大断面土质明竖井的支护结构的制作方法

1.本实用新型涉及水利水电工程技术领域，具体是指大断面土质明竖井的支护结构。


背景技术：

2.竖井型式的建筑物在水利水电工程中广泛存在。受限于竖井布置要求，许多竖井需穿越地表。由于穿越地表的土质明竖井施工中通常存在较为突出的围岩失稳风险，故大断面土质明竖井通常采用自上而下薄层开挖、随层支护的施工方案。现有技术中，大断面土质明竖井的初期支护广泛采用包括超前锚杆、初喷混凝土层、钢筋网、系统锚杆、钢拱架、复喷混凝土层等多种柔性支护与刚性支护相结合的复杂支护结构体系，工序多且相互交叉，施工组织困难，进度缓慢。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种大断面土质明竖井的支护结构，避免了传统大断面土质明竖井初期支护结构体系复杂的不足，并且有效加快了施工进度。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种大断面土质明竖井的支护结构，包括混凝土锁口圈梁、超前管棚、注浆加固体、混凝土喷层和系统土钉；
5.所述混凝土锁口圈梁为从外圈至内圈沿径向高度依次降低的阶梯状的混凝土锁口圈梁；所述超前管棚具体为钢管且设置有多组，每组所述的钢管沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置，且每组所述的钢管之间沿所述混凝土锁口圈梁的径向分布；所述钢管沿竖井开挖轮廓竖向设置于所述锁口圈梁及其下方土质围岩中；所述钢管的侧壁设置有多个注浆孔，对所述钢管进行注入浆液，所述浆液由所述注浆孔流入所述土质围岩中与所述土质围岩结合形成所述注浆加固体注；所述混凝土喷层与土质围岩的外部紧密贴合，所述系统土钉具体沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置并沿径向贯穿混凝土喷层与注浆加固体。
6.在一较佳的实施例中，所述钢管上从上至下设置有多组注浆孔，每组所述的注浆孔以所述钢管为中心旋转对称设置。
7.在一较佳的实施例中，所述注浆孔的组与组之间上下相互交错设置。
8.在一较佳的实施例中，所述钢管具体为厚壁且无缝的钢管。
9.在一较佳的实施例中，所述混凝土锁口圈梁由多个高度依次递减的圆环组成；每组所述的钢管分别设置于每个所述的圆环上。
10.在一较佳的实施例中，所述系统土钉设置有多组，每组所述的系统土钉沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置；所述系统土钉的组与组之间沿沿竖井开挖轮廓竖向的方向等间距设置。
11.在一较佳的实施例中，所述混凝土喷层的厚度范围为100至200mm。
12.相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：
13.(1)本实用新型利用多道由超前管棚及其注浆加固体构成的竖向刚性连续围护体将井周土质围岩改造成为复合材料层合结构，提高了井周围岩的刚度、承载性能及自稳能力，减小了竖井开挖过程中围岩变形及失稳风险。
14.(2)本实用新型的水平沿径向贯穿井壁混凝土喷层与超前管棚注浆加固体的系统土钉与竖向刚性连续围护体形成了空间交叉一体化联合承载初期支护结构，能在施工过程中未竖井井壁提供足够的初期支护抗力。
15.(3)同时，由于竖井开挖后仅需进行喷射混凝土施工与系统土钉施工，工序简单，施工方便，能加快施工进度。
附图说明
16.图1为本实用新型优选实施例中大断面土质明竖井的支护结构的竖向剖面示意图；
17.图2为本实用新型优选实施例中大断面土质明竖井的支护结构的横向剖面示意图。
具体实施方式
18.下文结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
19.一种大断面土质明竖井的支护结构，参考图1至2，包括混凝土锁口圈梁 1、超前管棚2、注浆加固体3、混凝土喷层4和系统土钉5；所述混凝土锁口圈梁1为从外圈至内圈沿径向高度依次降低的阶梯状的混凝土锁口圈梁1；所述超前管棚2具体为钢管且设置有多组，每组所述的钢管沿所述混凝土锁口圈梁1的中心旋转对称设置，且每组所述的钢管之间沿所述混凝土锁口圈梁1的径向分布；所述钢管沿竖井开挖轮廓竖向设置于所述锁口圈梁及其下方土质围岩6中。在本实施例中，所述钢管具体为厚壁且无缝的钢管，钢管直径不小于 100mm，同排钢管的间距小于通过其灌浆加固的有效直径，且钢管竖直贯穿锁口圈梁并深入围岩至竖井最深处。具体来说，所述钢管的侧壁设置有多个注浆孔，对所述钢管进行注入浆液，所述浆液由所述注浆孔流入所述土质围岩6中与所述土质围岩6结合形成所述注浆加固体3。具体来说，所述钢管上从上至下设置有多组注浆孔，每组所述的注浆孔以所述钢管为中心旋转对称设置，且所述注浆孔的组与组之间上下相互交错设置从而在钢管的侧壁形成梅花形布置的注浆孔。所述注浆加固体3注浆于所述钢管中形成的多排间隔布置的连续围护体。所述混凝土喷层4与土质围岩6的外部紧密贴合，所述系统土钉5具体沿所述混凝土锁口圈梁1的中心旋转对称设置并沿径向贯穿混凝土喷层4与注浆加固体3。
20.具体来说，所述混凝土锁口圈梁1由多个高度依次递减的圆环组成；每组所述的钢管分别设置于每个所述的圆环上。阶梯状的混凝土锁口圈梁1由设计强度等级不低于c20的混凝土浇筑而成，顶面高程与井口高程相同，其阶梯数与超前管棚2排数相同，且自竖井开挖边界面至围岩深部其厚度逐级减小。
21.具体来说，所述系统土钉5设置有多组，每组所述的系统土钉5沿所述混凝土锁口圈梁1的中心旋转对称设置；所述系统土钉5的组与组之间沿沿竖井开挖轮廓竖向的方向等间距设置。
22.在本实施例中，所述混凝土喷层4的厚度范围为100至200mm。
23.本实用新型的具体实施步骤如下：
24.(1)开挖锁口层，然后浇筑混凝土形成混凝土锁口圈梁1；
25.(2)钻孔并下设有梅花形的注浆孔的厚壁无缝钢管，完成超前管棚2施工；
26.(3)进行超前管棚2注浆，在土质围岩6中形成的多排间隔布置的连续围护体即注浆加固体3；
27.(4)自下而上逐层开挖，每层开挖完成后即喷射混凝土形成井壁混凝土喷层4，然后施作该层范围内的系统土钉5，直至完成土质明竖井的开挖及初期支护施工。
28.本实用新型利用多道由超前管棚2及其注浆加固体3构成的竖向刚性连续围护体将井周土质围岩6改造成为复合材料层合结构，提高了井周围岩的刚度、承载性能及自稳能力，减小了竖井开挖过程中围岩变形及失稳风险。水平沿径向贯穿井壁混凝土喷层4与超前管棚2注浆加固体3的系统土钉5与竖向刚性连续围护体形成了空间交叉一体化联合承载初期支护结构，能在施工过程中为竖井井壁提供足够的初期支护抗力。同时，由于竖井开挖后仅需进行喷射混凝土施工与系统土钉5施工，工序简单，施工方便，能加快施工进度。
29.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均属于侵犯本实用新型保护范围的行为。


