大型洞室顶拱层开挖施工技术讲义

大型洞室顶拱层开挖施工介绍提纲1施工程序

1.1施工程序安排原则

1.2施工程序框图2施工方法

2.1开挖施工

2.2开挖工艺措施

2.3主要施工技术要点3质量控制措施4安全保证措施5工程实例1施工程序1.1施工程序安排原则

根据洞室群的布置特点、顶拱围岩安全稳定、施工质量和施工进度要求，施工程序按以下原则安排：（1）顶拱层分层高度以不妨碍支护（吊顶）锚杆施工和发挥多臂液压钻孔台车最佳效率确定，同一洞室开挖分层高度基本一致；（2）优先完成普通砂浆锚杆、预应力锚杆和喷射混凝土施工配合比试验和工艺试验，以便尽快完成中导洞的永久支护；1施工程序

（3）钻爆扩挖前先进行爆破试验，试验成功后再进行开挖施工；（4）上下游侧扩挖在中导洞支护完成和顶拱监测仪器埋设好后及时跟进；（5）顶拱排（进）风竖（斜）井在中导洞形成后及时贯通；（6）有条件时两端施工支洞尽早形成，以形成双工作面对挖局面。1施工程序1.2施工程序框图

地下厂房洞室群顶拱层开挖施工根据制订的总体施工方案，先进行风水电和施工支洞施工，然后根据分层高度进行洞室顶拱层中导洞开挖支护，最后进行两侧边顶拱扩挖支护施工，安全监测紧跟工作面展开。为了多创造工作面和利于通风散烟，在顶拱通（排）风竖（斜）井未形成的条件下，施工支洞一般在洞室两端布置。地下厂房洞室群顶拱层开挖施工程序框图如图1。1施工程序图1：洞室群顶拱层开挖施工程序框图

