[發明專利]一種地下洞室高強度支護結構

在審

• 申請號: 201810649193.1
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108547647A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 張建海;汪賢良;周鐘;廖成剛;何建華;羅濤;梁軍
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E21D20/00
• 分類號: E21D20/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡

本發明提供了一種地下洞室高強度支護結構，涉及水利水電工程技術領域，其包括與主洞室內被加固面法向垂直的洞內壓板以及一端固定連接于洞內壓板上的錨索，錨索的另一端固定于輔助洞內的施力設備上，施力設備對錨索產生可調節拉力，輔助洞的位置與主洞室內的被加固面的位置對應，錨索垂直于洞內壓板。解決了現有地下洞室施工中由于應力集中導致的拱座變形塌方的問題。

技術領域

本發明涉及水利水電工程技術領域，特別是涉及一種地下洞室高強度支護結構。

背景技術

我國正在開發或待開發的水能資源主要位于青藏高原東緣的西南高山峽谷地區，由于新構造運動的影響，該地區地應力普遍較高。近十余年來修建的大型地下廠房中，最大地應力超過30MPa的先后有二灘、小灣、官地、錦屏一級、猴子巖、白鶴灘等，給施工期安全和廠房的長期穩定帶來了不利的影響。地下洞室開挖后圍巖所受圍壓急劇變化，主應力的方向以及大小會出現劇烈的旋轉和調整，往往在拱座和起拱區出現強烈的應力集中現象。例如錦屏一級地下廠房下游拱座應力達到42MPa，導致該處產生向內彎折鼓出的現象而破壞，而錦屏導流洞則由于拱座破壞而產生嚴重塌方，造成人員和財產的損失，影響了工程工期。

可見對地下洞室拱座應力集中區進行加固，確保拱座圍巖穩定性是保證地下洞室整體穩定的關鍵技術。目前地下洞室多采用掛網、噴混凝土、錨桿等被動支護方式，或者采用預應力錨索的主動支護手段進行支護加固。對于具有高地應力的地下廠房，錨索支護對控制圍巖變形和破壞效果最為顯著，但是由于錨索錨固力一般在1500kN至2000kN，間排距一般在3m至4m左右，布置間距較大，平均支護面力僅0.16MPa至0.22MPa左右，量值相對于地應力很小，常常難以充分控制圍巖的變形，無法保證拱座的整體變形穩定性。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明提供了一種地下洞室高強度支護結構，解決了現有地下洞室施工中由于應力集中導致的拱座變形塌方的問題。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

提供一種地下洞室高強度支護結構，其包括與主洞室內被加固面法向垂直的洞內壓板以及一端固定連接于洞內壓板上的錨索，錨索的另一端固定于輔助洞內的施力設備上，施力設備對錨索產生可調節拉力，輔助洞的位置與主洞室內的被加固面的位置對應，錨索垂直于洞內壓板。

進一步地，施力設備包括與洞內壓板平行的下頂板和上頂板，下頂板固定于輔助洞的內壁上，下頂板和上頂板之間固定連接有千斤頂，錨索穿過下頂板且固定于上頂板上。通過千斤頂頂升上頂板來對錨索施加拉力，從而將洞內壓板牢固壓于主洞室內壁上達到穩固主洞室的目的。

進一步地，下頂板和上頂板之間間隔均勻分布有若干千斤頂，且千斤頂的數量大于15。若干千斤頂組成千斤頂組，通過千斤頂組同時對上頂板施壓，大大增加了錨索的張拉力，從而使洞內壓板施加于主洞室內壁的平均支護力得到量級的提升。

進一步地，千斤頂為液壓千斤頂，若干千斤頂通過液壓系統控制其同步加壓。液壓千斤頂結構簡單、攜帶方便，非常適合野外作業。同步加壓實現施力設備均勻施力的目的，從而避免受力不均導致設備損毀。

進一步地，洞內壓板與主洞室內壁之間以及下頂板與輔助洞內壁之間均設置有混凝土找平層。混凝土找平層為作用于其上的洞內壓板和下頂板提供足夠的平整度，為作用力提供盡可能多的作用點，從而減少單位面積上的受力強度。

進一步地，洞內壓板、下頂板和上頂板均為厚度不低于8厘米的鋼板，以保證足夠的受力強度，避免因受力過度導致整個設備損毀造成安全事故。

進一步地，洞內壓板與上頂板之間連接有若干均勻分布的錨索。錨索的數量越多，所能夠承受的總張拉力越大，同樣的總張拉力分擔到單根錨索上的張拉力就越小，從而能夠提高錨索的使用壽命，防止錨索受力過度損毀。