第18章隧洞开挖施工程序、施工方法说明书及附图

第18章隧洞开挖施工程序、施工方法说明书及附图18.1.1工程概况宜兴抽水蓄能电站下库1#、2#xx隧洞相互平行，中心距为35m，进洞点桩号为0+51m，末端位于xx调压井中心线下游50m处（具体桩号为：1＃xx隧洞为1+576.043m、2＃xx隧洞为1+612.684m1＃xx隧洞长1525.043m、2＃xx隧洞长1561.684m，隧洞纵坡分别为3.311％、3.234%,10#支洞在1+344.043m处将两条隧洞横向贯通。隧洞开挖断面分三（0+51～0+71m渐变段）为9.2×10.2m-→10.2×10.2m-→φ8.4m，隧洞衬砌后内径均为φ7.20m。xx隧洞洞向为N55。E，中轴线高程为-6.00~44.60m，上覆岩体厚度为34～410m。xx隧洞围岩除0+121～0+375m段有花岗斑岩脉侵入外，其余均为中、厚层岩屑砂岩夹薄、中层状粉沙质泥岩或泥质粉砂岩，岩性较软，f=2～3。岩层产状为N50～70°W，NE∠25~35°,因此，洞轴线与岩层走向呈大角度相交规模较大的断层有：F204、F219、F218、F5、F110等，其中F204宽5~15m，F218宽4～6m，其余均小于3m。洞室节理发育，以缓倾角的层面节理及陡倾角的层面节理为主，体积节理数JV一般为10～19条/m3。地下水位埋深不一，从PD6平洞看，单点最大出水量达120L/min，说明隧洞开挖后将出现涌水现象。xx隧洞围岩以Ⅲ、Ⅳ类为主,Ⅴ类较少（F204、18.1.2工作面及施工道路xx隧洞的工作面有两个：10#支洞端工作面及进口端工作面。(1)10#支洞工作面10#支洞端工作面是xx隧洞开挖的主要工作面，由10#支洞在1+029.96m处进入1#、2#xx隧洞后而形成。洞挖石渣按弃料处理，该工作面的施工道路为：10#支洞-→交通洞-→5#路-→10#路-→西梅园渣埸。(2)进口端工作面在进出水口开挖支护结束后、砼浇筑施工前这段时间内，可进行两条xx洞的开挖施工。洞挖石渣按弃料处理，经下-1#（或下-1#-1）路-→环库路-→5#路-→10#路-→西梅园渣场。1#、2#xx隧洞洞挖及支护工程量见表18-1项目洞挖纤维砼，T=20cm砼T=10cm锚杆L=2m锚杆~14×14撑单位m3m3m3根根mtt工程量18.1.4工期要求合同文件对1＃和2＃xx隧洞工期要求如下：的两条xx隧洞工作面移交给C2标使用，10＃施工支洞由C3标与C2标共同使用；18.1.5工程特点及对策(1)10#支洞及两条xx洞开挖施工与交通洞及C2标施工有干扰。我们将主动加强与施工单位的联系，协调并主动解决生产中发生的冲突。(2)xx隧洞为洞内洞，加上交通洞及施工支洞，总长2600m左右，而且有2～3处拐弯，大部分为单头掘进，因此施工通风及供电显得尤为重要，否则将是满洞烟尘、灯光暗淡、动力设备不能正常运转，既影响了生产又造成不文明施工。为此，我们采取在施工支洞与xx隧洞交叉口附近增设一直径为2.0m的排烟竖井，并结合大功率轴流风机，形成循环式通风方式；采用变压器进洞（三台）解决电压降问题。不但影响工期，而且易造成伤亡事故。在开挖F204断层时，我们将采用迈式高压注浆锚杆代替小导管，进行顶拱预加固。xx隧洞开挖以10#支洞端工作面为主，进口端工作面为辅，洞挖顺序为：(1)从10#支洞首先进入1#洞，并且先开挖上游面后开挖下游面。(2)为避免爆破地震对工作面的相互干扰，1#洞下游面开挖150m后，2#洞开始开挖，先挖上游面后挖下游面。(3)在进出水口开挖结束后、砼浇筑前进行进口端洞挖。开水口开水口开挖↓挖 !↓↓2#洞洞挖结束xx隧洞洞挖施工程序框图见图18-1施工指导思想：下库xx隧洞基本属软弱围岩，我们将按照新奥法理论，将开挖、支护、监测融为一体，实现信息化施工。