[实用新型]一种地下洞室挂顶混凝土结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及水力建筑工程，特别涉及一种地下洞室挂顶混凝土结构。

背景技术

挂顶混凝土（即顶拱混凝土衬砌）适用于以下开挖情况的地下洞室：1.地下洞室结构高度大，衬砌混凝土如果采取先挖后衬的方案，需要在开挖完成后搭建很高的满堂承重排架进行，不仅施工难度大，施工期存在安全隐患，工期也相对较长。为降低后期混凝土衬砌施工难度，在地下洞室第一层开挖后即进行挂顶混凝土的衬砌施工；2.地下洞室围岩条件差，在地下洞室第一层开挖后即施工挂顶混凝土的衬砌，以保证后期开挖施工时的围岩稳定和施工安全。

以往挂顶混凝土的技术方案（见附图1），需要在挂顶混凝土2的两拱肩预留拱座4，拱座4类似一个卡舌，将挂顶混凝土2的应力传递至洞室围岩。这种方案设计存在以下问题：

1）预留的拱座开挖成形困难，即使精心施工也难免出现大范围超挖甚至拱座悬空的情况，此时反而削减了挂顶混凝土的承载能力，恶化了结构安全；

2）两拱肩预留拱座的挂顶混凝土，在完成地下洞室全断面衬砌后，由于预留拱座回填的混凝土结构尺寸大、刚度大，易在该部位产生较大的应力集中，改变了地下洞室混凝土衬砌结构承载的完整性；

但是，在洞室衬砌混凝土尺寸较大，挂顶混凝土的自重大时，如果不设计拱座结构进行稳固的话，混凝土维持其自身稳定非常困难，容易引发事故；因此，上述带有较大缺陷的拱座设计仍然得到了广泛使用，水利行业技术人员出于技术成熟性的考虑，一般都不会采用其他“不可靠”的方案，行业内存在一定的思维惯性和技术偏见。

实用新型内容

基于现有技术的不足，本实用新型要解决的问题是提供一种无拱座、采用预应力锚杆加固两侧拱肩的挂顶混凝土技术方案，保证无拱座的情况下挂顶混凝土在围岩压力和自重应力下的安全。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种地下洞室挂顶混凝土结构，包括挂顶混凝土；所述挂顶混凝土的两拱肩部位未设置拱座，而是安装有拱肩预应力锚杆；所述拱肩预应力锚杆插入洞室的围岩形成稳固结构。

预应力锚杆参数按照下述方法确定：按照隧洞设定的分层开挖情况，采用通用有限元计算程序（ANSYS、ABAQUS等），计算在山岩压力、爆破震动情况下挂顶混凝土在施工过程和洞室开挖过程期间的稳定应力状况，根据计算的拱肩部位的拉应力和剪应力的大小，确定每米挂顶混凝土结构在拱肩所需要的加固预应力，从而确定选用的预应力锚杆的根数、排距和每根锚杆的预应力值。根据隧洞围岩的地质情况确定锚杆的锚固端位置，从而确定预应力锚杆的长度。结合上述确定的预应力锚杆的预应力值和长度，确定所选预应力锚杆的直径大小。

上述拱肩预应力锚杆为多排，排距为1~2m。

上述拱肩预应力锚杆的长度为4.5~9m。

上述拱肩预应力锚杆的直径为18~40mm。

上述拱肩预应力锚杆每根后期预应力为40~150KN。

上述拱肩预应力锚杆为HRB335级或HRB400级螺纹钢筋制作。

本实用新型通过预应力方式使得衬砌拱肩与围岩紧密结合，将挂顶混凝土的应力传递至洞室围岩。随着洞室的开挖下卧，围岩边墙水平向变形增加，使得挂顶混凝土两侧拱脚混凝土与边墙围岩进一步结合紧密，两者之间的摩擦力进一步增加，挂顶混凝土的施工效果得到可靠保证。

本实用新型能够有效保证挂顶混凝土的施工效果、简化施工，大大提高了施工效率。而且从本实用新型的检测数据可知（详见下面的实施例和附图），本实用新型的结构稳固性是十分可靠的，打破了以往行业内认为挂顶混凝土结构只能用拱座支撑才可靠的技术偏见。

下面结合附图详细说明本实用新型,其作为本说明书的一部分,通过实施例来说明本实用新型的原理，本实用新型的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是现有技术带拱座的挂顶混凝土结构剖面图；

图2是本实用新型不带拱座的挂顶混凝土结构剖面图；

图3是本实用新型挂顶混凝土结构典型监测断面图；

图4为本实用新型实施例中多点位移计M4a7-2的位移-时间曲线图；

图5为本实用新型实施例中多点位移计M4b7-2的位移-时间曲线图；

图6为本实用新型实施例中多点位移计M4a7-3的位移-时间曲线图；

图7为本实用新型实施例中多点位移计M4b7-3的位移-时间曲线图；