地下洞室开挖施工

1、- -第18章地下洞室开挖施工18.1概述18.1.1主要施工项目及工程量本标段地下洞室工程施工项目主要包括:泄水坝段180m高程坝基排水隧洞、273m高程岸坡灌浆平洞开挖、支护及混凝土浇筑等。本标段地下洞室工程施工平面布置见附图XJB/0562-T-18-01,主要特性见表18-1。表18-1地下洞室特性表名称断面形式开挖断面尺寸m(宽X高长度b)(m)开挖起点高程(m)终点高程(n)坡度(%)备注岸坡灌浆平洞城门洞型5.0X5.386.69272.20275.7405洞口位于右5鞋坝段边坡73m高程坝基排水洞城门洞型4.7X4.9737.90179.40179.40/位于泄水坝段坝基底部高

2、程本标段洞室工程开挖支护施工主要工程量见表18-2。表18-2地下洞室开挖支护施工主要工程量工程项目单位灌浆平洞坝基水洞合计石方洞挖m320651710419169井挖m3/17801780二次扩挖m320010001200砂浆锚杆血2,L=3m根52110871608锚杆25,L=4.5m根3518401875挂网410(X100t2.57.510.0喷砼C25m3801858193818.1.2工程地质坝址位于向家坝峡谷河段出口处,河流大体自西向东流,河谷形态呈不对称的“U”型，底宽500m左右。常年河水位266.50m时，主河槽在右侧，水面宽度160220m，水深310m。坝址河床基岩顶

3、板的总体形态是下游高上游低、中间高两侧低。河床基岩顶板略微倾向上游，并且在两侧存在较连贯的凹槽。坝址区涉及的地层有三迭系上统须家河组(T)、三迭系中统雷口坡组(T)、3xj21侏罗系中下统自流井组J)及第四系(Q)，其中在坝址区出露的基岩主要为三迭1-2z系上统须家河组(T)的砂岩夹泥质岩石，系一套河湖、沼泽相沉积的砂岩、3xj泥岩含煤地层，岩性岩相变化大，交错层理发育。主要建筑物地基岩石(或围岩)以细至中粗粒砂岩为主，仅夹少量泥质岩石；两岸边坡部分涉及泥质岩石。砂岩的主要矿物成分为石英、长石及岩屑，泥质岩石的粘土矿物以伊利石和绢云母为主。坝址区最大的结构面为立煤湾挠曲核部的岩层陡倾带，是一个

4、挤压破碎带，延伸长度达数百米。该陡倾带斜穿坝基，在坝踵部位宽80m左右，坝趾部位宽约150m。其次为一些小型断层，一般延伸200300m，个别长500600m，断层破碎带宽度多在lm左右，少数可达510m。高程180m坝基排水洞围岩主要为砂岩，主要持力层是T32-2、T32-3、T32-4亚组，并穿过JC2-8夹层和f22、f23、f30断层。围岩总体属中等透水(lOLuWqVlOOLu),透水性主要受断层、夹层和节理裂隙控制。围岩水平埋深小(距坝基顶面2050m)，受结构面影响，岩体较破碎，渗透性较强。围岩以II类、III2类为主，局部为W、V类。l8.2施工重点与难点围岩条件差，存在W、V

5、类围岩，在开挖过程中必须采取科学施工方法确保施工安全，同时加强围岩安全监测，建立安全预报制度，开挖过程中根据开挖部位和地质条件，及时根据要求设置安全监测点和围岩收敛监测断面，及时沟通信息，以便调整开挖钻爆程序和钻爆参数，减轻开挖爆破对围岩稳定的影响。故软岩的开挖是本洞室开挖的首要重点和难点。坝基排水洞位于地下富水层，围岩渗透性较强，开挖过程中采取“以防为主、堵排结合、综合处理”措施，确保施工安全。故加强防水处理，是本洞室开挖的重点之一。坝基排水洞距坝基顶面较近(约2050m)，排水洞开挖时(特别是楼梯间竖井)大坝正在进行混凝土施工，爆破振动对新浇混凝土影响较大，必须采取爆破控制措施防止对新浇混

6、凝土的影响。故爆破振动对新浇混凝土影响是本洞室开挖的重点之一。(4)灌浆平洞进洞口位于右非5坝段建基面，出洞口与地下厂房第三层灌浆廊道平面交叉；坝基排水洞的横向交通洞与上、下游纵向排水洞及楼梯竖井和集水竖井交通洞与上游纵向排水洞存在平面交叉口，楼梯竖井、集水竖井和排水洞均存在立体交叉，岩隔墙厚度最小仅3.05m。对这些特殊部位必须采取科学施工方法，在建基面洞口段、交叉口采取加强支护，开挖按照“短进尺、多循环”的原则施工，加强控制爆破和监测及数据反馈，确保安全施工。故建基面洞口段、平面及立体交叉口等特殊部位的开挖，是本洞室开挖的重点之一。围岩系砂岩、泥岩含煤地层，同时排水洞布置弯道多、洞线长、断

