山岭隧道快速掘进施工方案研究报告

1、快速掘进施工方案研究报告二滩公司锦屏电站管理局：根据6月4日杭州会谈精神结合6月16日、6月25日与贵公司的交流论证，我公司专家组针对贵公司的建议进行了认真细致的研究和论证，认为我公司上次提交的方案是基本可靠的、可行的。根据贵公司的建议，我们对原方案进行了修改和完善，现将研究结果大体汇报如下：一、当前施工大致概况辅助洞A洞、B洞工程进度现约为1700米，釆用台车人工钻爆掘进、侧卸装载机装應自卸车运输的无轨运输方案，通风釆用单管压入式通风。当前工程进展顺利，月进尺300米左右。在施工过程中，为保证工程的顺利开展，尽量压缩工序循环作业时间，我们釆取了在A、B洞每200m增加一个避车洞，并加大A洞断

2、面的方式以保证车辆回车、调头及装應的需要（A洞III类围岩原设计开挖断面为5.7m宽，现加宽至6.58m）。因为高地应力的顾在，再加上岩石节理发育，爆破后自然塌落成曲墙形式。当前三臂凿岩台车、挖掘装载机、湿喷机均已到位，因为电力供应的影响现在无法投入使用。原计划二季度我们将进行无轨转有轨，三臂凿岩台车打眼、挖掘装载机装値、电瓶车牵引2节搭接式梭矿车的有轨运输、喷射砕釆用湿喷机的方案。但因为当前电力供应不足，无法进行方案的转换，电力供应问题已经制约了工程的进度和安全、质量。当前，还未发生高压、大流量地下水；岩爆发生虽为弱、中等，但已经较为频繁（25次），局部地段已达中强岩爆标准。现阶段通风是压入

3、式通风，掘进长度达到2.5km以后将釆用巷道式通风。二、影响快速掘进的主要客观因素因为当前总进尺较短，通风问题暴露不充分，有轨运输和很多大型设备还没有使用（因为电力供应不足造成如三臂凿岩台车、湿喷机、扒磧机等大型设备闲置），地质情况较简单。再继续施工一段时间很多问题将逐渐显现出来，影响快速掘进的主要客观因素有：1、洞室断面小，横通道间距大，支护措施设计相对薄弱为加快工程进度，提高工作效率，必须压缩各工序的循环作业时间。在工序循环作业时间中打眼和出應运输占的份额较大（具体见施工网络计划之工序循环时间计算）。釆用三臂凿岩台车，打眼受钻机工作效率的限制已无多少潜力可挖，只能从提高反应速度和减少三个臂

4、相互干扰上挖潜力。原标书中虽为门架式钻孔台车，但根据本工程的地质情况和多工程的实践，我们觉得本工程不适合门架台车的施工，因为门架台车机动性能差，体积大、需要较好的围岩条件，遇到高压地下水、岩爆、局部塌方处理速度慢，影响掘进速度。但为了响应招标文件，我们的设备表中只能列门架台车。故我们决定调整为釆用占用空间较小、机动性能好、施工速度快、施工适合能力较好的Allas三臂凿岩台车作为主力机械。而出磧运输与通风时间可挖的潜力很大，通过稍微加大洞室断面可进一步提高掘进速度，解决有轨运输掌子面与车站两股道相互错车的要求，并解决与大型机械进出场互相干扰的问题，节省了待避时间。满足相互错车的空间要求后，出渣主

5、要受运输距离的影响很大，我们计划加大运输设备的投入。以一个掘进循环的运输量，不间断的装车来反算运输设备的方法进行运输设备的配置。这样就能够不考虑运输距离的影响，达到该种施工方案的速度最快。方案一釆用SS16DB梭式矿车重载、轻载分道行驶可大大提高出値速度，满足限界的要求是7.8m,具体见（附图1洞内车辆限界布置图）。方案二釆用当前国内装値量最大的SS16DB梭式矿车，在洞内设单股道，每1.5-3公里增加回车车站，掌子面设双股道，并在A、B洞间通过横通道进行路网连通以满足调车、会车的需要，宽度需加宽至7.0m（附图2洞内车辆限界布置图）。釆用方案二要充分满足快速运输的需要，可釆用铁路自动闭塞系统

