大型洞室頂拱層開挖施工技術(shù)講義

大型洞室頂拱層開挖施工介紹提綱1施工程序

1.1施工程序安排原則

1.2施工程序框圖2施工方法

2.1開挖施工

2.2開挖工藝措施

2.3主要施工技術(shù)要點(diǎn)3質(zhì)量控制措施4安全保證措施5工程實(shí)例1施工程序1.1施工程序安排原則

根據(jù)洞室群的布置特點(diǎn)、頂拱圍巖安全穩(wěn)定、施工質(zhì)量和施工進(jìn)度要求，施工程序按以下原則安排：（1）頂拱層分層高度以不妨礙支護(hù)（吊頂）錨桿施工和發(fā)揮多臂液壓鉆孔臺(tái)車最佳效率確定，同一洞室開挖分層高度基本一致；（2）優(yōu)先完成普通砂漿錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿和噴射混凝土施工配合比試驗(yàn)和工藝試驗(yàn)，以便盡快完成中導(dǎo)洞的永久支護(hù)；1施工程序

（3）鉆爆擴(kuò)挖前先進(jìn)行爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)成功后再進(jìn)行開挖施工；（4）上下游側(cè)擴(kuò)挖在中導(dǎo)洞支護(hù)完成和頂拱監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)好后及時(shí)跟進(jìn)；（5）頂拱排（進(jìn)）風(fēng)豎（斜）井在中導(dǎo)洞形成后及時(shí)貫通；（6）有條件時(shí)兩端施工支洞盡早形成，以形成雙工作面對(duì)挖局面。1施工程序1.2施工程序框圖

地下廠房洞室群頂拱層開挖施工根據(jù)制訂的總體施工方案，先進(jìn)行風(fēng)水電和施工支洞施工，然后根據(jù)分層高度進(jìn)行洞室頂拱層中導(dǎo)洞開挖支護(hù)，最后進(jìn)行兩側(cè)邊頂拱擴(kuò)挖支護(hù)施工，安全監(jiān)測(cè)緊跟工作面展開。為了多創(chuàng)造工作面和利于通風(fēng)散煙，在頂拱通（排）風(fēng)豎（斜）井未形成的條件下，施工支洞一般在洞室兩端布置。地下廠房洞室群頂拱層開挖施工程序框圖如圖1。1施工程序圖1：洞室群頂拱層開挖施工程序框圖

