水利工程地下建筑工程

第六章地下建筑工程本章主要结合平洞的施工,介绍地下建筑工程施工中的洞室开挖、衬砌施工和喷锚支护等主要问题。第一节地下建筑工程的施工程序施工程序问题涉及到整个地下建筑物施工的全过程,要求在总体规划的基础上,安排各部位、各工种的先后施工顺序，以保证均衡、连续、有节奏地完成各项作业。一、平洞的施工程序开挖和衬砌(支护）是平洞施工的两个主要施工过程．处理好平洞开挖与临时支撑、平洞开挖与衬砌或支护的关系,以便各项工作在狭小的工作面上有条不紊地进行。(一)平洞施工工作面工作面的数目可按下式进行估算。(6-1)式中：［Ｔ]— 平洞施工的限定工期,月;ﻫ L(6-1)— 平洞的全长,m;ﻫ N- 工作面的数目;ﻫ Ｖ—平洞施工的综合进度指标，m/月;ｌｍaｘ—施工支（或竖井)的最大长（或高度ｖ—施工支洞(或竖井)的综合进度指标，ｍ/月。(二)平洞的开挖程序平洞开挖有全断面开挖、断面分部开挖和导洞开挖等方法．（1）全断面开挖全断面开挖是将平洞整个断面一次开挖成洞。衬砌或支护施工,须待全洞贯通以后或掘进相当距离以后进行,并视围岩开挖后允许暴露时间和总的施工安排而定ﻫ 全断面开挖一般适用于围岩坚固稳定，对应ｆ≥８～１０，有大型开挖衬砌设备的情况。目前国内外的全断面开挖高度一般为主要由使用的多臂钻凿岩机或全断面掘进机的工作高度(直径)控制。采用全断面开挖方法洞内工作场面比较大,施工组织因工作面宽而比较容易安排,施工扰也较易解决,有利于提高平洞施工速度。（2)断面分部开挖断面分部开挖推进,分部开挖适用于围岩较差、洞径过大的平洞开挖.如果围岩比较稳定,洞线又不太长,可先分部开挖掘进,贯通以后再进行段以后,将顶拱衬砌支护好，再进行下部开挖，以策安全。分部开挖的主要优点台阶法开挖和导洞法开挖.(三)平洞衬砌或支护施工平洞开挖以后，除地质条件特别好,一般都要进行衬砌或支护。若地质和设备条件允许,应尽量减少断面衬砌的分缝分块数目。(底板）,后衬砌边拱(边墙）、顶拱,或边顶拱一次衬砌；后者先衬砌顶拱,在顶拱防护下衬砌边拱（边墙)、底拱(底板)。自下而上衬砌多用于地质条件较好的场合,自上而下衬砌适合于围岩自承能力较差的情况。一般说来，当平洞沿线地质条件较好,断面不大,洞线不长时,多采用一次开挖或分部开挖成洞,然后进行衬砌支护的方式。如果开挖时遇到局部危岩，平洞，通常是按先拱后墙，先分部开挖拱部，随即在拱部断面中修筑拱圈,然后在拱圈的防护下开挖中部断面,修筑（边墙）和底拱（底板).三、地下厂房的施工程序70多采取多导洞分层施工方法自从鲁布革水电站地下厂房开始,大都采用喷锚支护技术、岩锚吊车梁结构和大型施工机械,简化了分部开挖程序,加快了施工进度.地下厂房施工时通常可分为顶拱、主体和交叉洞等三大部分。在松散破碎的不良地层中施工时,宜采用插钎、插板、喷锚支护或预灌四、竖井和斜井的施工程序水利水电工程中的竖井和斜井包括调压井、闸门井、出线井、通风井压力管道和运输井等。1 竖ﻫ 竖井施工有全断面法和导井法。(1)全断面法 竖井的全断面施工方法一般按照自上而下的程序进行,该法施工程序简单，但施工时要注意：①做好竖井锁口，确保井口稳定；②起重升设备应有专门设计,确保人员、设备和石渣等的安全提升；③涌水和淋水地段要做好井内外防水排水设施；④围岩稳定性较差或在不良地层中修筑竖井,宜开挖一段衬砌一段，或采用预灌浆方法加固后再进行开挖、衬砌;⑤井壁有不利的节理裂隙组合时，要及时进行锚固ﻫ (２)导井法 导井法施工是在竖井的中部先开挖导井,其断面一般为４~５m2,然后再扩大开挖。扩大开挖时的石碴，经导井落入井底，由井底水平通道运出洞外,以减轻出碴的工作量。2.斜ﻫ 斜井是指倾角为6o~4８o的斜洞。