7、面尺寸小，其地下开挖作业的卫生标准以及通风、防尘和防有害气体(H2S、瓦斯等)的要求高，是本洞室开挖的难点之一。本地下工程包括洞挖和井挖，洞室开挖断面小，出渣困难，需多次转渣。灌浆平洞拟采用3m3装载机端至洞口后再转至指定渣场，排水洞拟采用小型梭车运至施工竖井井底后转至罐笼再提升至井口，最后转至指定渣场。故出渣困难是本洞室开挖的难点之一。（7）泄水坝段深孔坝基固结灌浆（孔深4070m）大部分穿过坝基排水洞，且固结灌浆与坝基排水洞开挖施工时段难以错开，同时存在爆破振动对新固结灌浆的影响。为了保证大坝混凝土施工进度，采取先施工坝基排水洞30m范围以内的固结灌浆，同时控制单段起爆药量，减少开挖与灌浆

8、施工之间的干扰；对于局部难以错开的洞段，采取在洞深衬砌后在洞内补灌的措施。故深孔坝基固结灌浆与坝基排水洞开挖之间的干扰，是本洞室开挖的又一难点。（8）泄水坝段坝趾帷幕线与坝基排水洞最小距离不足10m，如果洞挖进度滞后将导致部分洞段与帷幕施工存在干扰。根据洞挖施工进度计划，拟采取优先施工泄水坝段左侧部位，错开施工干扰。故坝趾帷幕与坝基排水洞开挖之间的干扰，也是本洞室开挖的难点之一。18.3开挖程序根据本工程的施工特点，施工程序按以下原则考虑：（1）273m高程灌浆平洞位于江面水位以上，截流后先进行通往洞口的施工通道开挖，洞脸开挖及锁口支护后进行主洞开挖支护。（2）坝基排水洞在基坑排干水进行施工通

9、道开挖，然后进行主洞开挖支护，楼梯间竖井在该部位大坝基岩面开挖至设计高程（205m）后先开挖支护上部至少10m范围（条件允许开挖支护完全部20m深度）；优先保证上游纵向排水洞开挖支护至楼梯间竖井，以改善洞内通风排烟条件。（3）洞（井）口开挖施工前，采取锚杆锁口等有效防护措施，确保工程施工的安全。（4）洞（井）随机支护施工紧跟开挖面，系统支护滞后开挖掌子面距离不小于30m，与开挖平行作业，不良地质带先进行超前支护，开挖后及时进行喷锚网钢支撑复合支护。（5）由于洞（井）断面较小，为了减少施工干扰，混凝土衬砌在洞（井）开挖支护完成后施工。（6）由于开挖地层含煤层，所有施工机械均装配防爆装置。依据上述

10、原则，本标洞（井）施工程序见图18-1：18.4施工布置18.4.1施工通道布置（1）273m高程灌浆平洞施工通道（2）180m高程坝基排水洞施工通道18.4.2风、水、电供应布置（1）施工供风273m高程灌浆平洞采用20m3/h移动式电动空压机，排水洞采用DN100钢管接坝基和消力池开挖系统风管至主洞口，洞内采用DN50钢管跟进供风，作业面采用高压橡胶管供风。（2）施工用水灌浆平洞和排水洞均采用DN80钢管接坝基开挖系统供水管至洞口，洞内采用DN50钢管跟进供水，作业面采用高压橡胶管供水。（3）施工用电洞内用电分动力用电和照明用电两种，主要为洞内开挖支护和洞内施工照明用电。灌浆平洞和排水洞洞

11、室施工用电由坝基开挖施工供电系统供电。进洞电线采用优质绝缘电缆，动力电缆和照明电缆分开敷设，用瓷壶固定在洞侧岩墙上。地下施工照明按水工建筑物地下开挖工程施工技术规范DL/T5099的规定执行。灌浆平洞及排水洞因环境较潮湿，为了保证安全，采用36V安全电压作为洞内照明电源。在隧洞口安装220/36V、4kVA行灯变压器，在墙壁上敷设BLX2x35导线，导线用瓷瓶固定在隧洞壁上。每隔5m安装36V、60W节能灯1盏。在洞挖施工部位附近的洞壁上安装2套3.5kW的移动式金卤灯加强施工部位的照明，安装高度2.5m，电源线采用VV22-3x10+1x6低压电缆。在施工点适当位置布置应急灯，作为应急照明。