風(fēng)水電布置總體施工方案制訂施工支洞施工頂拱層中(邊)導(dǎo)洞開挖支護(hù)上下游側(cè)跟進(jìn)擴(kuò)挖錨桿工藝試驗(yàn)擴(kuò)挖爆破試驗(yàn)通（排）風(fēng)豎（斜）井貫通上下游側(cè)跟進(jìn)支護(hù)安全監(jiān)測(cè)儀埋下層施工預(yù)裂鉆孔2施工方法2.1開挖施工（1）開挖方式開挖方式按導(dǎo)洞位置一般分為“中導(dǎo)洞法”和“邊導(dǎo)洞法”，其中“中導(dǎo)洞法”在工程中比較常用，頂拱地質(zhì)條件較差時(shí)一般采用“邊導(dǎo)洞法”預(yù)留巖柱分塊開挖。導(dǎo)洞開挖超前擴(kuò)挖15～20m，兩側(cè)擴(kuò)挖工作面一般錯(cuò)開60m以上；隨機(jī)支護(hù)緊跟工作面，系統(tǒng)支護(hù)滯后工作面30m范圍內(nèi)，支護(hù)滯后時(shí)一般間隔60m左右預(yù)留10m厚巖柱以保證頂拱圍巖穩(wěn)定。2施工方法（2）導(dǎo)洞尺寸導(dǎo)洞高度根據(jù)支護(hù)（吊頂）錨桿長(zhǎng)度和多臂液壓鉆孔臺(tái)車施工空間條件要求，一般在10m～12m范圍，中導(dǎo)洞寬度根據(jù)出渣設(shè)備回轉(zhuǎn)空間要求，一般為9～11m。大型地下廠房跨度一般在30m以上，頂拱一般為三心圓型式，為了保證拱肩部位的錨桿施工空間條件，在頂拱層擴(kuò)挖時(shí)還需在導(dǎo)洞底板高程基礎(chǔ)上下臥2.0～2.5m。2施工方法（3）開挖方法開挖采用水平鉆孔、周邊光面爆破，鉆孔設(shè)備通常采用手風(fēng)鉆，人工在鋼架臺(tái)車上鉆孔。擴(kuò)挖開面刻槽采用正刻或反刻法，在設(shè)計(jì)輪廓線位置鉆孔進(jìn)尺1.0～1.5m，鉆孔超欠挖按±5cm控制。采用1.8m3反鏟、3m3裝載機(jī)配20t自卸車出渣。2施工方法正常排炮循環(huán)進(jìn)尺一般2.0～4.0m，對(duì)于Ⅲ2及Ⅳ1類圍巖或其它不良地質(zhì)段采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破”的方法施工，每一側(cè)的擴(kuò)挖分兩次進(jìn)行，第一次擴(kuò)挖支護(hù)結(jié)束后才能進(jìn)行第二次擴(kuò)挖，排炮循環(huán)進(jìn)尺1.5m，支護(hù)緊跟工作面，2～3排炮一支護(hù)。端墻部位預(yù)留3m厚保護(hù)層，采用手風(fēng)鉆沿設(shè)計(jì)輪廓線造水平孔雙面光爆。2施工方法（4）爆破設(shè)計(jì)手風(fēng)鉆鉆孔孔徑選為φ42mm，崩落孔藥卷直徑φ32mm，連續(xù)裝藥；周邊孔孔距40～50cm，選用?25mm藥卷光面爆破，間隔裝藥，線密度100～120g/m。循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)不同圍巖類別一般為：Ⅱ～Ⅲ1類圍巖洞段3.0m～4.0m，Ⅲ2、Ⅳ1類圍巖1.5m，爆破效率按85～90%考慮。實(shí)際爆破參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破實(shí)驗(yàn)確定。2施工方法2.2開挖工藝措施頂拱層開挖施工工藝流程見圖2。施工準(zhǔn)備測(cè)量放線鉆孔系統(tǒng)錨桿裝藥爆破通風(fēng)散煙、噴水除塵安全處理隨機(jī)支護(hù)出渣清底巖面沖洗地質(zhì)編錄掛網(wǎng)噴砼超前支護(hù)基面驗(yàn)收2施工方法圖2：頂拱層開挖施工工藝流程2施工方法主要工序作業(yè)措施為：（1）開挖準(zhǔn)備：洞內(nèi)風(fēng)、水、電以及施工人員、機(jī)具準(zhǔn)備就位。（2）測(cè)量放線：洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)測(cè)量采用全站儀進(jìn)行，施工測(cè)量采用全站儀配光電測(cè)距儀進(jìn)行。每排炮后進(jìn)行洞室中心線、設(shè)計(jì)規(guī)格線測(cè)放，并根據(jù)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)布孔位；隨洞室開挖、支護(hù)進(jìn)度，每隔20m在兩側(cè)洞壁及洞頂設(shè)一樁號(hào)標(biāo)志。定期進(jìn)行洞軸線的全面檢查、復(fù)測(cè)，確保測(cè)量控制工序質(zhì)量。2施工方法（3）鉆孔作業(yè)：擴(kuò)挖采用YTP28手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔徑為φ42mm。