18.3.1.施工准备接收监理工程师移交的平面及高程控制网点，进行校核测量，并根据施工精度要求，测设洞挖施工的控制网，将控制网资料报监理审批。洞挖施工时测放洞轴线、开挖轮廓线及高程线，并在洞挖过程中加强断面控制，防止严重超欠挖发生并减小贯通误差。洞挖结束后及时准确地提供竣工验收资料。施工前作好风水电及附属设施的布置工作。18.3.2xx洞开挖18.3.2.1洞口开挖(1)进口段洞口开挖进口段地质情况复杂，基本属于临界状态，因此进口段20m范围的洞挖，应按照“短进尺、弱爆破、快支护”的原则施工。洞脸石方明挖及边坡支护结束后,首先进行洞口封锚,再短进尺弱爆破全断面光爆开挖①洞口封锚0+51m处为进口段洞脸,底部高程为39.5m,洞顶高程为49.7m，开挖a=1m的注浆锚杆，采用手风钻钻孔，注浆机注浆，人工安装。②利用车载架手风钻钻孔、楔形掏槽、短进尺弱爆破开挖中部（边墙及顶部预留1.5m装载机装自卸汽车出渣，每个循环进尺1.2～1.5m。三个循环后再用车载架手风钻进行修边钻爆，钻孔深度1.5m。修边钻爆结束后，对边墙及顶部进行喷锚支护。按此方法开挖洞口，并且逐渐加大钻孔深度。(2)xx洞与支洞相交处洞口开挖见施工支洞开挖支护施工方法。18.3.2.2洞挖施工工艺流程Ⅴ类围岩段:掌子面喷砼→超前小导管注浆→(短进尺弱爆破)钻喷钢纤维砼。18.3.2.3洞挖施工方法洞身段开挖采用钻爆法全断面掘进施工，YT28凿岩机通过钢架台车造孔，利用钢架台车的工作平台装药，毫秒梯段非电雷管引爆，硝铵炸药（地下水丰富时，采用乳化炸药）爆破，周边岩孔实施光面爆破以保证质量（xx洞围岩爆破设计见附图施工出渣利用WA320-3侧卸式装载机装碴，5-8T自卸汽车运到弃碴场卸碴，开挖后及时采用锚喷砼等方式进行安全支护。Ⅴ类围岩开挖时，应结合地质预报，进行超前勘探钻孔，指导开挖施工。Ⅴ类围岩应采用小导管注浆预加固后再短进尺弱爆破开挖。①钻孔xx隧洞工作面采用自制可移式钢架配手风钻钻孔楔形掏槽、全断面光面爆破法开挖；进口端工作面采用车载架手风钻楔形掏槽、全断面光面爆破法开挖。Ⅲ、Ⅳ类围岩钻孔深度为3m；Ⅴ类围岩及进口0+51~0+71m段采用短进尺弱爆破开挖，钻孔深度为1.5m。施工中应保证钻孔质量，严格控制炮眼间距，误差不得大于5cm，钻孔方向应相互平行，不得交叉。严格钻孔角度，相邻两茬炮之间错台不得大于10cm。此外，应对钻工进行质量和安全教育，提高钻工的素质；建立严格的技术交底制度，严格按照钻爆设计实施；实施定人、定位钻孔，周边孔、掏槽眼由经验丰富的钻工司钻。加强检查，对不合格的边顶孔，坚持堵塞重打，杜绝边顶部严重超挖。②爆破采用2#光爆炸药及一级乳化炸药,非电塑料导爆管微差爆破。装药作业要定人、定位、定段别；装药前，所有炮孔必须用高压风吹孔；严格按设计的装药量和装药结构装药；严格按钻爆设计的爆破网络由专人进行联网。施工中应结合实际情况不断修正爆破参数，以达到最佳爆破效果。爆破的实施由专业爆破小组进行，严格按规范实施。采用3m3侧卸装载机装8t自卸汽车出渣，运往西梅园渣场。为改善洞内工作条件、减少装渣时的扬尘，除采用轴流风机压入及抽排通风外，爆破后还采用水幕降尘法降尘。为方便施工机械工作及汽车调头：①xx洞每500m设一个4×3×4m的道路，该部分石渣在底板砼浇筑前，采用人工+机械逐段清理。Ⅲ、Ⅳ类围岩钻爆炮孔布置见附图。每循环计划掘进2.0～2.5米，施工中将根据实际情况增加或缩短钻眼深度。每天计划进尺4～5.0米。单循环计划时间见表18-2表18-2单循环计划时间表测量钻爆通风理出碴支护合计h3.0118.3.2.4超前勘探为查清地下洞室中尚未开挖岩体的地质情况，选择掌子面后的开挖断面尺寸和支护措施，应在监理指定的掌子面钻设勘探孔或勘探洞。