12、照明配电箱选用XXM型带漏电保护功能的产品。18.4.3施工通风、散烟和除尘灌浆平洞采用自然通风，排水洞根据开挖进度和施工实际情况，配置通风设施，拟配备2台55X2kW轴流式通风机。风机布置在洞口，接800柔性风筒至洞挖作业面30m处进行压入式通风，风筒均挂在顶拱上。除采用机械设备通风以外，再辅以综合治理措施：（1）所有施工挖、出渣机械均采用电力驱动，减少污染源；（2）距掌子面10m范围洒水除尘。18.4.4施工排水灌浆平洞主要利用坡降自流的方式将洞内积水排至洞外，而后经洞外排水系统排走。排水洞采用7.5kW水泵将施工废水抽排至闸室交通洞排水沟排走。18.5施工方法及施工工艺说明18.5.1洞

13、挖施工本标隧洞均采取全断面开挖成型、支护跟进的施工方法，其施工程序和方法见投标文件附图。采用YTP-28气腿式钻机在自制平台车上造孔，孔径42mm,孔深2.5m,掏槽孔和崩落孔采用32mm乳化炸药，连续耦合装药；周边孔采用直径25mm乳化炸药，间隔不耦合装药。采用非电起爆网络，非电毫秒雷管和导爆管，导爆索传爆。钻爆设计见投标文件附图，洞挖施工工艺流程见图18-2。图18-2循环施工工艺作业流程图测量放样（1）导线控制网测量采用LeicaTCR1102全站仪进行，施工测量采用LeicaDI2002红外光电测距仪配LeicaNI2水准仪进行。（2）测量作业由专业人员实施，每个循环钻孔前进行设计规格

14、线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底。（3）放样内容包括：隧洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔10m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。钻孔（1）由熟练的风钻手严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业。造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。（2）分区分部位定人定位施钻，熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。钻孔过程中要保证各炮孔相互平行，掏槽孔和周边孔严格按照掌子面上所标孔位开孔施钻，崩落孔孔位偏差不大于5cm,崩落孔和周边孔要求孔底落在同一平面

15、上。（3）炮孔造完以后，由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。装药爆破（1）在钻孔工序开始时，按照爆破设计要求提前进行光爆药卷的加工、炮孔堵塞物加工成型（把沙灌入塑料袋并绑扎好）、各种规格药卷以及各种段别雷管的准备。（2）炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞、和引爆线路的联接，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。（3）装药严格遵守安全爆破操作规程，装药前用风水冲洗钻孔，掏槽孔由熟练的炮工负责装药，周边孔采取空气间隔装药，导爆索串接。（4）装药严格按照爆破设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行，掏槽孔、扩槽孔和

16、其它爆破孔装药要密实，堵塞良好。（5）药装完后，由炮工和值班技术员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，炮工负责引爆。（6）炮响20分钟后炮工先进入洞内检查是否有瞎炮，若有则迅速排除，然后才能进入下一道工序。（7）光面爆破要求：残留炮孔在开挖轮廓面上均匀分布；完整岩石炮孔痕迹保存率在80%以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存率不少于50%，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20%；相邻两茬炮之间的台阶最大外斜值不大于10cm；相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙；18.5.1.4安全处理（1）通风散烟后，钻工站在渣堆上对顶拱和掌子面上的松动危石和岩块进行撬挖清除。（2）

17、钻孔前由人工站在台车平台上手持刚钎敲帮问顶，撬挖排除松动岩块，确保钻孔安全。（3）施工过程中，经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。18.5.1.5出渣灌浆平洞采用3m3装载机端至洞口后装20t自卸车运至指定渣场。排水洞采用1.8m3装载机端至井底后转入罐笼，在提升至井口集渣，再由3m3装载机配20t自卸车运至指定渣场。（采用人工配斗车转渣）18.5.1.6撬挖、清底出渣完毕后，采用反铲对掌子面进行撬挖，把松动岩石处理干净，最后将底部浮渣清除干净，以利下一个循环造孔。18.5.1.7通风散烟出渣过程中一直启动通风设备通风，出渣前和出渣过程中对开挖面爆破渣堆洒水除尘，所有进洞