由熟練的手風(fēng)鉆工在自制架鉆臺(tái)車上嚴(yán)格按測(cè)量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測(cè)量布孔進(jìn)行鉆孔作業(yè)。分區(qū)、分部位定人定位施鉆。每排炮由值班質(zhì)檢工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個(gè)鉛直斷面上；為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度。光爆孔孔的偏差不得大于5cm，其它孔位偏差不大于10cm。2施工方法炮孔裝藥之前，質(zhì)檢員對(duì)掌子面上的炮孔進(jìn)行檢查，如有遺漏，則要補(bǔ)鉆；并對(duì)周邊光爆孔進(jìn)行仔細(xì)檢查，對(duì)偏角不符合要求的炮孔，則要進(jìn)行補(bǔ)鉆，以控制欠挖和過(guò)量超挖。裝藥前，當(dāng)班技術(shù)員對(duì)該鉆爆循環(huán)進(jìn)行裝藥計(jì)算。2施工方法（4）裝藥、聯(lián)線、起爆：根據(jù)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的施工方案中的鉆爆設(shè)計(jì)要求，由取得《爆破證書》的爆破師負(fù)責(zé)，經(jīng)考核合格的炮工進(jìn)行炮孔的裝藥、堵塞、引爆線路的聯(lián)接。裝藥前用高壓風(fēng)沖掃孔內(nèi)，炮孔經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行裝藥爆破。爆破崩落孔藥卷直徑φ32mm，連續(xù)裝藥；周邊孔選用?25mm藥卷，間隔裝藥，按爆破設(shè)計(jì)要求用捆綁于竹片上，形成不連續(xù)裝藥，插藥入孔時(shí)還應(yīng)注意藥卷的方向，竹片靠洞室輪廓線一側(cè)，藥卷朝向最小抵抗線。裝藥嚴(yán)格遵守安全爆破操作規(guī)程，裝藥順序原則上自上而下進(jìn)行，若上、下部同時(shí)裝藥，則裝藥部位要錯(cuò)開，以防止因上部裝藥跌落物砸傷下部工作人員。2施工方法炸藥裝好之后，理順導(dǎo)爆管，先進(jìn)行同段炮的非電雷管的并聯(lián)，再進(jìn)行不同段的串聯(lián)，然后用粘土進(jìn)行炮孔的封堵，要求聯(lián)線、封堵良好，封堵長(zhǎng)度不小于炸藥的最小抵抗線。再由技術(shù)員和專業(yè)炮工分片分區(qū)查看，并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接線檢查，撤退工作面其它工作人員、設(shè)備、材料至安全位置。最后由炮工負(fù)責(zé)，非電毫秒雷管引爆。2施工方法（5）通風(fēng)散煙及除塵：開挖施工過(guò)程中一直啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)，保證在放炮后30min內(nèi)將有害氣體濃度降到允許范圍內(nèi)，爆破散煙結(jié)束后，開挖面爆破渣堆灑水除塵。（6）安全處理：通風(fēng)、灑水除塵之后，便進(jìn)行爆破后四周圍巖的安全處理，以確保進(jìn)洞人員和設(shè)備的安全。對(duì)于掌子面的啞炮，用高壓水沖刷掉或在啞炮周圍殉爆距離之內(nèi)重新鉆孔，炮工裝藥引爆。對(duì)于掌子面、邊墻及拱頂上的浮石，由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員先進(jìn)入工作面，用長(zhǎng)細(xì)鋼釬撬掉。對(duì)于大斷面開挖，可用1.8m3反鏟逐區(qū)域地進(jìn)行清理。2施工方法（7）出渣及清底：采用3m3裝載機(jī)及1.8m3反鏟配合20t自卸汽車出渣。出渣后，用人工或反鏟對(duì)堆渣以下掌子面、邊墻圍巖再進(jìn)行一次安全處理，清理掉浮石和危石。同時(shí)，測(cè)量人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)開挖段進(jìn)行測(cè)量，如有欠挖，除監(jiān)理工程師另有規(guī)定之外，將欠挖部分，鉆孔爆破予以清除。若開挖段符合要求，距離工作面10m之外用高壓水沖洗四周開挖面，以清除巖石碎片、塵埃、碎硝及爆破泥粉，最后用反鏟扒出工作面底部積渣并將底部整平，為下一循環(huán)鉆爆做好準(zhǔn)備。