超超前勘探洞采用手风钻钻爆、人工胶轮车出渣进行快速掘进；完成超前勘探后，应立即通知监理查看钻孔岩芯、钻进记录和进行地质素描，并及时将超前勘探资料报送监理。18.3.2.5底部清理及断层处理（1）底部清理洞挖结束后洞底留有不少石渣，特别是xx隧洞基本上为园形断面，底部垫渣1.5m厚，均需在底部砼浇筑前逐段清除。底部清理采用推土机集渣、装载机及PW100小反铲装自卸汽车，最后人工清底，并用高压风吹净，报请监理验收。（2）断层处理xx洞内大小断层及破碎带近20处，均需在砼浇筑前将断层夹泥及破碎带全部槽挖挖除，开挖宽度由设计及监理根据现埸情况而定，开挖深度为1m。断层及破碎带处设置锚杆，锚杆为φ25mm、L=600～800cm、a=150cm注浆锚杆，并且应与断层大角度相交，采用手风钻进行钻孔、安装及灌浆。施工结束后应按设计要求，将工作面冲洗干净，经监理验收合格后，然后用C20混凝土回填密实，并根据开挖的地质条件，进行固结灌浆处理，以形成混凝土塞。18.3.3支护施工18.3.3.1xx隧洞支护型式xx隧洞为软弱围岩，支护施工应紧跟掌子面。根据设计要求，xx隧洞支护型式有以下四种：(1)xx隧洞Ⅲ、Ⅳ类围岩段（长约1500m，开挖尺寸为φ8.4m支护范围为顶部140°范围内，采用喷砼+系统锚杆支护：喷砼标号为C20，喷厚10cm；锚杆为φ22mm、L=300cm、a=b=1.5m注浆锚杆。城门洞型支护范围为边墙及顶拱（小导管仅顶拱）采用小导管预注浆+格栅钢架+喷钢纤维砼支护：超前小导管Φ42×4mm,中心间距30cm，L=3.5m，排距为2m，支护范围为180。半园顶拱；格栅钢架为14×14cm正方形断面，钢架间距1m；喷钢纤维砼标号为C25，喷厚20cm。(3)进口端方型开挖断面《0+051～0+061m段，10m长，开挖尺寸为（9.2～10.2）×10.2m》：支护范围为边墙及顶部，采用喷钢纤维砼+系统锚杆支护：喷钢纤维砼标号为C25，喷厚20cm；锚杆为φ20mm、L=200cm、a=b=1m注浆锚杆。(4)进口端圆型开挖断面（0+061～0+071m段，长10m，开挖尺寸为φ9.2m支护范围为边墙及顶部270°内，采用喷钢纤维砼+系统锚杆注浆锚杆。上述四种支护型式分别见图18-3、图18-4、图18-5、图18-6。1格栅钢架,14×14cm钢架间距100cmΦ42小导管,L=350cm环向间距301格栅钢架,14×14cm钢架间距100cm430430430喷钢纤维砼,厚20cmC25C20素砼找平50×50cm,厚15cm-1搭接>100Φ42小导管搭接>100C25钢架间距100cm喷钢纤维砼,厚20C25钢架间距100cm掌子面 预制块基础 C20素砼找平预制块基础50×50cm,厚15cm喷C25钢纤维混凝土,厚200锚杆720,L=2m@1m×1m 图18-50+51～0+61m段支护图 图18-60+61～0+71m段支护图18.3.3.2喷砼（钢纤维砼）本标段xx洞喷砼（钢纤维砼）施工采用TK961湿喷机+自制台架架进行喷护施工，5t自卸汽车运输拌合湿料。喷砼（钢纤维砼）的细骨料为细度模数为2.5～2.8的中粗砂,粗骨料为粒径小于15mm的碎石。喷射砼（钢纤维砼）配合比、钢纤维品种、掺量、外加剂配比等，应通过室内试验和现场多次试验选定。为提高砼强度并减少回弹量,拟在喷砼中掺硅粉及稠度稳定剂,硅粉掺量为水泥量的6﹪~10﹪(喷砼强度可提高一倍,边墙回弹量<5﹪,可减小爆破对喷砼的影响),稠度稳定剂掺量为1～1.5﹪,速凝剂掺量为2﹪~3﹪。为保证喷砼的施工质量,应做好以下工作:(1)喷射前对喷射面进行检查，并做好以下准备工作：清除开挖面的浮石、墙脚的石渣和堆积物；处理好光滑岩面；安设工作平台；用高压风水枪冲洗喷面，对遇水易潮解的泥化岩层，应采用压风清扫岩面；埋设控制喷射砼厚度的标志；作业区应具有良好的通风和充足的照明设施。