6、，但费用高昂，若釆用手动系统，效率相对要降低，同时需配备较强的通信联络系统、照明信号系统和强有力的人员调度组织机构。宽度增加对各种大型机械的安全快速地错车极为有利，同时提高各种机械设备的反应速度。当前因为A、B洞设计断面均较小，无法满足三臂凿岩台车高效率运转的要求（受人员操作熟练程度、默契程度及相互间安全限界的影响），适当增加断面面积可减少三臂相互干扰的矛盾（如宽度釆用7.0m）同时我们再次建议断面形式改直墙式为曲墙式,有利于爆破和洞身围岩的稳定，对削弱岩爆强度有一定的作用，并且曲墙比直墙更能充分发挥喷锚支护的效果。当前边墙围岩节理较发育，光爆效果差，釆用曲墙可大大改善光爆效果。原设计横通道间

7、距过大，不利于机械设备（如空压机、变压器）和材料的进洞以及机械车辆的停放。同时也不利于两洞间设备的调动和紧急情况下的逃生。为加快工作效率，大型机械车辆和设备应放在离工作面最近的横通道内以减少反应时间。支护措施设计相对薄弱，外籍专家提出了一些设计修改意见。尤其是遇到不良地质（如岩爆、渗漏水、断层破碎带），如不进行强支护，将直接影响到施工速度和安全。2、巷道式通风影响施工速度9.5km长小断面隧道通风问题是本工程的又一大难题,且不具备施作通风竖井的条件，随着施工速度和进度的不断增加，通风将越来越成为制约施工速度的重要因素，隧洞进尺2.5km后将在A、B洞间进行巷道式通风。因为通风距离长、隧道断面小

8、、通风阻力大，再加上设置风门后每车通过都需开启风门（约5min一次），直接影响通风质量和运营速度。根据多年的施工实践和技术资料，利用巷道式通风风门方案鲜有成功案例。每循环通风时间预计要达到60-90分钟。所以通风将成为制约工程进度的第二要素。3、电力供应不足当前电力供应电压偏低，空载电压为400V,设备投入运行时电源电压仅为370V,线路终端则更低，无法满足现阶段设备满负荷运转的需要。现在到场的大型设备如三臂凿岩台车、湿喷机、挖掘装载机等均在闲置，造成极大的资源浪费和生产成本的增加，甚至调试、试验和培训都因电压太低而无法正常进行。大型设备投入运营后，尤其是无轨转有轨后，电瓶车的投入运营，此时对

9、用电负荷和电压要求将更高，电力供应将成为制约施工进度的一项重要因素。再加上该区域内电力线路地处山区，洪水、滑坡等灾害时有发生，影响电力供应的人为和自然因素太多。三、实现快速掘进的必要条件1、大型机械设备配套1.1、掘进：BOOMER353E三臂凿岩台车3台（备用1台）1.2、装値：ITC312H挖掘装载机240m3/h3台（备用1台）1.3、运输车辆：牵引车CDXT-12蓄电池电瓶车24辆梭矿车SS16DB搭接式梭矿车16m340辆後运输车2辆1.4.湿喷机：MEYCO2台1.5、注浆：PH250高压注浆机2台1.6、超前地质钻机：自动化地质勘察钻机+自动灌浆系统2台1.7、超前地质预报：TS

10、P203，1台1.8、短距离地质预报：地质雷达2台1.9、备用电源1200kw发电机组1组以上机械均为国际先进产品，具有自动化程度高，工作效率高等特点，且均为新购，能够满足隧道快速施工的需要。2、适合快速掘进的设计变更建议2.1扩大洞室断面，釆用7.0mx7.4m曲墙式断面：具体见附图洞室断面图，横通道间距300m左右，八字形布置。2.2、改变支护设计参数：II类围岩：随机锚杆（3.5m）、格栅钢架加喷钢纤维砕（20cm）支护，详见“图3II类围岩支护图”。III类围岩：系统锚杆（4.0m）、格栅钢架加喷钢纤维股（20cm）支护，详见“图4III类围岩支护图”。IV类围岩：系统锚杆（4.0m）

11、、格栅钢架、喷钢纤维後（20cm）支护加模筑砕衬砌和固结灌浆，详见“图5IV类围岩及富水地段支护图”。V类围岩及断层破碎带：系统锚杆（4.0m）、型钢拱架、喷钢纤维後（25cm）支护加模筑砕衬砌和固结灌浆，详见“图5V类围岩及断层破碎带支护图”。岩爆段：系统锚杆（4.0m）、钢格栅或型钢拱架、喷钢纤维後（25cm）支护，详见“图7岩爆地段支护图”。渗漏水段：同IV类围岩。系统锚杆釆用膨胀锚杆，利用膨胀剂可使锚杆快速发生效力，并旦可大大节约锚杆作业时间。格栅钢架釆用套接方案，允许支护发生一定的变形，以防止在高地应力作用下发生大的收敛变形时使支护发生脆性破坏。2.3、施工通风：施工通风釆纳业主意见

