引水隧洞集渣坑的支护结构的制作方法

1.本发明涉及隧洞开挖技术领域。更具体地说，本发明涉及一种引水隧洞集渣坑的支护结构。


背景技术：

2.本项目主体工程为引水隧洞，主洞全长4390.945m，成洞洞径d-2.0m。隧洞还需要布置检修竖井，检修竖井高48.7m，长5.87m，宽5.20m，竖井内布置一道事故闸门(2.5m宽
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2.0m高)、一道拦污栅(2.5m宽
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2.0m高)；本工程布置1#施工支洞，长465.489m，为永久支洞。项目所在地质情况跨越两种类别，一种岩性为岩屑凝灰岩，弱风化，沿节理面两侧有蚀变待，岩石为软岩，岩体节理较发育，节理面多呈起伏粗糙状，局部平直粗糙或起伏光滑，微张，岩屑或泥质充填，岩体较破碎，成碎裂结构。围岩不稳定。洞室地下滴水～线流状。正常涌水量估算值为518m3/d，围岩类别为iv。另一种岩性为岩屑凝灰岩，弱风化，岩节理面两侧有蚀变带，岩石为软岩，岩体节理发育，节理面多呈起伏光滑状，微张～张开，局部达10cm,岩屑或泥质充填，岩石破碎～较破碎，成碎块结构～碎裂结构。围岩极不稳定。洞室地下水呈线流状～涌水状。最大涌水量估算值为1136m3/d，围岩类别为v。两种类别岩屑凝灰岩弱风化岩饱和抗压强度范围值为31.2-84mpa，为软质岩，岩质不均，具有差异性显著的特性。
3.在隧道开挖过程中，还需要使用爆破技术，爆破时产生的震动效应，将会对集渣坑衬砌结构产生进一步的不利影响。常规支护形式有挂网、喷混、锚杆及混凝土衬砌等，并且为提升抗震性能，常规技术是增厚衬砌结构，但会造成钢筋混凝土工程量增大，同时会增大集渣坑的横向开挖跨度，从而增大洞室开挖的施工难度。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
5.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种引水隧洞集渣坑的支护结构，包括超前径向注浆层、钢网层、喷射混凝土层、混凝土衬砌及多个径向锚杆，还包括多个抗震连接单元，每个抗震连接单元包括：
6.中心连接机构，其一端抵接于所述钢网层表面，另一端伸入所述喷射混凝土层并伸出；
7.多个连接杆，多个连接杆的一端铰接于同一个中心连接机构侧壁上，另一端分别套设于多个径向锚杆的自由段上；
8.拉力件，其一侧与所述中心连接机构伸出所述喷射混凝土层的部位固定，另一侧与所述混凝土衬砌内的钢筋笼预压固定。
9.优选的是，所述中心连接机构包括：
10.中心杆，其外侧壁上间隔设有多条卡接棱，所述中心杆外侧壁上开设有至少一个条形的沟槽；
11.一对套接筒，一对套接筒分别套设于所述中心杆两端，所述套接筒内侧壁上间隔
开设有多个卡接槽，所述套接筒侧壁上沿径向开设至少一个螺纹孔，所述卡接槽卡接于所述卡接棱外部，所述螺纹孔上螺接有螺栓，螺栓下端伸入所述沟槽内；
12.中心环，其活动套设于所述中心杆上，并且位于一对套接筒之间。
13.优选的是，所述连接杆包括：
14.伸缩杆体，其两端分别设有一对连接环，其中一个连接环铰接于所述中心环上；
15.连接筒，其呈中间小两端大的形状，所述连接筒套设于所述径向锚杆的自由段上，所述连接筒的中间部活动套设有转动环，所述转动环与另一个连接环铰接。
16.优选的是，所述套接筒位于所述钢筋笼内的端部设有至少一对凸耳，所述凸耳表面上设有环形凹槽；
17.所述拉力件包括：
18.至少一个钢板，其上设有至少一对螺纹孔，所述钢板朝向所述凸耳的表面上对应设有导向筒，所述导向筒内设有螺纹孔，所述凸耳和所述螺纹孔通过螺栓和螺母固定连接，所述钢板抵接于所述钢筋笼的一个或多个钢筋上；
19.至少一对弹簧，所述弹簧套设于所述导向筒内，所述弹簧另一端抵接于所述环形凹槽内。
20.优选的是，所述超前径向注浆层喷射的深度大于2m，间距和排。
21.优选的是，径向锚杆的长度大于1.5m，间距和排距均为0.6～0.8m，直径为22mm。
22.优选的是，喷射混凝土层的厚度为12cm。
23.优选的是，位于同一个中心连接机构上的连接杆的数量为4～6个。
24.本发明至少包括以下有益效果：在不增厚衬砌结构的前提下，可以显著提升抵抗爆破时产生的震动效应。相对于现有技术，可以避免造成钢筋混凝土工程量增大，避免增大集渣坑的横向开挖跨度，从而避免增大洞室开挖的施工难度。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明的其中一种技术方案的所述支护结构的环向剖示图；
27.图2为本发明的其中一种技术方案的所述抗震连接单元正视图；
28.图3为本发明的其中一种技术方案的所述抗震连接单元俯视图；
29.图4为本发明的其中一种技术方案的所述连接筒的细节图；
30.图5为本发明的其中一种技术方案的所述拉力件的细节图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
32.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。