(2)应在受喷面滴水部位埋设导管排水，导水效果不好的含水层可设盲沟排水，对淋水处可设截水圈排水。(3)水泥标号不低于32.5#，钢纤维砼拌合时，各种配料加入的顺序为：砂及瓜米石、钢纤维、水泥、硅粉、水、外加剂。(4)一次喷射厚度以5～7cm为宜，喷厚较大时应分层喷射，后一层应在前一层砼终凝后进行，若终凝1h再行喷射，应先用风水清洗喷层(5)喷射作业应紧跟开挖工作面，砼终凝至下一循环放炮时间不应少(6)回弹料应及时清理，绝对不允许再利用。(7)喷射砼终凝2h后，应喷水养护，养护时间一般不得少于7昼夜。喷混凝土操作要点：①每次喷射前仔细检查并试运转，开始先开风、再通电，当机械正常运转后送料，作业结束，先停电，后关风。②作业完毕或因故间断时，积料及时清除干净。③喷头与受喷面垂直，其间距与风压协调，以0.6～1.2m为宜。④突然断水或断料时，喷头迅速移离受喷面，以避免高压风、水冲击尚未终凝的混凝土。18.3.3.3锚杆施工本标段xx洞锚杆施工采用自制台架+手风钻进行钻孔，注浆泵注浆（或早强水泥药包人工安装。为保证锚杆施工质量，应抓好以下几项工作：(1)水泥、水、骨料、锚杆材质及外加剂应符合规范及规定的要求。(2)注浆锚杆水泥砂浆的强度等级不应低于20MPa，水泥砂浆配合比及铝粉掺量（拟掺0.05﹪)均应通过试验选定。(3)锚杆安装前，必须严格地将孔内的岩屑清理干净，锚杆安装宜采用先注浆后插杆的程序进行，安装后必须填满砂浆，孔口应采取临时性固定措施。(4)锚孔直径应比锚杆直径大20mm。(5)按规定进行锚杆抗拔力试验，其28天龄期的抗拔力应不低于18.3.3.4超前小导管支护注浆超前小导管Ⅴ类围岩洞挖时，应采用注浆超前小导管进行预加固，再进行短进尺、弱爆破开挖。注浆超前小导管Φ42×4mm,小导管中心间距30cm，外插角度为20°,每榀小导管长度3.5m，有效开挖长度为2m，小导管搭接长度不小于1m，注浆压力0.5～0.6MPa。注浆超前小导管采用手风钻钻孔,或将头部加工成扁形用风镐打入,小导管头部1.0m为花管,小导管支在格栅钢架上（或端部用φ16mm横向连接，再与系统锚杆焊接用NZ130A型专用注浆泵灌注水泥浆或双液浆，待凝后进行弱爆破开挖或机械及风镐直接开挖。单液水泥浆用0.4m3砂浆搅拌机拌制，水泥浆浓度视围岩情况和凝胶时间定，一般控制在1:1.5～1:1。水泥浆投料顺序为，在放水的同时将缓凝剂一并加入搅拌，待水量加够后，继续搅拌1min，最后将水泥加入搅拌3min。缓凝剂控制在水泥用量的2～3%；制配双液浆时,水玻璃浓度为35BE，浓水玻璃稀释采用边加水边搅拌，边用波美针测量的方法进行。制备水泥浆或稀释水玻璃时，应严防水泥包装纸及其它杂物混入，注浆时设置滤网过滤浆液。注浆前工作面应喷5cm混凝土封闭，注浆时水泥浆与水玻璃的体积比即C：S控制在1：0.6～1:1，注浆压力控制在0.5～0.6Mpa，进浆速度不宜过快，每根导管双液总进浆量控制在30L/min以内。导管注浆采用定量注浆，每根导管内注入200L浆液后即结束注浆。如压力逐渐上升，流量逐渐减小，虽末注入200L浆液，但孔口压力已达到0.5Mpa时亦结束注浆。注浆结束后，立即清洗泵，阀门及管路。18.3.3.5格栅钢架施工格栅钢架由普通钢筋加工，主筋为直径22mm的II级钢筋，箍筋和钢架接头采用10mm厚A3钢板焊接加Φ16螺栓连接。前后两榀钢格栅中心间距1m,必要时可加密到80cm。两榀钢格栅之间焊接纵向连接筋，连接筋为直径22mm的II级钢筋，环向间距1m,设内外两层。钢格栅脚部设置预制砼垫块（50×50×15cm预制砼垫块下部为C20找平砼。钢格栅脚部用Φ22mm、L=3m的锁脚锚杆固定柱脚。完成钢格栅临时支护后，确保格栅钢架支护施工质量的注意事项：①钢架应与系统锚杆焊接，钢架之间连接牢固。