风水电布置总体施工方案制订施工支洞施工顶拱层中(边)导洞开挖支护上下游侧跟进扩挖锚杆工艺试验扩挖爆破试验通（排）风竖（斜）井贯通上下游侧跟进支护安全监测仪埋下层施工预裂钻孔2施工方法2.1开挖施工（1）开挖方式开挖方式按导洞位置一般分为“中导洞法”和“边导洞法”，其中“中导洞法”在工程中比较常用，顶拱地质条件较差时一般采用“边导洞法”预留岩柱分块开挖。导洞开挖超前扩挖15～20m，两侧扩挖工作面一般错开60m以上；随机支护紧跟工作面，系统支护滞后工作面30m范围内，支护滞后时一般间隔60m左右预留10m厚岩柱以保证顶拱围岩稳定。2施工方法（2）导洞尺寸导洞高度根据支护（吊顶）锚杆长度和多臂液压钻孔台车施工空间条件要求，一般在10m～12m范围，中导洞宽度根据出渣设备回转空间要求，一般为9～11m。大型地下厂房跨度一般在30m以上，顶拱一般为三心圆型式，为了保证拱肩部位的锚杆施工空间条件，在顶拱层扩挖时还需在导洞底板高程基础上下卧2.0～2.5m。2施工方法（3）开挖方法开挖采用水平钻孔、周边光面爆破，钻孔设备通常采用手风钻，人工在钢架台车上钻孔。扩挖开面刻槽采用正刻或反刻法，在设计轮廓线位置钻孔进尺1.0～1.5m，钻孔超欠挖按±5cm控制。采用1.8m3反铲、3m3装载机配20t自卸车出渣。2施工方法正常排炮循环进尺一般2.0～4.0m，对于Ⅲ2及Ⅳ1类围岩或其它不良地质段采用“短进尺、多循环、弱爆破”的方法施工，每一侧的扩挖分两次进行，第一次扩挖支护结束后才能进行第二次扩挖，排炮循环进尺1.5m，支护紧跟工作面，2～3排炮一支护。端墙部位预留3m厚保护层，采用手风钻沿设计轮廓线造水平孔双面光爆。2施工方法（4）爆破设计手风钻钻孔孔径选为φ42mm，崩落孔药卷直径φ32mm，连续装药；周边孔孔距40～50cm，选用Ø25mm药卷光面爆破，间隔装药，线密度100～120g/m。循环进尺根据不同围岩类别一般为：Ⅱ～Ⅲ1类围岩洞段3.0m～4.0m，Ⅲ2、Ⅳ1类围岩1.5m，爆破效率按85～90%考虑。实际爆破参数根据现场爆破实验确定。2施工方法2.2开挖工艺措施顶拱层开挖施工工艺流程见图2。施工准备测量放线钻孔系统锚杆装药爆破通风散烟、喷水除尘安全处理随机支护出渣清底岩面冲洗地质编录挂网喷砼超前支护基面验收2施工方法图2：顶拱层开挖施工工艺流程2施工方法主要工序作业措施为：（1）开挖准备：洞内风、水、电以及施工人员、机具准备就位。（2）测量放线：洞内导线控制网测量采用全站仪进行，施工测量采用全站仪配光电测距仪进行。每排炮后进行洞室中心线、设计规格线测放，并根据爆破设计参数点布孔位；随洞室开挖、支护进度，每隔20m在两侧洞壁及洞顶设一桩号标志。定期进行洞轴线的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。2施工方法（3）钻孔作业：扩挖采用YTP28手风钻进行钻孔，孔径为φ42mm。由熟练的手风钻工在自制架钻台车上严格按测量定出的中线、腰线、开挖轮廓线和测量布孔进行钻孔作业。分区、分部位定人定位施钻。每排炮由值班质检工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，做到炮孔的孔底落在爆破规定的同一个铅直断面上；为了减少超挖，周边孔的外偏角控制在设备所能达到的最小角度。光爆孔孔的偏差不得大于5cm，其它孔位偏差不大于10cm。2施工方法炮孔装药之前，质检员对掌子面上的炮孔进行检查，如有遗漏，则要补钻；并对周边光爆孔进行仔细检查，对偏角不符合要求的炮孔，则要进行补钻，以控制欠挖和过量超挖。装药前，当班技术员对该钻爆循环进行装药计算。2施工方法（4）装药、联线、起爆：根据监理工程师批准的施工方案中的钻爆设计要求，由取得《爆破证书》的爆破师负责，经考核合格的炮工进行炮孔的装药、堵塞、引爆线路的联接。装药前用高压风冲扫孔内，炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破。爆破崩落孔药卷直径φ32mm，连续装药；周边孔选用Ø25mm药卷，间隔装药，按爆破设计要求用捆绑于竹片上，形成不连续装药，插药入孔时还应注意药卷的方向，竹片靠洞室轮廓线一侧，药卷朝向最小抵抗线。装药严格遵守安全爆破操作规程，装药顺序原则上自上而下进行，若上、下部同时装药，则装药部位要错开，以防止因上部装药跌落物砸伤下部工作人员。2施工方法炸药装好之后，理顺导爆管，先进行同段炮的非电雷管的并联，再进行不同段的串联，然后用粘土进行炮孔的封堵，要求联线、封堵良好，封堵长度不小于炸药的最小抵抗线。再由技术员和专业炮工分片分区查看，并进行网络接线检查，撤退工作面其它工作人员、设备、材料至安全位置。最后由炮工负责，非电毫秒雷管引爆。2施工方法（5）通风散烟及除尘：开挖施工过程中一直启动通风设备通风，保证在放炮后30min内将有害气体浓度降到允许范围内，爆破散烟结束后，开挖面爆破渣堆洒水除尘。（6）安全处理：通风、洒水除尘之后，便进行爆破后四周围岩的安全处理，以确保进洞人员和设备的安全。对于掌子面的哑炮，用高压水冲刷掉或在哑炮周围殉爆距离之内重新钻孔，炮工装药引爆。对于掌子面、边墙及拱顶上的浮石，由经验丰富的人员先进入工作面，用长细钢钎撬掉。对于大断面开挖，可用1.8m3反铲逐区域地进行清理。2施工方法（7）出渣及清底：采用3m3装载机及1.8m3反铲配合20t自卸汽车出渣。出渣后，用人工或反铲对堆渣以下掌子面、边墙围岩再进行一次安全处理，清理掉浮石和危石。同时，测量人员进入现场，对开挖段进行测量，如有欠挖，除监理工程师另有规定之外，将欠挖部分，钻孔爆破予以清除。若开挖段符合要求，距离工作面10m之外用高压水冲洗四周开挖面，以清除岩石碎片、尘埃、碎硝及爆破泥粉，最后用反铲扒出工作面底部积渣并将底部整平，为下一循环钻爆做好准备。