2施工方法（8）圍巖支護(hù)：每排炮開挖結(jié)束后，對(duì)穩(wěn)定性差的局部巖體及時(shí)進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)，系統(tǒng)錨桿噴護(hù)視巖石情況滯后開挖作業(yè)施工。2施工方法2.3主要施工技術(shù)要點(diǎn)（1）大型洞室開挖跨度大，需采取合理的開挖方法和適時(shí)有效的支護(hù)措施，確保頂拱和洞室交叉口等關(guān)鍵部位巖體穩(wěn)定；（2）通過(guò)爆破試驗(yàn)優(yōu)化鉆爆參數(shù)，確保周邊成型好，光爆殘痕率高，巖面平整；（3）合理規(guī)劃前期通風(fēng)散煙布置，創(chuàng)造適宜施工環(huán)境，并加快開挖進(jìn)度；（4）通過(guò)砂漿錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索和噴砼等工藝試驗(yàn)，確定合理工藝參數(shù)，保證施工質(zhì)量；（5）施工過(guò)程中嚴(yán)格按要求進(jìn)行施工期安全監(jiān)測(cè)，確保施工安全。3質(zhì)量控制措施（1）針對(duì)圍巖類型、地質(zhì)條件編制合理的施工方案，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及實(shí)施效果不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。（2）配置足夠的、合格的測(cè)量人員、儀器和設(shè)備，按國(guó)家測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)和工程精度要求，建立施工控制網(wǎng)；施工過(guò)程中，及時(shí)放出開挖輪廓線并進(jìn)行復(fù)核檢查，確保開挖精度。（3）設(shè)計(jì)輪廓線均采取光面爆破，對(duì)地質(zhì)弱面和重要部位采取預(yù)留保護(hù)層，再實(shí)施弱爆破開挖。3質(zhì)量控制措施（4）采用紅外激光定位技術(shù)精確放樣，準(zhǔn)確標(biāo)出周邊光爆孔的孔位及方向。所有的周邊孔均在設(shè)計(jì)輪廓線上開孔,鉆孔略向外傾斜2～3°，各鉆孔之間保持平行，孔底落在同一高程上。（5）對(duì)斷層帶、緩傾角裂隙組和地質(zhì)弱面，采用密孔、淺孔、短循環(huán)掘進(jìn)，減小終孔偏差，將光爆巖面誤差控制在允許范圍內(nèi)。（6）選用經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)熟練的臺(tái)車操作手進(jìn)行周邊孔鉆孔，嚴(yán)格控制鉆孔質(zhì)量，采用全站儀及時(shí)測(cè)量斷面，掌握超欠挖情況，及時(shí)改進(jìn)和提高鉆孔質(zhì)量，并對(duì)鉆孔人員進(jìn)行獎(jiǎng)罰。（7）通過(guò)爆破試驗(yàn)，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制裝藥量，確保半孔率在設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍內(nèi)。4安全保證措施（1）洞室鉆孔安全措施①鉆眼設(shè)備要保證完好，動(dòng)鉆前，首先檢查工作面是否處于安全狀態(tài)，對(duì)于存在的安全隱患必須先處理才能開鉆，保證工作面的照明亮度。②鉆孔采用濕式鑿巖，不得使用帶傷的鉆桿，鉆頭，防止堵塞孔道。③嚴(yán)禁在殘眼中繼續(xù)鉆孔，嚴(yán)禁在工作面拆卸修理鉆具。④進(jìn)洞人員必須戴安全帽、防護(hù)手套、穿工作服，電工穿絕緣鞋和戴絕緣手套。4安全保證措施（2）洞室爆破安全措施①洞內(nèi)爆破作業(yè)統(tǒng)一指揮信號(hào)，專人指揮警戒，人員設(shè)備撤到安全距離。每次放炮時(shí)間及次數(shù)根據(jù)施工條件明確規(guī)定，裝藥后應(yīng)盡快放炮。②遇到下列情況嚴(yán)禁裝藥爆破：a.照明不足，影響操作；b.工作面巖石出現(xiàn)破碎尚未處理。③爆破后立即進(jìn)行排煙通風(fēng)，相距20分鐘以上時(shí)間，檢查人員才能進(jìn)入工作面，在經(jīng)過(guò)下列檢查并處理后，其它工作人員才準(zhǔn)進(jìn)入工作面：a.有無(wú)瞎炮及可疑情況；b.有無(wú)殘余炸藥和雷管；c.有無(wú)松動(dòng)巖塊；d.支護(hù)有無(wú)損壞和變形。④裝藥不得與鉆孔同時(shí)進(jìn)行，裝藥時(shí)嚴(yán)禁火種，嚴(yán)禁明火點(diǎn)炮。