12、，A、B洞间釆用巷道式通风，在B洞一侧施工一吸风洞,在吸风洞与B洞洞口间设两道风门，新鲜空气自吸风洞吸入在B洞经射流风机传递至B洞掌子面，B洞掌子面污浊空气经轴流风机、同管通过横通道传递至A洞排出，A洞掌子面新鲜空气由设于横通道内的轴流风机自B洞吸入，经风管传递到A洞掌子面。A、B洞内新鲜和污浊空气由调设在洞顶的射流风机进行传递，每1.5km设一组射流风机，每组风机由8台射流风机组成，每断面2台，相互间距lOOmo该通风方案不如原研究报告通风方案（利用横洞并通过斜井贯穿至华东院PD1探洞作为新鲜空气的进风洞）通风质量优。3、加强管理和技术攻关，努力实现均衡生产3.1、加大科技开发力度，增加超前

13、地质预报频度和预报手段加大科技开发力度。本隧道地质复杂。深埋、高地应力、岩爆、有害气体、超长距离独头掘进、超长距离独头通风、超高压地下水等均是技术难题。尤其超高压地下水的探明与封堵技术难度已达国际水平。为保证安全、快速的施工，实现早建成、早投产、早收益，必须组织强有力、高水平的技术专家组进行现场施工技术保障和技术支持。为此，我们除聘请国内高等院校、科研机构及施工专家外还与奥地利阿尔皮内建筑股份有限公司进行技术合作，为本工程的顺利施工提供强有力的技术支持。作好超前地质预报，对可能出现的不良地质提前作好应对准备，防患于未然。为提高超前地质预报的准确性，要增加超前地质预报的频度和釆用相对应的预报手段

14、。如利用TSP2O3,进行远距离（100m）超前地质预报，再辅以地质雷达进行短距离（20m）预报并相互印证，对预报结果有地质灾害隐患时再加上钻灌一体机进行超前钻孔（该机械可在遇高压地下水时自动封堵并利用自带的高压注浆设备进行孔内注浆，防止高压突水事件的发生）。加强管理、科学组织确保均衡高速生产项目部执行现场跟班作业制度，合理安排各工序之间的衔接。现场安排专职调度人员负责工序协调，确保各工序成为有机的整体。组织技术培训，各工序领班、机械操作人员能够熟练地处理各种工况，充分发挥机械设备的效率。加强后勤保障，主要机械零配件、主要材料要有充足的储备，确保不因机械故障、材料短缺等因素影响施工进度。以先进

15、的施工技术支持高速的开挖掘进和施工安全。技术工作以服务生产第一线为准则，合理安排各工序平行作业，优化开挖爆破技术参数。以经济激励为手段，充分调动全体施工及管理人员的积极性。重奖在进度、质量、安全生产中的有功人员和实行联产计酬的方法激发员工的生产和管理积极性，最大限度的促进生产。3.3、制定紧急事件处理预案，减少突发事件的发生，缩短处理时间本工程紧急事件可能较为突出，尤其是高压地下突水事件的预防和处理将直接影响到辅助洞施工的成败，应制定切实可行的措施应对措施以保证辅助洞施工的顺利进行。施工过程中我们要根据设计及施工中的实际情况，制订各种突发事件的处理方案,报业主、设计、监理多方研究批准后实施（见

16、相关部分）。4、满足快速掘进的电力供应大型设备（如三臂凿岩台车、湿喷机、钻灌一体机、挖掘装载机）投入运营后，尤其是无轨转有轨后（电瓶车等投入运营），高峰期用电量将高达3200kw（具体见设备用电量清单），进口设备要求终端输出电压达到400V尚能满足机械正常运转的要求。为保证各种设备快速高效地满负荷运转，最大限度地减少或降低影响电力供应的各项不利因素，建议釆用双回路供电，供电保证率100%,提高用电负荷和电压，满足各种大型设备正常运转的要求。为防止停电事故的发生，建议釆用1800kw的发电机组作为备用电源。5、改善工作程序以利快速掘进为达到快速掘进的目的，必须打破常规、按部就班的工作程序，急事急