倾角小于6o的室,其施工条件与平洞相近，可按平洞的方法施工;倾角大于48o的洞室,施工条件与竖井相近，可按竖井的要求考虑第二节 钻孔爆破法开挖地下建筑物开挖,目前广泛采用钻孔爆破法。一、钻孔爆破设计钻爆设计的主要任务是:ﻫ ① 确定开挖断面的炮孔布置包括各类炮孔的位置深度及方向;ﻫ ② 确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式;ﻫ ③ 确定各类炮孔的起爆方法和起爆顺序。ﻫ 1。炮孔类型ﻫ 开挖断面上的炮孔，按作用的不同,分为：ﻫ ①淘槽孔；②崩落孔；③周边孔.2 。炮孔数ﻫ 初步计算常用公式为:式中： Ｎ——一次掘进循环中开挖面上的炮孔总数；Q——一次爆破的炸药用量,ｋg；γ－-单个炮孔每米装药量,kg／m;d—-药卷直径，cm;ﻫ Δ——炸药容重，ｋg／cm3ｋ—-装药压紧系数,通常对硝铵炸药ｋ=0.1，对硝化甘油炸药 k=１.2;ﻫ α—-炮孔的装药系数;ﻫ W—-炮孔深度,m;ﻫ K——单位药量，kg／m3ﻫ S—-开挖断面面积,㎡。ﻫ３.炮孔深度炮孔深度的确定,自有面数目和循环作业时间的分配等因素有关.合理的炮孔深度，能提高爆破效果,降低开挖费用和加快掘进速度。二、钻孔爆破开挖轮廓的控制地下建筑物采用钻孔爆破法开挖及其爆破参数的选择周边孔,采用低密度、低爆速、低猛度和高爆力的光爆炸药，不耦合连续装药或间隔装药,进行弱震爆破,炸除沿洞周留下的厚度为最小抵抗线的光爆层,形成光面。三、钻孔爆破循环作业循环作业的主要工序一般有等。第三节掘进机开挖全断面隧道掘进机(ＴunnelBoｒingＭaｃhｉne，简写为TBM)是一种专用的开挖设备。它利用机械破碎岩石的原理,完成开挖、出碴及混凝土(钢)管片安装的联合作业，连续不断地进行掘进.一、掘进机的类型和工作原理根据破碎岩石的方法,掘进机大致可分为挤压式和切削式两种类型。根据掘进机的作业面是否封闭可分为开敞式、单护盾和双护盾掘进机。掘进机一般由刀盘、机架、推进缸、套架、支撑缸、皮带机及动力间等掘进机开挖方向的控制，多采用激光制导．二、掘进机的应用及其优缺点目前已生产的掘进机大多适用于圆形断面,地质条件良好、岩石硬度适中、岩性变化不大的隧洞。对于非圆形断面隧洞的开挖,通常通过调整刀盘倾角来实现的。掘进机一般多用于平洞的全断面开挖.ﻫ 掘进机开挖与传钻爆法比较,具有许多优点。它利用机械切割、挤压破碎，一能使掘进、出碴、衬砌支护等作业平行连续地进行,工作条件比较安全,节省劳力整个施工程能好地实现机械化和自动控制;在地质条件单一岩石硬度适宜的情况下,可以提掘进速度；掘进机挖掘的洞壁比较平整,断面均匀,超欠挖量少,围岩扰动少，对衬砌支护有利ﻫ 掘进机开挖的主要缺点有:ﻫ（ａ）设备复,备昂贵,设备安装费时。掘进机不能灵活适应洞径洞轴线的走向地质条件与岩性等方面的变化ﻫ (ｃ) 刀具更换、风管送进、电缆延伸、机器调整等辅助工作等占用时间较长ﻫ (d)掘进机掘进时释放大量热量,工作面上环境温度较高因此要求有较大的通风设备ﻫ 由此可见,选择掘进机掘进方案,必须结合工程具体条件,通过技术经济比较确定。第四节 衬砌施工平洞由于很长,纵向通常要分段进行浇筑.当结构上设有永久伸缩缝时可以利用永久缝分段。当永久缝间距过大或无永久缝时,则应设施工缝分段。分段长度一般为 4－18ｍ，视平洞断面大小、围岩约束特性以及施工浇筑能力等因素而定ﻫ 分段浇筑的顺序有跳仓浇筑；②分段流水浇;③分段留空档浇筑等不同方式。衬砌施工在横断面上也常分块进行。一般分成底拱（底板)、边拱（边墙）和顶拱。横断面上浇筑的顺序,正常情况是先底拱(底板)，后边拱（边墙）和顶拱,其中边拱(边墙浇筑能力而定。后两种饶筑顺序,由于在浇筑顶拱、边拱(边墙)时，混凝土体下方无支托，应注意防止衬砌的位移和变形，并做好分块接头处反缝的处理,必要时反缝要进行灌浆。2．平洞衬砌模板素而定.

