一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施工方法技术领域
本发明属于地下工程，具体涉及一种地下洞室顶拱结构、地下洞室及地下洞室施
工方法,尤其适用于复杂地质条件下超大跨度地下洞室。
背景技术
常规的地下洞室的断面跨度一般不超过40米，对地下洞室顶拱的加固，常规措施
为洞室开挖后，再采用多种支护的支护型式。
超大断面洞室的跨度往往达到60-70米。常规支护措施由于存在开挖出渣工期与
支护施工周期，掌子面爆破形成洞室后一直到支护施工完成，这期间需要一段时间，从而造
成洞室顶拱在一段时间内无支护，存在工程安全隐患。
对于洞室围岩条件差等复杂地质条件下的超大断面洞室，常常由于洞室围岩条件
差导致洞室顶拱不能开挖成型，开挖后就随之坍塌，无法形成常规的洞室。即便是可以开挖
成型的地质条件，由于超大断面洞室的跨度过大，采用常规支护形式，也会导致洞室顶拱围
岩不稳定。
上述问题在受多种条件所限，布置在地质条件复杂、围岩条件较差地层中的超大
跨度地下洞室中尤为突出。
另外，对本案中所提到的方向词汇进行定义，在本领域中，技术人员通常认定纵向
是沿着地下洞室纵深的方向；横向是地下洞室横断面的方向，垂直于地下洞室轴线。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种安全稳固的地下洞室顶拱结构，配套的地下
洞室及地下洞室施工方法。
本发明解决问题的技术方案是：一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室顶部的
顶拱部，还包括在顶拱部上方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞、横跨于顶拱部上方、
在岩体内开凿的辅助受力洞，所述辅助受力洞沿纵向设有多个，且与施工交通洞连通；
所述辅助受力洞内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞和顶拱部之间均设有对
穿预应力锚索。
上述方案中，辅助受力洞浇筑钢筋混凝土之后形成受力梁，通过对穿预应力锚索
反吊主洞室顶拱部围岩，从而保证顶拱部的稳定。
进一步的，所述施工交通洞内浇筑充填有钢筋混凝土，充填有钢筋混凝土的实心
施工交通洞为辅助受力洞的支座；所述施工交通洞外设有伸入岩体的锚固件，对施工交通
洞牵拉。
施工交通洞形成受力支座，能够进一步增加辅助受力洞承受载荷的能力。锚固件
为锚杆或锚索，通过锚杆或锚索对施工交通洞形成牵拉，能够增加施工交通洞的承载能力。
辅助受力洞的布置方式有多种，如，所述相邻辅助受力洞之间间隔设置。
或者，所述相邻辅助受力洞之间连续设置。
进一步的，所述辅助受力洞的横断面为拱形或直线型。优选为拱形，拱形结构承受
力更大。
进一步的，每一个辅助受力洞向上设有伸入岩体的预应力锚索，将辅助受力洞牵
拉。
优选的，每一个辅助受力洞上的对穿预应力锚索均呈辐射状布置。
同时，本发明还提供一种地下洞室，包括主洞室，所述主洞室的顶部为上述方案所
述的顶拱结构。
相应的，本发明还提供一种地下洞室施工方法，包括如下步骤：
a）在主洞室开挖施工前，在设计开挖主洞室的区域上方两侧的岩体内，沿纵向开挖施
工交通洞；
b）以其中一侧的施工交通洞为起点、另一侧的施工交通洞为终点，横向开挖辅助受力
洞，辅助受力洞沿纵向设有多个，且与施工交通洞连通；在辅助受力洞内铺设钢筋或型钢结
构，并用混凝土浇筑充填整个辅助受力洞；
c）在主洞室的开挖边线以内，沿主洞室顶拱部的边线、一一对应辅助受力洞，横向开挖
多个辅助施工洞；
d）在横向辅助施工洞内，向上施工对穿预应力锚索，直至深入辅助受力洞并固定，通过
对穿预应力锚索反吊主洞室顶拱部围岩以利于顶拱部稳定；
f）进行主洞室的开挖，开挖过程中辅助施工洞被破除，辅助施工洞所在的区域成为主
洞室的一部分；之后，进行主洞室支护施工。
上述施工过程中，施工交通洞采用锚杆或锚索支护。
进一步的，在步骤d）之后、步骤f）之前还设有步骤e）在施工交通洞内浇筑钢筋混
凝土，使两侧的施工交通洞形成辅助受力洞的支座；然后在施工交通洞外设有伸入岩体的