17、办、特事特办，通过快速、简洁、高效的工作程序满足快速掘进的需要。6、完善合同条款，简化不良地质处理费用和预备费用使用手序因为在施工过程中，各种突发事件瞬息万变，必须提高反应速度，从战略高度上进行资金、人员、设备投入，而合同规定对不良地质的处理手续烦琐，容易贻误战机，酿成灾难性后果，同时不利于资金的及时合理调配。建议将不良地质处理费用和预备费按总投资比例直接按月予以批复，以保证突发事件的及时有效的处理。四、施工网络计划（按快速掘进施工建议）施工循环说明：在理论上满足每循环进尺越深（满足掏槽眼的要求）的前提下，同时机械设备运转效率正常（眼太深机械效率将降低），此时的每天循环次数相对少，但施工速度最

18、快。因为每循环之间在实际操作过程中，不可避免地会出现脱节问题造成时间浪费。能够说在人员精力充沛的前提下，工序循环越少，施工效率越高，同时生产成本越低。因为在施工过程中遇到的地质性质不同，从而决定了循环进尺的最大限度。根据我们以往的施工经验,在全断面钻爆掘进施工中（III类围岩以上），循环进尺以3-5m为宜，每天2-4个循环为佳，以3个循环为最佳，因为3个循环时人员的生活作息有规律，人不容易疲劳，能够将人的精神、体力发挥到极致。1、工序循环时间计算该工序循环时间是以没有出现不良地质及其他各项突发事故为前提。1.1以III类围岩为例：开挖断面45m2,循环进尺4米，每循环出磧量45x4x1.35=

19、24311?。1.2开挖运输机械设备配备：掘进设备：BOOMER353E三臂凿岩台车，4.5米深钻孔工作效率为4miM臂，3台（一台备用）装應：ITC312H3挖掘装载机，工作效率240m3/h,3台（一台备用）运输车辆：牵引车CDXT-12蓄电池电瓶车，20辆（4辆备用）装料车SS16DB搭接式梭式矿车，40辆（8辆备用）1.3循环时间计算1.3.1测量放线：15min1.3.2打眼、锚喷与拆铺轨道（包括69个系统锚杆眼）：（110+23x3）3x4min=239min1.3.3装药：20min1.3.4爆破、通风、找顶：50min1.3.5装车：llmin/2节（280?）2434-28=

20、9（列）9x11min=99min调车36min合计135min1.3.5运输：往返一次平均按12公里计算，运输速度按8km/h,辆电瓶车拖2节梭矿车，每次运値按虚方28n?考虑。243m328n?/趟二9趟往返一次时间为：12km4-8km/hx60min/h=90min卸値：3min/趟电瓶车按8列拉16节梭矿车计，车于车之间间距为12km-8=1.5km5km4-8km/hx60min/h=11.25min25min+3min=14.25min14.25minx9=128min1.3.6运输、装车时间按135min考虑1.3.7超前地质预报TSP203远距离预报：120m预报一次，每次占

21、用循环作业时间30min地质雷达近距离预报：10-20m预报一次，每次占用循环作业时间20min,按每天预报一次。超前地质预报（TSP203）每天占用循环作业时间为：45min（12072）=4.5min/天合1min/循环地质雷达近距离预报每天占用循环作业时间为：30min；合lOmin/循环1.3.6合计：459min+15min=474min合8h合每天3.0个循环每天循环进尺：3.0 x4m=12m每月进尺：12m/dx28d=336m（即月进尺约330-340m/月）此外考虑到在施工过程中不可避免地要遇到一些地质灾害（强岩爆及高压水除外），处理地质灾害不可避免地要降低施工速度，为最大

22、限度地保证施工速度，可施工一小断面超前平导再开辟一个工作面，以追回辅助洞因处理地质灾害而损失的进度。2、施工网络计划辅助洞A线开挖支护：2004-6-132006-6-15；辅助洞B线开挖支护：2004-6-132006-6-30；2.3路面、水沟及其他附属设施安装等：2006-6-152006-11-30为了保证路面质量和减少施工干扰，我们经过研究讨论后一致认为：公路路面仍在贯通之后再集中时间铺设。因为铺设混凝土路面时仍有少量落底石方需要爆破作业，仅能够撤除一条交通洞的临时轨道，道路简易通车，待一条道路路面铺设后再铺设另一条道路的方案。五、主要施工方案概述1、爆破施工方案隧道施工按新奥法原则

23、组织施工，实施光面爆破、喷锚支护、围岩量测、洞口段及IV类围岩段复合衬砌。采用三臂钻孔台车钻孔，人工装药爆破，ITC312挖掘装载机装価,电瓶车驱动梭矿车有轨出磧。IIIII类围岩及洞口段采用全断面开挖；V类围岩采用短台阶法开挖，根据围岩情况和掌子面的情况，必要时预留核心土开挖。横通洞釆用多功能台架人工风枪钻孔全断面开挖。2、出磧运输施工方案出應运输釆用有轨运输方案，洞内布置单线（断面形式釆用7.0mx7.4m）,用梭式矿车运输洞値到转應场码头卸値，然后用装载机装値，自卸车运输至弃値场。轨道釆用43kg/m轨，轨距900mm,掘进掌子面、衬砌台车附近铺设6#浮放道岔,浮放道岔随相对应作业面及时

