[发明专利]一种地下空间构建方法

说明书

本发明公开了一种地下空间构建方法，包括地下空间构建准备、地下空洞内腔扫描、地下空间三维建模、去除多余的地下空洞原始内表面、3D打印地下空间三维实体等步骤。在地形探测及处理机器人单元完成对地下空洞的扫描后构建地下空洞三维空间模型，中央控制计算机根据应力计算分析结果和输入的安全系数依次拟合构建表面支护层模型、柱形支护模型、墙板模型和楼板模型并生成打印路径和打印基准坐标，地形探测及处理机器人单元去除部分采空区的内表面后，3D打印机器人单元依照打印路径在地下空洞内部直接3D打印地下空间三维模型的实体，特别适用于基于地下空洞的深层地下空间构建作业。

技术领域

本发明涉及一种地下空间构建方法，具体是一种基于如煤矿井下煤炭采空区、煤炭地下气化过程中形成的大面积煤层燃空区等人为岩土活动产生的地下空洞或者天然地质运动在地表下产生的一系列空洞等自然地下空洞的地下空间构建方法，属于地下工程技术领域。

背景技术

地下空间是指属于地表以下，主要针对建筑方面来说的一个名词，它的范围很广，比如地下商城、地下停车场、地铁、穿海隧道等建筑空间。地下空间的开发利用是城市发展到一定阶段的产物，城市化加速发展使得城市地下空间开发利用同步加快发展成为必然。

我国现有的地下空间开发利用多是针对地下浅层部分进行的开发利用，而随着我国一线城市地下空间的开发利用，地下浅层部分将会利用完毕，为了综合利用地下空间资源，地下空间开发将逐步向深层发展，深层地下空间资源的开发利用已成为未来城市现代化建设的主要课题。

地下空洞是指地表以下被岩层覆盖的空间，一般是指空间较大的、位于地表以下深层的地下空腔。人为岩土活动如在煤矿开采中地下开采占世界煤矿生产的60％，而地下开采过程中将地下煤炭或煤矸石等开采完成后往往留下大面积的煤炭采空区形成地下空洞；另外，煤炭地下气化技术不仅可以回收矿井遗弃的煤炭资源，而且还可以用于开采井工难以开采或开采经济性、安全性较差的薄煤层、深部煤层、“三下”压煤和高硫、高灰、高瓦斯煤层，虽然煤炭地下气化燃烧后的灰渣留在地下，但煤炭地下气化过程中也会形成的大面积煤层燃空区地下空洞；另外，天然地质运动在地表下也会产生一系列地下空洞。

虽然地下空洞可以作为深层地下空间的开发基础，但传统的深层地下空间的开发与浅层地下空间的开发不同，深层地下空间开发无法像浅层地下空间开发一样先在地表开挖基坑、再在基坑内进行施工，传统的深层地下空间开发通常是基于BIM技术和深层开挖装备及技术的基础上，通常是先进行开挖并支护后采用如预制钢筋混凝土柱地基基础、预制外墙、预制楼板等PC构件进行吊装拼接施工工序，再进行压力灌浆与现浇节点处理等后续施工工序。传统的深层地下空间开发施工过程中通常需要空间占用较大的输送设备、支护设备和起重设备，通常需要耗费大量人力物力，深层地下空间开发成本较大；另外，深层地下空间在开挖后深层地下空间的原始应力状态通常被破坏，从而致使应力重新分布，深层地下空间施工过程中在上覆压力和地下水等因素的作用下，深层地下空间极易发生如片帮、冒顶、突水、岩爆、冲击地压等多种形式的地质灾害，施工环境恶劣、且施工作业安全性较差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种地下空间构建方法，自动化程度高，可以在实现对地下空洞内部进行有效支护的前提下实现基于地下空洞的深层地下空间的构建，同时实现降低开发成本、降低施工安全隐患，特别适用于基于地下空洞的深层地下空间构建作业。

为实现上述目的，地下空间构建系统包括地形探测及处理机器人单元、3D打印机器人单元和集中电控单元；