18、车辆均安装尾气净化器，使洞内有害气体和粉尘含量在规范允许范围内。18.5.2特殊部位洞挖施工措施（1）建基面洞口段开挖灌浆平洞开挖前，先进行锁口锚杆施工，锁口锚杆沿开挖设计轮廓线外侧50cm、130cm布置两排，规格为25mm,L=4.5m，间距0.8m；建基面灌浆平洞施工时，洞口段30m范围内，必须加强控制爆破。洞挖全部过程中,对周围建基面的振动影响满足质点振动速度不大于10cm/s的要求,施工过程中加强监测,并将监测结果及时报送监理人。（2）隧洞平交口的开挖平交口开挖应按照短进尺、多循环的原则施工；平交口支护应紧跟开挖作业面,根据开挖揭示的地质条件,采用长锚杆、钢筋网喷混凝土、钢支撑、混凝

19、土衬砌等方式加强支护,加强支护范围要大于平交口应力影响区域（一般平交口弧线外6m左右）。平交口施工应尽量减小对主洞运行的影响。施工过程中,根据具体情况进行必要的安全监测,根据监测数据分析成果,指导开挖、支护。（3）隧洞立体交叉部位的开挖楼梯竖井、集水竖井和排水洞均存在立体交叉,岩隔墙厚度最小仅3.05m，立体交叉部位施工应遵循相关规范规定。立体交叉处岩隔墙厚度最小仅3.05m，开挖支护时采取控制爆破措施，同时对交叉处结构加强支护、加强衬砌等措施，质点振动速度满足招标文件技术条款要求。立体交叉处开挖时，加强监测及数据反馈，以便确定后续开挖方案。18.5.3不良地质段施工措施（1）当破碎带内充填软

20、塑状断层泥或特别松散的颗粒时，采取超前锚杆或超前小导管以及超前管棚法超前支护。若出现大量涌水，则采取排堵结合的治理措施。（2）采用浅钻孔、弱爆破、多循环的施工方法，严格控制炮眼数量、深度及装药量，尽量减少爆破对围岩的震动。（3）采取超前锚固，一掘一支护，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后再打系统锚杆、挂网、喷混凝土，必要时设置钢拱架（或格栅支架）支撑。（4）对地下水活动较严重地段，采取小导管预注浆或全封闭深孔固结止水注浆进行综合治理。（5）加强施工安全监测，勤检查和巡视并及时分析监测成果和检查情况，掌握围岩应力应变情况，及时采取行之有效的支护。18.6施工进度及强度18.6.1洞挖单循环进尺安

21、排灌浆平洞、排水洞洞挖初拟循环进尺2.0m，灌浆平洞单作业面，每天2个循环，日进尺4m,每月按25天有效日考虑，月进尺100m。排水洞按双作业面考虑，每天1个循环，日进尺4m洞，每月按25天有效日考虑，月进尺100m。其工序作业时间安排见表18-3。表18-3灌浆、排水洞洞挖循环作业时间表施工工序测量布孔钻孔装药爆破通风散烟安全处理出渣清底其它合计作业时间(h)0.53.00.50.50.53.50.59灌浆洞洞挖初拟循环进尺1.6m，每天2个循环，日进尺3.2m，每月按25天有效日考虑，月进尺80m。18.6.2施工进度安排上游围堰堰顶交通洞、灌浆洞开挖与上游围堰堰肩开挖同期施工，坝基400

22、m高程以下灌浆、排水洞在坝基开挖至相应洞口高程后相继开面施工，400m高程以下抗力体排水洞开挖在水垫塘明挖至355m高程后相继开面施工，衬砌混凝土在相应洞(井)开挖支护完成后施工，工期安排见表18-4。表18-4施工进度计划表名称断面形式断面尺寸(宽X高)长度(m)工期安排备注开挖支护灌浆平洞城门洞型5X5.3m871个月1个月单工作面施工排水洞城门洞型4.7X4.9m7390.5个月0.5个月双工作面施工每月日历天数按0日计算18.6.3洞挖施工强度分析根据施工进度安排，灌浆洞洞挖工期按排1个月，强度为2705m3/月；排水洞开挖两个工作面同时掘进，强度为4860m3/月。18.7主要资源配

23、置计划18.7.1主要机械设备配置本标段洞室施工主要施工机械设备配置见表18-5。表18-5主要施工机械设备表-序亠设备名称型号、规格单位数量厂家功率(kw)拟用于施工部位到达现场时间一序口亠设备名称型号、规格单位数量厂家功率(kw)拟用于施工部位到达现场时间1气腿钻YTP-28台24天水风动灌浆平洞排水洞2009.012自制平台车台4灌浆平洞排水洞2009.013侧卸装载机WA-3802.3me)台1日本小松135灌浆平洞2009.014扒渣机LW-120台1江西鑫通45排水洞2009.085小型梭式矿车SDB6台2江西鑫通13排水洞2009.086蓄电池式电机车XK5-6.7.9/90-A