24、移动。洞内距掌子面300m、区间每隔1.5-3km设一组渡线道岔并在A、B洞间通过横通道进行路网连通以满足调车、会车的需要，提高运输效率。3、通风施工方案利用A、B洞进行巷道式通风施工通风釆纳业主意见，A、B洞间釆用巷道式通风，在B洞一侧施工一吸风洞,在吸风洞与B洞洞口间设两道风门，新鲜空气自吸风洞吸入在B洞经射流风机传递至B洞掌子面，B洞掌子面污浊空气经轴流风机、同管通过横通道传递至A洞排出，A洞掌子面新鲜空气由设于横通道内的轴流风机自B洞吸入，经风管传递到A洞掌子面。A、B洞内新鲜和污浊空气由调设在洞顶的射流风机进行传递，每1.5km设一组射流风机，每组风机由8台射流风机组成，每断面2台，

25、相互间距100mo该通风方案不如原研究报告通风方案（利用横洞并通过斜井贯穿至华东院PD1探洞作为新鲜空气的进风洞）通风质量优。施工通风按工程进展情况划分为三个阶段：第一阶段：辅助洞A、B洞开挖深度1500米前釆用单管压入式通风；第二阶段：辅助洞A、B洞开挖深度1500米至2500米之间，釆用单管压入式通风辅以射流风机加速污浊空气的排放，射流风机置于洞顶，位置设在洞内1.5km曲线处,每组风机间距100-120m；第三阶段：辅助洞A、B洞2500m以后，利用B洞吸风洞进行巷道式通风，B洞进新鲜空气，A洞进行污浊空气的排放。B洞掌子面污浊空气经轴流风机、风管通过横通道传递至A洞排出，A洞掌子面新鲜

26、空气由设于横通道内的轴流风机自B洞吸入，经风管传递到A洞掌子面。六、改善工作程序以利快速掘进为达到快速掘进的目的，必须打破常规、按部就班的工作程序，急事急办、特事特办，通过快速、简洁、高效的工作程序满足快速掘进的需要。现阶段按合同规定的工作程序反应速度相对快速掘进的需要比较迟缓，手续烦琐,一些规范要求、监理程序在某些方面制约了掘进速度的提高，建议建立一套满足快速掘进需要的业主、设计、监理和施工单位工作程序和应急机制，最大限度地满足快速掘进的需要。七、确保引水洞施工工期的合理化建议隧道施工受各种不可知因素的影响，施工生产一帆风顺是不现实的，再加上各种不可抗力因素的干扰，保持平均每月独头掘进330

27、m-340m的高产量是很困难的。为保证四个引水洞顺利提前贯通开工，为锦屏水电工程按期发电创造条件，建议四个引水洞通过辅助洞的通风横洞分段提前开工，这样即使辅助洞不能提前贯通仍能使四条引水洞按期发电，从而将风险降低至最低限度，同时四条引水洞同时提前施工对绕避、处理高压地下水也是极其有利的。八、经济分析辅助洞原设计与快速掘进方案经济分析比较见下表：序号项目增加投资（元）备注1快速掘进设计52605417AB洞巷道通风21800km发电机组5000000停电时启动3人员700人x50元/人x365天x2=2555000100人X3500元/人.月X12月x2=8400000提高待遇、增加预备人员4设

28、备6600000增加设备配件5奖励100000元/天x365天=365000006增加射流风机112台x100000元/台=112000006国际技术咨询10000000合计132860147要加快施工进度，资金的及时到位和整体合理调配至关重要，而对不良地质的处理成功与否是辅助洞能否成功贯通的关键。因为在施工过程中，各种突发事件瞬息万变,必须提高反应速度，从战略高度上进行资金、人员、设备的投入，而合同规定对不良地质的处理手续烦琐，容易贻误战机酿成灾难性后果，同时不利于资金的及时合理调配。建议将不良地质处理费用和预备费按总投资比例直接按月予以批复以保证突发事件的及时有效的处理和各种预案的实施。辅助洞原设计与快速掘进方案工程量对比表（估算值）项目单位辅助洞原设计工程量快速掘进方案工程量工程量差值（快速掘进-原设计）单价（元）合价（元）备注洞室开挖M375980081684457044131.0674