一般采用悬挂式弧型模板。浇筑边拱(边墙)、顶拱时,常用桁架式或钢模台车。3.衬砌的浇筑搅拌运输车将混凝土运至浇筑部位;对大中型隧洞,则多采用３~6m3４ 衬砌的封拱平洞的衬砌封拱是指顶拱混凝土即将浇筑完毕前将顶拱范围内未充满混凝土的空隙和预留的进出口窗口予以浇筑、封堵填实的过程.ﻫ封拱盒封拱先在拱顶预留一小窗口，尽量把能浇筑的两侧部分浇好,然后从窗口退出人和机具,并在窗口四周立侧模,待混凝土达到规定强度后,将侧模拆除，凿毛之后安装盒内混凝土压入待封部位即告完成.混凝土泵封拱的施工程序尽量筑高两端混凝土；②当混凝土达到与进人孔齐平时，仓内人员全部撤离,封闭进人孔,同时增大混凝土的坍落度（达１4~16cm）,加快混凝土泵的压进速度，连续压送混凝土;③当排气管开始漏浆或压入的混凝土量已超过预计方量时,停止压送混凝土;④去掉尾管上包住预留孔眼的铁箍，从孔眼中插入防止混凝土塌落的钢筋；⑤拆除导管;③待顶拱混凝土凝固后,将外伸的尾管割除,并用灰浆抹平。5．压浆混凝土施工ﻫ 压浆混凝土又称预填骨料压浆混凝土,它是将组成混凝土的粗骨料预先填入立好的模板中,尽可能振实以后，再利用灌浆泵把水泥砂浆压入，凝固而洞室衬砌封拱或钢板衬砌回填混凝土时,用这种方法施工,可以明显减轻仓内作业的工作强度和干扰。第五节 喷锚支护喷锚支护是筋网支护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护型式的统称的一种新型式,亦是新奥地利隧道工程法(新奥法）的主要支护措施.一、喷锚支护原理喷锚支护是充分利用围岩的自承能力和具有弹塑变形的特点,有效控制理性质的连续介质,同时利用岩体中开挖洞室后产生变形的时间效应这一动态特性,适时采用既有一定刚度又有一定柔性的薄层支护结构与围岩紧密粘结成一个整体，以期既能对围岩变形起到某种抑制作用,又可与围岩“同步变形”来加固岩的稳定性.二、喷锚支护型式根据围岩不同的破坏形态采用不同的支护型式.围岩的破坏形态主要可归纳为局部破坏和整体破坏。１。局部破坏：通常采用锚杆支护,有时根据需要加作喷混凝土支护.2 。整体破:常采用喷混凝土锚杆支护、喷混凝土锚杆钢筋网护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护型式。三、锚杆支护中常用锚杆有金属锚杆和砂浆锚杆，其锚固方式基本分为集中锚固和全长锚固,锚杆的布置有局部锚杆和系统锚杆。四、喷混凝土施工用压缩空气将混合料压送到喷头处，与水混合后高速喷到作业面上,快速凝固而成一种薄层支护结构．喷混凝土的施工方法有干喷和湿喷。干喷时,将水泥、砂、石和速凝剂加微量水干拌后，用压缩空气输送到喷嘴处，再与适量水混合,喷射到岩石表面.也可以将干混合料压送到喷嘴处,再时粉尘较大。湿喷是将集料和水拌均以后送到喷嘴处,再添加液体速凝剂,并用压缩空气补给能量进行喷射。湿喷法主要改善了喷射时粉尘较大的缺点。第六节地下工程施工辅助作业通风、散烟、除尘、排水、照明和风水电供应等，是地下工程施工中的辅助作业。做好这些辅助作业可以改善施工人员作业环境，为加快地下工程施工，创造良好的条件.一、通风、散烟及除尘通风散烟及除尘的目的是为了创造满足卫生标准的洞内工作环境在长洞施工中尤为重要.1 ﻫ ．卫生标ﻫ 地下工程施工过程洞内空气质量应符合洞内作业的卫生标准，见表6-7。表6—7 洞内空气卫生标准气 体名