②钢架平面应与洞轴线垂直。③钢架与岩面间的空隙，应该用铁件或硬岩块按点接触方式填塞挤紧，但不应全部填塞。④岩面破碎时，应挂钢筋（丝）网后再分层喷20cm厚C25钢纤维砼。18.3.3.6F204断层预加固方案F204断层为正断层，上下界面附近发育1.5～2.0m宽的断层泥，糜棱岩，中部发育碎裂岩及构造透镜体，上盘渗水。在1#及2#xx隧洞出露桩号分别为1+556～1+576m、1+528～1+542m，破碎带及影响带宽度达15～20m，属于大断层。洞挖施工遇到大断层时，应特别谨慎小心，需采取可靠易行的支护措施，避免发生大塌方，造成经济损失及工期延误。F204断层属于大断层，而且有水，破碎带及影响带宽度达15～20m，小导管在长度上显得短了些，通常采用φ108mm、L=8～15m的注浆管棚进行预加固，但是，管棚施工较复杂，而且施工期较长。目前广为采用的迈式注浆钻进锚杆，具有施工工艺简单、施工期大为缩短、加固范围较大、成本低于管棚等特点，可作为F204断层预加固的一种可靠措施。迈式注浆钻进锚杆可选用R32N型，全长螺纹钻杆直径为φ32mm，可中空注浆，注浆压力4～6MPa。迈式注浆钻进锚杆具有小导管施工的简易性，成本略高于小导管、但比管棚低，可靠性与管棚相同。因此，为确保能顺利通过F204断层，我们拟采用R32N型迈式注浆钻进锚杆+M400迈式泵方案替代小导管施工。18.3.4施工监测18.3.4.1施工监测的目的通过对围岩和支护的变位、应力量测，了解围岩变化情况及支护的工作状态，及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，作为调整和修改支护设计的依据，并在复式衬砌中依据量测结果，确定二次衬砌的施工时间，以达到监控围岩和支护结构的变位与应力不超过设计标准。18.3.4.2施工监测的程序施工监测的程序见图18-7。计）否Y否施施NNY案18.3.4.3施工监测断面布置主要布置在几条较大断层附近、花岗斑岩脉出露处、与10#支洞交0+171m，0+225m，0+365m，0+565m，0+717m，0+837m，0+991m，1+195m，1+344m，1+560m。2#洞监测断面布置大致相同，具体桩号略有变化。量测断面上布置如下：一个拱顶下沉测点、三条收敛测线、三个围岩内部变形及锚杆应力测点。断面布置情况见图18-8。A：拱顶下沉测点AB、AC、BC为周边收敛测线锚杆应力计图18-8监测断面布置图18.3.4.4施工监测的项目主要的施工监测项目为：①现场观察；②拱顶下沉；③周边收敛；④围岩内部变形；⑤锚杆应力的观测。施工监测项目一览表见表18-4。量测项目面16~全长水平仪计面周计面周18.3.4.5施工监测量测仪器量测仪器明细详见表18-5。QJ-850.06mm11mm+1ppm10.1mmLKX-250.1KN1用18.3.4.6监测数据整理及反馈现场量测数据应及时整理，绘制位移～时间曲线，并分析是否属正常，进而判断围岩属于稳定、临界状态及危险状态，并及时反馈给设计及施工单位，用以修改支护设计和施工，确保工程安全。18.4有害气体预防措施为改善洞内工作条件、排除和稀释有害气体、供给工作人员充足的新鲜空气，做好施工通风工作十分重要。根据设计资料提供信息，本工程地下有害气体主要为氡气。氡气一般存在于火成岩中，本工程xx洞0+375m以前基本上是花岗斑岩脉，因此xx洞0+375m以前洞段施工时，会迂到氡气，我们采取的措施如下：(1)建立氡气含量监测系统，采用FD-125氡钍分析仪随时进行洞内含量监测，指导施工。(2)加强洞内通风，稀释氡气，减少放射源含量。(3)采取必要的防护措施（口罩、服装等加强日常卫生、下班后马上洗澡换装。(4)定期身体检查，保证身体健康。(5)勤换班，减少施工人员一次性接触氡气时间，减少对人体