[发明专利]用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统及其方法

说明书

本发明公开了一种用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统及其方法，本用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统包括主拱架、副拱架、混凝土壳体结构层、初喷混凝土层和混凝土填充层，副拱架的顶端紧靠塌腔岩面，主拱架设置于塌腔区域的正下方且与副拱架连接以对其支撑，塌腔区域的岩面上喷射混凝土形成初喷混凝土层，初喷混凝土层位于塌腔表面，主拱架上成型有混凝土壳体结构层，混凝土壳体结构层和初喷混凝土层之间为混凝土填充层。本用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统，可有效地缩短施工工期，从而保证了作业人员的安全。

技术领域

本发明涉及塌方施工技术领域，尤其涉及一种用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统及方法。

背景技术

在引水隧洞掌子面掘进过程中，通过围岩状态较差洞段时，会遇到大小不同的断层破碎带及蚀变岩层，其岩层稳定性差，在施工过程中控制不当极易发生洞室变形、塌方等问题。塌方后会在钢拱架与岩壁间形成较大空腔。

现有技术在处理塌方空腔时，会设置主拱和副拱，但是，主拱和副拱之间空隙会采取分层喷射混凝土进行回填。此方法存在以下问题：

1、分层喷射喷射混凝土时，每喷一层只能喷射5到10厘米，一般空腔部位通常为1米到3米，甚至更大，因此，要喷射多层才能将空腔填满，另外，每喷一层混凝土要等当层混凝土达到一定强度后，才能进行下一层混凝土的喷设，因此，分层混凝土时喷设混凝土耗时长，一方面严重影响后面的施工，另一方面施工时间长增加施工人员的作业风险；

2、当喷射混凝土达到一定厚度时，随着喷射的混凝土厚度增加，导致总喷射层的自重增加，混凝土极容易掉落，喷射效率不高；

3、因喷射的混凝土受力状态为纯抗拉受力，混凝土抗拉强度一般只有抗压强度的1/10～1/20，层间容易形成层间环向裂缝，可能产生二次掉块、塌方、钢拱架变形等问题，给施工带来很大困难和经济损失。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统及方法，旨在有效地缩短施工工期。

为实现上述目的，本发明提供一种用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统，包括主拱架、副拱架、混凝土壳体结构层、初喷混凝土层以及混凝土填充层，其中，

所述副拱架的顶端紧靠塌腔岩面，主拱架设置于塌腔区域的正下方且与副拱架连接以对其支撑，塌腔区域的岩面上喷射混凝土形成初喷混凝土层，初喷混凝土层位于塌腔表面，主拱架上成型有混凝土壳体结构层，混凝土壳体结构层和初喷混凝土层之间为混凝土填充层，混凝土填充层在初喷混凝土层和混凝土壳体结构层成型后、通过向初喷混凝土层和混凝土壳体结构层之间灌注自密实混凝土形成。

优选地，所述用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统还包括设于塌腔区域岩面上的随机锚杆，主拱架上设有钢筋网片以成型混凝土壳体结构层。

优选地，所述主拱架包括多个弧形的主支撑结构、以及沿隧道轴向设置以连接相邻两主支撑结构之间的主连接杆，所述副拱架包括多个弧形的副支撑结构、沿隧道轴向设置以连接相邻两副支撑结构的副连接杆、以及连接于主支撑结构和副支撑结构之间的斜撑。

优选地，所述初喷混凝土层为钢纤维混凝土层。

优选地，所述钢筋网片为加密钢筋网片，网孔直径小于或等于6mm。

本发明进一步提出一种基于上述用于断层破碎带引水隧洞边顶拱塌腔支护系统的支护方法，包括以下步骤：

在塌腔的岩面上初喷钢纤维混凝土，形成初喷混凝土层以进行岩面封闭；

在塌腔范围内沿引水隧洞轴线方向安装主拱架后，在主拱架上方安装副拱架，副拱架的顶端紧靠塌腔岩面；

在主拱架上安装钢筋网片，向钢筋网片上复喷混凝土进行封闭以形成混凝土壳体结构层；

在初喷混凝土层与混凝土壳体结构层之间填充自密实混凝土以形成混凝土填充层。