33.如图1～5所示，附图标记释意如下：超前径向注浆层1、钢网层2、喷射混凝土层3、混凝土衬砌4、径向锚杆5、中心连接机构6、连接杆7、拉力件8、中心杆61、卡接棱62、沟槽63、套接筒64、中心环65、伸缩杆体71、连接环72、连接筒73、转动环74、凸耳66、钢板81、导向筒82、弹簧83。
34.如图1～5所示，本发明提供一种引水隧洞集渣坑的支护结构，包括超前径向注浆层1、钢网层2、喷射混凝土层3、混凝土衬砌4及多个径向锚杆5，所述超前径向注浆层1喷射的深度大于2m。径向锚杆5的长度大于1.5m，间距和排距均为0.6～0.8m，直径为22mm。喷射混凝土层3的厚度为12cm。超前径向注浆层1、钢网层2、喷射混凝土层3、混凝土衬砌4及多个径向锚杆5此为现有技术中常规的支护结构，在此不赘述。本方案针对围岩类别为iv和v的岩石类型在现有的支护结构进行改进。目的在于在隧道开挖过程中，使用爆破技术时，提升抵抗爆破时产生的震动效应。
35.因此设置多个抗震连接单元，每个抗震连接单元包括：
36.中心连接机构6，其一端抵接于所述钢网层2表面，另一端伸入所述喷射混凝土层3并伸出；中心连接机构6可以建立径向锚杆5、喷射混凝土层3、混凝土衬砌4三者连接关系，以对应抵抗爆破时产生的弧形震动波。
37.多个连接杆7，多个连接杆7的一端铰接于同一个中心连接机构6侧壁上，另一端分别套设于多个径向锚杆5的自由段上；由于爆破开挖时，通常按照预计算的孔数、孔径、位置、药量预埋，然后点火爆破，产生的震动波为多点交叠混合，因此，设置多个连接杆7连接于同一个中心连接机构6上，以抵抗多点交叠混合加强的震动波。
38.由于径向锚杆5的间距和排距均为0.6～0.8m，因此，位于同一个中心连接机构6上的连接杆7的数量优选为4～6个，少于4个时，虽然抗震动性能佳，但施工时间增加，成本增加。多于6个时，抗震动性能不足，尤其是对于围岩类别为iv和v的岩石类型。
39.拉力件8，其一侧与所述中心连接机构6伸出所述喷射混凝土层3的部位固定，另一侧与所述混凝土衬砌4内的钢筋笼预压固定。施工过程中，需要先将中心连接机构6、连接杆7等与钢筋笼安装固定，然后再浇注混凝土，浇注混凝土时容易造成中心连接机构6、连接杆7等移位，因此设围拉力件8，进行适当预固定，并产生一定的预压力，使中心连接机构6抵接于钢网层2和钢筋笼之间。
40.在上述技术方案中，在不改变现有常用的支护结构的前提下，增加抗震连接单元，建立径向锚杆5、喷射混凝土层3、混凝土衬砌4三者的连接，以对应抵抗爆破时产生的弧形震动波。设置多个连接杆7连接于同一个中心连接机构6上，以抵抗多点交叠混合加强的震动波。通过设置抗震连接单元，增加的工程量只是简单的安装作业，而不必要增厚衬砌结构，也即不需要增加钢筋混凝土工程量，不需要增加集渣坑的横向开挖跨度，显著减少洞室开挖的施工难度，也能够提升施工效率，节约工期。
41.在另一种技术方案中，所述中心连接机构6包括：
42.中心杆61，其外侧壁上间隔设有多条卡接棱62，所述中心杆61外侧壁上开设有至少一个条形的沟槽63；
43.一对套接筒64，一对套接筒64分别套设于所述中心杆61两端，所述套接筒64内侧壁上间隔开设有多个卡接槽，所述套接筒64侧壁上沿径向开设至少一个螺纹孔，所述卡接
槽卡接于所述卡接棱62外部，所述螺纹孔上螺接有螺栓，螺栓下端伸入所述沟槽63内；套接筒64沿卡接棱62的长度方向套接到中心杆61上，达到需要的长度后，将螺栓沿螺纹孔向下旋转，直到螺栓下端伸入沟槽63内，从而实现套接筒64与中心杆61的连接和固定。
44.中心环65，其活动套设于所述中心杆61上，并且位于一对套接筒64之间。
45.在上述技术方案中，隧洞内壁并不会像普通家具墙壁那样平整，各径向锚杆5的分布也不会像预设计算的距离、位置精准的施工得到，存在一定的误差，因此，设置中心杆61、套接筒64的连接方式为可调的，以适应不同的距离。以及设置中心环65可以调节不同的角度。
46.在另一种技术方案中，所述连接杆7包括：
47.伸缩杆体71，其两端分别设有一对连接环72，其中一个连接环72铰接于所述中心环65上；伸缩杆体71的长度是可以调整的，以适就不同距离的径向锚杆5。
48.连接筒73，其呈中间小两端大的形状，所述连接筒73套设于所述径向锚杆5的自由段上，所述连接筒73的中间部活动套设有转动环74，所述转动环74与另一个连接环72铰接。以筒体的形式套接在径向锚杆5上，避免浇注混凝土时伸缩杆体71从径向锚杆5上脱落。
49.在另一种技术方案中，所述套接筒64位于所述钢筋笼内的端部设有至少一对凸耳66，所述凸耳66表面上设有环形凹槽；
50.所述拉力件8包括：
51.至少一个钢板81，其上设有至少一对螺纹孔，所述钢板81朝向所述凸耳66的表面上对应设有导向筒82，所述导向筒82内设有螺纹孔，所述凸耳66和所述螺纹孔通过螺栓和螺母固定连接，所述钢板81抵接于所述钢筋笼的一个或多个钢筋上；
52.至少一对弹簧83，所述弹簧83套设于所述导向筒82内，所述弹簧83另一端抵接于所述环形凹槽内。
53.在上述技术方案中，通过设置凸耳66、钢板81、弹簧83与钢筋笼发生预压连接固定，以实现将中心连接机构6预压定位，减少浇注混凝土时中心连接机构6移位而影响其抗震动功能。
54.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。