工程的加强支护时，在所述双曲拱支护结构和所述围岩之间施工有初期支护和二次衬砌，所述初期支护位于所述围岩与所述二次衬砌之间。

进一步地，所述相邻两个双曲拱单元波浪形边采用专用防水连接件或拼接孔相锁定的方式连接，在实际施工中，可根据围岩压力选择最佳的连接方式。

进一步地，所述相邻两个双曲拱单元波浪形边采用螺栓固定的方式连接，所述相邻双曲拱单元弧形边采用搭接但不固定的方式连接。

进一步地，所述双曲拱支护结构在环向上每间隔600mm-1000mm设有预制孔，纵向上每间隔800mm-1200mm设置预制孔。

进一步地，所述预制孔配合锚索或锚杆进行支护，所述锚索锚固长度不低于6m，所述锚杆锚固长度不低于2m，根据围岩类别和洞体使用年限确定支护体系的强度，此支护方式将围岩与支护体系连为一体，形成主动支护，强化了地下空间施工及使用过程中的安全。