[发明专利]一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构及其计算方法

说明书

本发明是提供一种结构稳定的适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构，以及一种基于上述一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构的计算方法，以解决材料浪费或者封堵结构的抗冲击极限承载力不能满足要求的问题，涉及隧道工程结构设计领域。一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构，包括设置在辅助坑道内的混凝土封堵体，所述封堵体为锥台形，包括中心的柱状部和设置在柱状部外围的扩展部；所述封堵体的小端设置在靠近正洞的一侧，且所述封堵体的小端与正洞之间设有间距，所述扩展部楔入辅助坑道的围岩内。本发明可在满足结构安全要求的同时减少封堵结构的混凝土、钢筋、锚杆等材料用量，降低工程造价，实现工程经济性。

技术领域

本发明涉及隧道工程结构设计领域，具体为一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构及其计算方法。

背景技术

隧道辅助坑道可以根据运营期间使用情况分为兼做运营服务使用的永久型辅助坑道和仅作为施工使用的临时使用辅助坑道。为了避免临时使用辅助坑道在运营期间对正洞产生安全隐患，一般在辅助坑道井口及正洞与辅助坑道连接部位采用片石混凝土或混凝土进行封堵。

目前的应对技术中，一般在井底与正洞交叉口附近左右采用3～5m厚混凝土封堵体进行封堵，封堵体为与辅助坑道内径适配的柱状结构。此类封堵方法结构形式简单，但该结构存在不足：由于这种封堵结构仅通过封堵体与洞周之间的摩擦力作为抗滑阻力，缺乏与围岩之间的有效联结，在长期使用过程中，随着渗水侵蚀等劣化作用，结构与围岩的联结逐渐失效。作为临时使用仅采用临时支护的辅助坑道，长期存在坍方和涌水突泥，尤其是长大斜井中，坍方或涌水突泥从高处冲击封堵体，其封堵体结构稳定性难以保证。

同时，在硬质围岩条件下，既有的封堵结构一般基于经验类比进行设计，未能结合硬质抗压强度高的特点、充分发挥围岩自身承载能力，故结构形式未能与硬质岩特性合理匹配，存在材料浪费或者封堵结构的抗冲击承载力不能满足要求的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种结构稳定，抗冲击承载力强，可有效避免封堵墙体被冲击破坏的适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种基于上述一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构的计算方法，以解决材料浪费或者封堵结构抗冲击承载力不能满足要求的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构，包括设置在辅助坑道内的混凝土封堵体，所述封堵体为锥台形，包括中心的柱状部和设置在柱状部外围的扩展部；

所述封堵体的小端设置在靠近正洞的一侧，且所述封堵体的小端与正洞之间设有间距，所述扩展部楔入辅助坑道的围岩内。

进一步地，所述封堵体的大端倒棱设置。

进一步地，所述封堵体的小端与正洞之间的间距为5～15m。

进一步地，所述封堵体内设有排水孔。

进一步地，所述封堵体的外扩角α，α为10～20°。

上述的一种适用于硬质围岩的辅助坑道封堵结构的计算方法，所述计算方法的计算模型为：

其中，p₀为封堵体的抗冲击极限承载力(kN)；

S_内为封堵体的柱状部破裂面总面积(m²)；

S_外为封堵体的扩展部有效受压总面积(m²)；

C为封堵体的混凝土结构等效粘聚力；

为封堵体的混凝土结构等效计算摩擦角；

α为封堵体外扩角(°)，外扩角为扩展部的表面投影线相对封堵体的轴线的倾斜度；