一種地下洞室掛頂混凝土結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水力建筑工程，特別涉及一種地下洞室掛頂混凝土結構。
【背景技術】
[0002]掛頂混凝土(即頂拱混凝土襯砌)適用于以下開挖情況的地下洞室:1.地下洞室結構高度大，襯砌混凝土如果采取先挖后襯的方案，需要在開挖完成后搭建很高的滿堂承重排架進行，不僅施工難度大，施工期存在安全隱患，工期也相對較長。為降低后期混凝土襯砌施工難度，在地下洞室第一層開挖后即進行掛頂混凝土的襯砌施工；2.地下洞室圍巖條件差，在地下洞室第一層開挖后即施工掛頂混凝土的襯砌，以保證后期開挖施工時的圍巖穩(wěn)定和施工安全。
[0003]以往掛頂混凝土的技術方案(見附圖1)，需要在掛頂混凝土 2的兩拱肩預留拱座4，拱座4類似一個卡舌，將掛頂混凝土 2的應力傳遞至洞室圍巖。這種方案設計存在以下冋題:
[0004]I)預留的拱座開挖成形困難，即使精心施工也難免出現大范圍超挖甚至拱座懸空的情況，此時反而削減了掛頂混凝土的承載能力，惡化了結構安全；
[0005]2)兩拱肩預留拱座的掛頂混凝土，在完成地下洞室全斷面襯砌后，由于預留拱座回填的混凝土結構尺寸大、剛度大，易在該部位產生較大的應力集中，改變了地下洞室混凝土襯砌結構承載的完整性；
[0006]但是，在洞室襯砌混凝土尺寸較大，掛頂混凝土的自重大時，如果不設計拱座結構進行穩(wěn)固的話，混凝土維持其自身穩(wěn)定非常困難，容易引發(fā)事故；因此，上述帶有較大缺陷的拱座設計仍然得到了廣泛使用，水利行業(yè)技術人員出于技術成熟性的考慮，一般都不會采用其他“不可靠”的方案，行業(yè)內存在一定的思維慣性和技術偏見。
【實用新型內容】
[0007]基于現有技術的不足，本實用新型要解決的問題是提供一種無拱座、采用預應力錨桿加固兩側拱肩的掛頂混凝土技術方案，保證無拱座的情況下掛頂混凝土在圍巖壓力和自重應力下的安全。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種地下洞室掛頂混凝土結構，包括掛頂混凝土 ；所述掛頂混凝土的兩拱肩部位未設置拱座，而是安裝有拱肩預應力錨桿；所述拱肩預應力錨桿插入洞室的圍巖形成穩(wěn)固結構。
[0009]預應力錨桿參數按照下述方法確定:按照隧洞設定的分層開挖情況，采用通用有限元計算程序(ANSYS、ABAQUS等)，計算在山巖壓力、爆破震動情況下掛頂混凝土在施工過程和洞室開挖過程期間的穩(wěn)定應力狀況，根據計算的拱肩部位的拉應力和剪應力的大小，確定每米掛頂混凝土結構在拱肩所需要的加固預應力，從而確定選用的預應力錨桿的根數、排距和每根錨桿的預應力值。根據隧洞圍巖的地質情況確定錨桿的錨固端位置，從而確定預應力錨桿的長度。結合上述確定的預應力錨桿的預應力值和長度，確定所選預應力錨桿的直徑大小。
[0010]上述拱肩預應力錨桿為多排，排距為l~2m。
[0011]上述拱肩預應力錨桿的長度為4.5~9m。
[0012]上述拱肩預應力錨桿的直徑為18~40mm。
[0013]上述拱肩預應力錨桿每根后期預應力為40~150KN。
[0014]上述拱肩預應力錨桿為HRB335級或HRB400級螺紋鋼筋制作。
[0015]本實用新型通過預應力方式使得襯砌拱肩與圍巖緊密結合，將掛頂混凝土的應力傳遞至洞室圍巖。隨著洞室的開挖下臥，圍巖邊墻水平向變形增加，使得掛頂混凝土兩側拱腳混凝土與邊墻圍巖進一步結合緊密，兩者之間的摩擦力進一步增加，掛頂混凝土的施工效果得到可靠保證。
[0016]本實用新型能夠有效保證掛頂混凝土的施工效果、簡化施工，大大提高了施工效率。而且從本實用新型的檢測數據可知(詳見下面的實施例和附圖)，本實用新型的結構穩(wěn)固性是十分可靠的，打破了以往行業(yè)內認為掛頂混凝土結構只能用拱座支撐才可靠的技術偏見。
[0017]下面結合附圖詳細說明本實用新型，其作為本說明書的一部分，通過實施例來說明本實用新型的原理，本實用新型的其他方面、特征及其優(yōu)點通過該詳細說明將會變得一目了然。
【附圖說明】
[0018]構成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。
[0019]圖1是現有技術帶拱座的掛頂混凝土結構剖面圖；
[0020]圖2是本實用新型不帶拱座的掛頂混凝土結構剖面圖；
[0021]圖3是本實用新型掛頂混凝土結構典型監(jiān)測斷面圖；
[0022]圖4為本實用新型實施例中多點位移計M4a7_2的位移-時間曲線圖；
[0023]圖5為本實用新型實施例中多點位移計M4b7_2的位移-時間曲線圖；
[0024]圖6為本實用新型實施例中多點位移計M4a7_3的位移-時間曲線圖；
[0025]圖7為本實用新型實施例中多點位移計M4b7_3的位移-時間曲線圖；
[0026]圖8為本實用新型實施例中頂拱測縫計Ja7_l的開合度_溫度曲線圖；
[0027]圖9為本實用新型實施例中頂拱測縫計Jb7_l的開合度-溫度曲線圖；
[0028]圖10為本實用新型實施例中鋼筋計應力_時間曲線圖；
[0029]圖11為本實用新型實施例中錨索計應力_時間曲線圖。
[0030]圖1-11中附圖標記的對應關系為:
[0031]1洞室；
[0032]2掛頂混凝土 ；
[0033]3—洞室后期澆筑襯砌混凝土 ；
[0034]4—拱座；
[0035]5拱肩預應力錨桿；
[0036]6尾水洞上部排水洞；
[0037]7左拱肩多點位移計M4a7_2 (①尾水洞)、M4b7_2 (②尾水洞)；
[0038]8右拱肩多點位移計M4a7_3 (①尾水洞)、M4b7_3 (②尾水洞)；
[0039]9頂拱測縫計Ja7_l (①尾水洞)、Jb7_l (②尾水洞)；
[0040]10左拱肩錨索測力計D a7P-l ；
[0041]11右拱肩錨索測力計D a7P-2 ；
[0042]12左拱肩鋼筋計R a7-3 ；
[0043]13---頂拱鋼筋計R a7_4 ；
[0044]14右拱肩鋼筋計R a7-5o
【具體實施方式】
[0045]需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本實用新型。為敘述方便，下文中如