锚固件，对施工交通洞牵拉。
进一步的，辅助受力洞的布置形式可根据洞室跨度、地质条件综合考虑后确定，一
种具体的方案中：
步骤b）中相邻辅助受力洞之间间隔设置；
步骤c）中每一个辅助施工洞位于其对应的辅助受力洞正下方；
步骤d）中每一个辅助受力洞上的对穿预应力锚索均呈辐射状布置。
另一种具体的方案中：
步骤b）中相邻辅助受力洞之间连续设置，连续布置的辅助受力洞采用跳仓施工，最后
形成紧挨在一起的整体；
步骤c）中每一个辅助施工洞位于其对应的辅助受力洞正下方，辅助施工洞也是连续布
置，同样采用跳仓施工。
进一步的，步骤d）中对穿预应力锚索施工完成后，再从辅助受力洞向上设置伸入
岩体的预应力锚索，将辅助受力洞牵拉。
本发明不仅施工方便、快捷，而且在主洞室开挖之前完成主洞室顶拱部的支护加
固，形成稳固的顶拱结构，取得了事先加固的效果，增加了围岩整体性，有效发挥围岩自身
承载力。相比于常规施工技术，显著提高了洞室整体的安全性、可靠性和稳定性，尤其适用
于地质条件复杂、围岩稳定性极差的超大跨度地下洞室。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为实施例1地下洞室横剖面图。
图2为实施例1地下洞室纵剖面图。
图3为实施例2地下洞室横剖面图。
图4为实施例2地下洞室纵剖面图。
图中：1—辅助受力洞，2—施工交通洞，3、6—预应力锚索，4—辅助施工洞，5—主
洞室,8-锚杆。
具体实施方式
实施例1
如图1～2所示，一种地下洞室顶拱结构，包括位于主洞室5顶部的顶拱部、在顶拱部上
方两侧的岩体内沿纵向设置的施工交通洞2、横跨于顶拱部上方、在岩体内开凿的辅助受力
洞1。
所述辅助受力洞1沿纵向间隔设有多个，且与施工交通洞2连通。
所述辅助受力洞1内浇筑充填有钢筋混凝土，每一个辅助受力洞1和顶拱部之间均
设有呈辐射状布置的对穿预应力锚索3。每一个辅助受力洞1呈辐射状向上设有伸入岩体的
预应力锚索6，将辅助受力洞1牵拉。
所述施工交通洞2内浇筑充填有钢筋混凝土，充填有钢筋混凝土的实心施工交通
洞2为辅助受力洞1的支座。所述施工交通洞2外设有伸入岩体的锚杆8，对施工交通洞2牵
拉。
所述辅助受力洞1的横断面为拱形。
本实施例还提供一种地下洞室，包括主洞室5，所述主洞室5的顶部为上述顶拱结
构。
与此同时，本实施例还提供一种地下洞室施工方法，包括如下步骤：
a）在主洞室5开挖施工前，在设计开挖主洞室5的区域上方两侧的岩体内，沿纵向开挖
施工交通洞2，施工交通洞2外设有伸入岩体的锚杆8，对施工交通洞2牵拉。施工交通洞2的
长度大于或等于主洞室长度。
b）以其中一侧的施工交通洞2为起点、另一侧的施工交通洞2为终点，横向开挖辅
助受力洞1，辅助受力洞1沿纵向间隔设有多个，且与施工交通洞2连通；在辅助受力洞1内铺
设钢筋或型钢结构，并用混凝土浇筑充填整个辅助受力洞1。
c）在主洞室5的开挖边线以内，沿主洞室5顶拱部的边线、一一对应辅助受力洞1，
横向开挖多个辅助施工洞4；每一个辅助施工洞4位于其对应的辅助受力洞1正下方。
d）在横向辅助施工洞4内，呈辐射状向上施工对穿预应力锚索3，直至深入辅助受
力洞1并固定，通过对穿预应力锚索3反吊主洞室5顶拱部围岩以利于顶拱部稳定。对穿预应
力锚索3施工完成后，再从辅助受力洞1向上设置伸入岩体的预应力锚索6，将辅助受力洞1
牵拉。
e）在施工交通洞2内浇筑钢筋混凝土，使两侧的施工交通洞2形成辅助受力洞1的
支座。
f）进行主洞室5的开挖，开挖过程中辅助施工洞4被破除，辅助施工洞4所在的区域
成为主洞室5的一部分。之后，进行主洞室5支护施工。
上述步骤方法中，辅助受力洞1的断面尺寸根据其承受的荷载以及主洞室5跨度等
条件计算和施工交通需要综合确定。
实施例2
如图3～4所示，重复实施例1，所不同的是：对于地质条件复杂、围岩条件极差的超大断
面主洞室，相邻辅助受力洞1之间连续设置。
其施工方法中存在如下不同：
步骤b）中相邻辅助受力洞1之间连续设置，连续布置的辅助受力洞1采用跳仓施工，最
后形成紧挨在一起的整体。
步骤c）中每一个辅助施工洞4位于其对应的辅助受力洞1正下方，辅助施工洞4也
是连续布置，同样采用跳仓施工。