允许浓度体积(%）

重（mｇ 附 注/ｍ３)一氧化碳的氧 气(O2) ≥20 最高容许浓度与作时间二氧化碳(CＯ2)甲 烷

最高容许≤0.5 作业时间 浓度ｍ3)４）一氧化碳(CO)化氮（NＯ2)

≤1 1h０。５h≤0。0024 ≤３０以内１≤000025 ≤５5~20min

50１０0２00二氧化硫(SO2）硫化氢10%化硅的粉尘

≤０。0０05≤0。0006６

≤１5≤１0≤0。３2

反复作业时间的间隔应大于2ｈ以上含有1０%以下游离二氧化硅的水泥粉尘10％化硅的其他粉尘680%SiＯ2生产粉尘不宜超过１mg/m３1028oＣ，中的规定。表6—8 洞内温度与风速的关系温度(oC）温度(oC）风速(ｍ/ｓ）<1５〈０．５1５～200.5~1.020~221.０～１．52２～241.5~２.0２4~28>2．02． 通风方式洞内通风方式有自然通风和机械通风m机械通风的基本形式有压入式、吸出式和混合式三种。有时为了充分发挥风机效能,加快换气速度，施工中常利用帆布、塑料布或麻袋等制成帘幕,防止炮烟扩散，使排除污浊气体的范围缩小。帘幕设在靠近工作面处，但要有一定的防爆距离，－般为12~15m。有条件时也可以设置水幕或压气水幕来代替帆布一类的帘幕。机械通风方式的选择,取决于洞室型式、断面长度和隧洞长度。竖井、斜井和短洞开挖,可采用压入式通风；小断面长洞开挖时,宜采用吸出式通风;大断面长洞开挖时，宜采用混合式通风.3 通风量计算1．２~1.５。(１)施工人员所需的通风量式中:Q—通风量， 同时在洞内工作的最多人数每人需的通风量，取3ｍ3／min。（2)冲淡有害气体的通风量式中: Ａ—工作面上同时爆破的最大炸药量每千克炸药产生的氧化碳气体量，按40Ｌ计算；1000—表示 1m3等于０2％—爆破后连续通风使一化碳浓度降至０。０２%时,即可进入工作面工作；t-通风时间,可采用２０min。6－7(3)洞内使用柴油机械施工时3ｍ3/min人员所需风量相加计算。计算的通风量应按最大、最小容许风速和洞室温度所需的风速进行校核.二、风水电及排水在洞室开挖过程中,关于供风(压缩空气)、供水、供电、照明及排水等辅助作业,虽不像钻孔爆破、出碴运输等工作那样，直接影响开挖掘进的速度、质量和安全,但它们对于保证钻爆和运输作业的正常进行，都有影响，在整个开挖循