⑤加強(qiáng)與相鄰標(biāo)段施工人員和單位的聯(lián)系，消除互相產(chǎn)生的影響安全的因素，服從業(yè)主和監(jiān)理的統(tǒng)一指揮。4安全保證措施（3）防止巖爆安全措施①超前鉆孔卸壓，以提前釋放巖體中的高構(gòu)造應(yīng)力；②在干燥的巖石表面上噴水霧或撒水增加巖石濕度，松弛巖體中積累的高構(gòu)造應(yīng)力；③對(duì)巖爆洞段采用超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，同時(shí)開挖后緊跟噴護(hù)鋼纖維砼支護(hù)。4安全保證措施（4）洞室通風(fēng)與防塵安全措施①洞室施工的通風(fēng)排煙設(shè)備設(shè)專人管理，風(fēng)管的進(jìn)口設(shè)隔離欄或高位懸掛，出風(fēng)口嚴(yán)禁站人，通風(fēng)機(jī)軟管上不得放置、掛接其它物品和管線。②出風(fēng)管口與工作面的距離應(yīng)不大于50米，必要時(shí)安裝中間接力風(fēng)機(jī)，通風(fēng)軟管不小于?600，即要保證通風(fēng)量又要保持一定的流動(dòng)速度，開挖作業(yè)面空氣中的一氧化碳、二氧化碳、亞硝酸等有害物含量不得超過(guò)有關(guān)法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)。③爆破后的堆碴連續(xù)灑水消除粉塵，錨桿鉆孔采用濕鉆，洞挖中禁止使用燃燒汽油的內(nèi)燃機(jī)。4安全保證措施（5）洞室出碴安全措施①運(yùn)輸車輛嚴(yán)禁超載，大廂嚴(yán)禁站人，挖裝設(shè)備照明系統(tǒng)要完好，碴堆不得高于車廂，不得裝在大廂一側(cè)，裝碴機(jī)與運(yùn)碴車之間不得站人，出碴時(shí)間內(nèi)要有專人指揮。②運(yùn)碴車洞內(nèi)限速行駛，作業(yè)地段車速不得快于10km/h，會(huì)車時(shí)空車應(yīng)主動(dòng)停車避讓。洞口和狹窄的場(chǎng)地，設(shè)置警示標(biāo)志。③車輛啟動(dòng)前必須鳴號(hào)，裝碴滿后，裝碴機(jī)械鳴號(hào)后運(yùn)碴車才能啟動(dòng)，洞內(nèi)人員不得扒車，追車與車輛搶道。④洞內(nèi)倒車與轉(zhuǎn)向時(shí)，必須開燈鳴號(hào)，禁止在洞內(nèi)超車。4安全保證措施（6）洞內(nèi)電氣設(shè)備安全措施①所有的動(dòng)力線和開關(guān)設(shè)置必須保護(hù)在最佳的絕緣狀態(tài)，動(dòng)力線和照明線布置在隧洞一側(cè)分開懸掛在洞壁上，并超過(guò)人體高度。②非專職電工不得操作電氣設(shè)備和架移動(dòng)力線，手持式電氣設(shè)備的操作手柄和工作中接觸的部位，絕緣應(yīng)良好，使用前必須檢查。③電器設(shè)備外露和傳動(dòng)部分，加裝防護(hù)罩，36V以上的供電設(shè)備布置接地裝置保護(hù)，直接向洞內(nèi)供電的線路上嚴(yán)禁裝自動(dòng)重合閘，手動(dòng)閘應(yīng)按規(guī)范操作，合拉后再合閘，保證安全。（7）加強(qiáng)施工安全監(jiān)測(cè)，勤檢查和巡視并及時(shí)分析監(jiān)測(cè)成果和檢查情況，掌握圍巖應(yīng)力應(yīng)變情況，及時(shí)采取行之有效的支護(hù)。5工程實(shí)例溪洛渡水電站左岸地下廠房布置于壩線上游庫(kù)區(qū)，廠房縱軸線方位為N24°W，地下廠區(qū)分別由主機(jī)間、安裝間、副廠房、主變室、9條壓力管道、9條母線洞、9條尾水管及尾水連接洞、尾水調(diào)壓室、3條尾水洞、2條出線井以及通排風(fēng)系統(tǒng)、防滲排水系統(tǒng)等組成，構(gòu)成以三大洞室為主體、縱橫交錯(cuò)、上下分層的大規(guī)模的地下洞室群。主廠房、主變室、尾水調(diào)壓室三大洞室平行布置，尾水調(diào)壓室頂拱中心線與廠房機(jī)組中心線間距為149m、主變室頂拱中心線與廠房機(jī)組中心線間距為76m。地下廠房洞室開挖體型設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，主要部位開挖支護(hù)工程量見表2。5工程實(shí)例表1溪洛渡水電站左岸地下廠房工程特性表序號(hào)引水發(fā)電系統(tǒng)尺寸（長(zhǎng)×寬×高）頂部高程（m）底部高程（m）第Ⅰ層底部高程（m）1主廠房320.1×（31.9）28.4×75.1m407.60332.50395.52安裝間63.92×（31.9）28.4×32