24、台1江西鑫通7.5x2排水洞2009.087自卸汽车15t台5重庆172灌浆平洞排水洞2009.018龙门吊20t台1自制45排水洞2009.059升降机8.3t（含轨道）套1自制排水洞2009.0510罐笼6m3套1自制排水洞2009.0511卷扬机JJM-20套1黄石60排水洞2009.0512湿喷机TK961台2成都岩锋12灌浆平洞排水洞2009.0113注浆机MZ-1台2长沙矿山7.5灌浆平洞排水洞2009.0114混凝土搅拌运输车HJC5260GJB($m台3湖北建机250灌浆平洞排水洞2009.0115电动空压机GA25O-8.5(40/min)台2阿特拉斯209灌浆平洞排水洞20

25、09.0116轴流式通风机DK40(B)NO16台1天津2X55灌浆平洞排水洞2009.0117便携式瓦斯检测仪JCB4台3煤炭研究所灌浆平洞排水洞2009.0118离心泵IS125-100-315台2重庆110排水洞2009.0519潜水泵台5排水洞2009.0520全站仪LeicaTCR402台2瑞士灌浆平洞排水洞2009.0121箱式变压器800/10/0.4台1成都2009.0118.7.2劳动力计划劳动力计划见表18-6。表18-6劳动力计划表序号名称单位数量序号名称单位数量1钻工人489机械工人102灌浆工人810空压工人83混凝土喷射手人411电工人44混凝土工人812修理工人4

26、5木工人413电焊工人46司机人4014辅助用工人307测量人员人415管服人员人148钢筋工人4总计190人，实行动态管理。18.8施工质量保证措施（1）严格按设计图纸、设计技术要求及相关技术规范进行施工。（2）开挖前认真做好爆破设计，并先进行生产性爆破试验，以选择和确定合理的爆破参数，获得比较满意的爆破面和形成光滑的最终开挖断面，使在最小开挖线外的超挖量最小。（3）采用先进的测量仪器和先进的测量控制手段，提高观测效率、观测质量；每次爆破后均进行开挖掘进细部放样，掌子面上用红油漆画出开挖轮廓线，并标定顶拱中心线和两侧腰线。（4）开挖中及时测绘开挖断面，进行测量导线复测，每循环进行测量放样时，

27、均对上一循环开挖断面进行规格检查，并将超欠挖情况及时通知钻孔人员，以便对钻孔角度进行调整，减小超挖，对欠挖的部位及时进行处理，确保洞室的开挖尺寸和规格满足设计要求。（5）在开挖过程中，根据岩石变化情况，经监理工程师批准后及时修正爆破参数，以便尽量减少超挖，做到不欠挖。在不良地质洞段的开挖和洞身交叉口段的开挖严格控制爆破参数，采用小药量爆破，以确保围岩的稳定。（6）周边壁面、扩挖和底板开挖均采用光面爆破技术，确保开挖顶拱、岩壁和底板质量，以便尽量减少超挖，做到不欠挖。（7）钻孔严格按照设计钻爆图施工，各钻手分区、分部位定人定位施钻，每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔偏差不大

28、于4cm/m，爆破孔偏差不大于10cm，以减少超挖和减轻对围岩的破坏。（8）在洞口段开挖时，将采取“短进尺、多循环、弱爆破”作业方式，保证进洞安全，并减少开挖对围岩的影响，及时实施锚杆支护和喷护施工，避免塌方。18.9施工安全保证措施（1）施工人员严格执行操作规程和本岗位安全标准，遵守劳动纪律，进入施工现场，按劳保规定着装和使用安全防护用品，禁止违章作业。（2）施工现场入口处，设置明显的安全管理规定标牌、安全责任人标牌；对现场实行封闭管理，设置安全检查站，禁止无关人员进入施工现场，实行挂牌、登记出入制度。（3）风、水、电、管线、通讯设施、施工照明等布置合理，标识清晰；施工道路平整、畅通，安全标志、设施齐全；施工机械设备定点存放、材料工具摆放有序，工完场清，车容机貌整洁，消防器材齐备、通道畅通。（4）隧洞开挖施工期，建立一套完善科学的洞室施工安全监测体系，定期进行内、外部观测，用观测资料指导施工，根据现场爆破试验确定合理的爆破参数，并依据监测资料的变化及时调整施工程序。掘进过程中遇w、v类围岩时，遵循“短进尺、弱爆破、勤观测、快支护”的原理施工，以保证围岩安全、稳定。（5）钻眼设备要保