2施工方法（8）围岩支护：每排炮开挖结束后，对稳定性差的局部岩体及时进行随机支护，系统锚杆喷护视岩石情况滞后开挖作业施工。2施工方法2.3主要施工技术要点（1）大型洞室开挖跨度大，需采取合理的开挖方法和适时有效的支护措施，确保顶拱和洞室交叉口等关键部位岩体稳定；（2）通过爆破试验优化钻爆参数，确保周边成型好，光爆残痕率高，岩面平整；（3）合理规划前期通风散烟布置，创造适宜施工环境，并加快开挖进度；（4）通过砂浆锚杆、预应力锚杆、预应力锚索和喷砼等工艺试验，确定合理工艺参数，保证施工质量；（5）施工过程中严格按要求进行施工期安全监测，确保施工安全。3质量控制措施（1）针对围岩类型、地质条件编制合理的施工方案，并根据现场施工情况及实施效果不断进行调整和优化。（2）配置足够的、合格的测量人员、仪器和设备，按国家测绘标准和工程精度要求，建立施工控制网；施工过程中，及时放出开挖轮廓线并进行复核检查，确保开挖精度。（3）设计轮廓线均采取光面爆破，对地质弱面和重要部位采取预留保护层，再实施弱爆破开挖。3质量控制措施（4）采用红外激光定位技术精确放样，准确标出周边光爆孔的孔位及方向。所有的周边孔均在设计轮廓线上开孔,钻孔略向外倾斜2～3°，各钻孔之间保持平行，孔底落在同一高程上。（5）对断层带、缓倾角裂隙组和地质弱面，采用密孔、浅孔、短循环掘进，减小终孔偏差，将光爆岩面误差控制在允许范围内。（6）选用经验丰富，技术熟练的台车操作手进行周边孔钻孔，严格控制钻孔质量，采用全站仪及时测量断面，掌握超欠挖情况，及时改进和提高钻孔质量，并对钻孔人员进行奖罚。（7）通过爆破试验，优化爆破设计，严格控制装药量，确保半孔率在设计规范允许范围内。4安全保证措施（1）洞室钻孔安全措施①钻眼设备要保证完好，动钻前，首先检查工作面是否处于安全状态，对于存在的安全隐患必须先处理才能开钻，保证工作面的照明亮度。②钻孔采用湿式凿岩，不得使用带伤的钻杆，钻头，防止堵塞孔道。③严禁在残眼中继续钻孔，严禁在工作面拆卸修理钻具。④进洞人员必须戴安全帽、防护手套、穿工作服，电工穿绝缘鞋和戴绝缘手套。4安全保证措施（2）洞室爆破安全措施①洞内爆破作业统一指挥信号，专人指挥警戒，人员设备撤到安全距离。每次放炮时间及次数根据施工条件明确规定，装药后应尽快放炮。②遇到下列情况严禁装药爆破：a.照明不足，影响操作；b.工作面岩石出现破碎尚未处理。③爆破后立即进行排烟通风，相距20分钟以上时间，检查人员才能进入工作面，在经过下列检查并处理后，其它工作人员才准进入工作面：a.有无瞎炮及可疑情况；b.有无残余炸药和雷管；c.有无松动岩块；d.支护有无损坏和变形。④装药不得与钻孔同时进行，装药时严禁火种，严禁明火点炮。⑤加强与相邻标段施工人员和单位的联系，消除互相产生的影响安全的因素，服从业主和监理的统一指挥。4安全保证措施（3）防止岩爆安全措施①超前钻孔卸压，以提前释放岩体中的高构造应力；②在干燥的岩石表面上喷水雾或撒水增加岩石湿度，松弛岩体中积累的高构造应力；③对岩爆洞段采用超前锚杆进行超前支护，同时开挖后紧跟喷护钢纤维砼支护。4安全保证措施（4）洞室通风与防尘安全措施①洞室施工的通风排烟设备设专人管理，风管的进口设隔离栏或高位悬挂，出风口严禁站人，通风机软管上不得放置、挂接其它物品和管线。②出风管口与工作面的距离应不大于50米，必要时安装中间接力风机，通风软管不小于Ø600，即要保证通风量又要保持一定的流动速度，开挖作业面空气中的一氧化碳、二氧化碳、亚硝酸等有害物含量不得超过有关法规的标准。③爆破后的堆碴连续洒水消除粉尘，锚杆钻孔采用湿钻，洞挖中禁止使用燃烧汽油的内燃机。4安全保证措施（5）洞室出碴安全措施①运输车辆严禁超载，大厢严禁站人，挖装设备照明系统要完好，碴堆不得高于车厢，不得装在大厢一侧，装碴机与运碴车之间不得站人，出碴时间内要有专人指挥。②运碴车洞内限速行驶，作业地段车速不得快于10km/h，会车时空车应主动停车避让。洞口和狭窄的场地，设置警示标志。③车辆启动前必须鸣号，装碴满后，装碴机械鸣号后运碴车才能启动，洞内人员不得扒车，追车与车辆抢道。④洞内倒车与转向时，必须开灯鸣号，禁止在洞内超车。4安全保证措施（6）洞内电气设备安全措施①所有的动力线和开关设置必须保护在最佳的绝缘状态，动力线和照明线布置在隧洞一侧分开悬挂在洞壁上，并超过人体高度。②非专职电工不得操作电气设备和架移动力线，手持式电气设备的操作手柄和工作中接触的部位，绝缘应良好，使用前必须检查。③电器设备外露和传动部分，加装防护罩，36V以上的供电设备布置接地装置保护，直接向洞内供电的线路上严禁装自动重合闸，手动闸应按规范操作，合拉后再合闸，保证安全。（7）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。5工程实例溪洛渡水电站左岸地下厂房布置于坝线上游库区，厂房纵轴线方位为N24°W，地下厂区分别由主机间、安装间、副厂房、主变室、9条压力管道、9条母线洞、9条尾水管及尾水连接洞、尾水调压室、3条尾水洞、2条出线井以及通排风系统、防渗排水系统等组成，构成以三大洞室为主体、纵横交错、上下分层的大规模的地下洞室群。主厂房、主变室、尾水调压室三大洞室平行布置，尾水调压室顶拱中心线与厂房机组中心线间距为149m、主变室顶拱中心线与厂房机组中心线间距为76m。地下厂房洞室开挖体型设计参数见表1，主要部位开挖支护工程量见表2。5工程实例表1溪洛渡水电站左岸地下厂房工程特性表序号引水发电系统尺寸（长×宽×高）顶部高程（m）底部高程（m）第Ⅰ层底部高程（m）1主厂房320.1×（31.9）28.4×75.1m407.60332.50395.52安装间63.92×（31.9）28.4×32