技术特征：
1.大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于包括混凝土锁口圈梁、超前管棚、注浆加固体、混凝土喷层和系统土钉；所述混凝土锁口圈梁为从外圈至内圈沿径向高度依次降低的阶梯状的混凝土锁口圈梁；所述超前管棚具体为钢管且设置有多组，每组所述的钢管沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置，且每组所述的钢管之间沿所述混凝土锁口圈梁的径向分布；所述钢管沿竖井开挖轮廓竖向设置于所述锁口圈梁及其下方土质围岩中；所述钢管的侧壁设置有多个注浆孔，对所述钢管进行注入浆液，所述浆液由所述注浆孔流入所述土质围岩中与所述土质围岩结合形成所述注浆加固体；所述混凝土喷层与土质围岩的外部紧密贴合，所述系统土钉具体沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置并沿径向贯穿混凝土喷层与注浆加固体。2.根据权利要求1所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述钢管上从上至下设置有多组注浆孔，每组所述的注浆孔以所述钢管为中心旋转对称设置。3.根据权利要求2所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述注浆孔的组与组之间上下相互交错设置。4.根据权利要求3所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述钢管具体为厚壁且无缝的钢管。5.根据权利要求4所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述混凝土锁口圈梁由多个高度依次递减的圆环组成；每组所述的钢管分别设置于每个所述的圆环上。6.根据权利要求1至5中任意一项所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述系统土钉设置有多组，每组所述的系统土钉沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置；所述系统土钉的组与组之间沿沿竖井开挖轮廓竖向的方向等间距设置。7.根据权利要求5所述的大断面土质明竖井的支护结构，其特征在于，所述混凝土喷层的厚度范围为100至200mm。

技术总结
本实用新型提供了大断面土质明竖井的支护结构，包括混凝土锁口圈梁、超前管棚、注浆加固体、混凝土喷层和系统土钉；所述混凝土锁口圈梁为从外圈至内圈沿径向高度依次降低的阶梯状的混凝土锁口圈梁；所述超前管棚具体为钢管且设置有多组，每组所述的钢管沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置；所述钢管的侧壁设置有多个注浆孔；所述混凝土喷层与土质围岩的外部紧密贴合，所述系统土钉具体沿所述混凝土锁口圈梁的中心旋转对称设置并沿径向贯穿混凝土喷层与注浆加固体。应用本技术方案可避免传统大断面土质明竖井初期支护结构体系复杂的不足，并且有效加快了施工进度。并且有效加快了施工进度。并且有效加快了施工进度。


技术研发人员：骆晓锋 邱伟 黄文龙 杨艮峰 马骁 华伟琪 金州 林观辉 王顺超 陈晓灵 黄盛聪 叶永进 黄建榮
受保护的技术使用者：国家电网公司
技术研发日：2020.08.11
技术公布日：2021/11/2