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洞室施工方案

国内、国外部分地下厂房施工情况表

开挖强度(万m3/月)

注：*表示包括尾水工程

二、开挖方法选择的原则

1、在围岩稳定条件好的情况下，最大限度地发挥机械设备的性能，减少分部、分块数目济南水利工程河道整治施工组织设计，以减少对围岩的重复性扰动。

2、采用减震控制爆破，如顶拱采取光面爆破，预留光爆层；边墙采取预裂爆破等，减少围岩松动半径，最大限度的发挥围岩自撑能力，保证洞室稳定。

3、实现多工作面、多工序平行作业,开挖分部尺寸的确定要充分考虑支护施工的条件。

4、开挖方法要具有较强的适应性和一定的灵活性，遇局部围岩软弱地段能较快的改变施工方法。

初步假定1#、2#、3#支洞担负正洞掘进、支护、衬砌等施工的交通通道作用，4#支洞除完成本身洞室施工外，担负其他盲洞的部分交通通道作用。

1#、2#、3#支洞先进行上断面开挖，创造条件及早进入正洞上层施工；考虑尽量减少通道运输压力，正洞上层先行贯通，贯通后平行进行如下工作：1、拱部衬砌；2、支洞交替扩挖；3、盲洞施工；4、从1#、2#支洞同正洞相交处洞内展线进入正洞下层相向施工；上述工作基本完成后，最后进行中层开挖。

1、1#、2#、3#交通支洞

1#、2#、3#交通支洞，开挖断面(宽×高)B×H=8m×15m，根据拟投入施工的液压凿岩台车的作业断面及及早进入正洞施工的总体思路，按上下断面正台阶法开挖。上断面开挖断面B×H=8m×10m，施工分部见下图。

图交通支洞开挖分部示意图

上断面掘进钻孔采用瑞典ATLASCOPCO公司生产的353E液压凿岩台车；下断面钻孔采用宣化英格索兰公司生产的履带式LM500C型液压钻车(潜孔)；装碴采用美国CAT980装载机；运输采用15吨奔驰自卸车。

正洞为特大型地下洞室，开挖尺寸B×H=30m×29m。正洞开挖分三层进行，上层、中层开挖高度各为10米，下层开挖平均高度为9米。施工分部示意见下图。

上层分三部开挖，先开挖中部，后开挖两侧。为改善中部开挖后的洞室受力条件，增强洞室稳定性，中部开挖断面采用城门洞形，开挖跨度12米；上层两侧扩挖预留衬砌拱脚，拱脚单独人工扩挖，见下图。

下层开挖分三部，先开挖中部，后开挖两侧。为改善中部开挖后的洞室受力条件，增强洞室稳定性，下层开挖断面为城门洞形相交拱，中部开挖跨度12米，两侧扩挖宽度各9米；开挖平均高度9米，拱顶开挖高度10米。开挖分部示意图见下图。

3、特大型支洞(4#支洞)

对于特大型支洞3#支洞，B×H=15米×38米，洞外创造条件从上断面进洞，多层正台阶法施工。台阶高度9~10米，施工分部示意见下图。

对于特大型盲洞，B×H=15×53米，假定无通风等洞室可供利用，拟采取下导洞先行，反台阶开挖。下导洞高10米，全宽15米城门洞形开挖反台阶开挖高度为10~11米。分部开挖示意图见下图。

为保持洞脸稳定，视地质情况从洞内向洞外施作超前支护(管棚、锚杆、注浆等)。海面以上部分采用巷道式分层、分部掘进，控制爆破；海面以下部分视地质、海水及洞室结构情况，参照水工工程的施工方法进行。

(一)、硬岩隧洞爆破关键技术

2、硬岩深孔爆破掏槽技术

掏槽爆破在隧洞掘进爆破中的作用举足轻重，掏槽的效果直接影响炮眼利用率(爆破进尺)及光爆效果。液压凿岩台车钻孔进行隧洞开挖，一般都采用直眼掏槽。硬岩爆破后体积膨胀系数大更加剧了深孔直眼掏槽的难度。采用成熟简单的深孔直眼掏槽技术，对提高炮眼利用率，加快施工进度至关重要。

在本工程的隧洞掘进中将采用我局在秦岭隧道特硬岩爆破中取得成功经验的五大孔直眼掏槽技术。五大孔直眼深孔掏槽方案见下图。

该掏槽方式最大的优点是对钻眼精度要求不十分高，即使有一、二个炮眼钻孔误差较大也不会导致掏槽失败，适合于施工进度要求快。

(二)、典型断面爆破炮眼设计

1、正洞上层(下层)中部开挖爆破设计

2、正洞上层(下层)两侧扩挖爆破设计

3、正洞中层深孔梯段爆破设计

4、1#、2#、3#交通支洞上断面开挖爆破设计

5、4#特大型支洞上断面(特大型盲洞下断面)开挖爆破设计

6、特大型盲洞反台阶开挖爆破设计

注：图中数字为开挖先后顺序。每分部之间纵向间距约50米~70米。循环进尺4.5米。

及洞室临时支护(喷砼、钢支撑)

每分部之间纵向间距30~50米。循环进尺2.0~3.5米。

3、断层破碎带开挖方法

注：(断层破碎带局部环形开挖分部)

1、超前大(小)管棚支护2、拱顶环形开挖

3、拱部初期支护及洞室临时支护4、核心土开挖

5、拱部临时仰拱闭和6、二层台阶边墙开挖

7、二层初期支护及洞室临时支护8、二层核心土开挖

9、二层临时仰拱闭和10、三层台阶边墙开挖

11、三层初期支护及洞室临时支护12、三层核心土开挖

13、三层临时仰拱闭和

每分部之间10~20米。循环进尺1.0~2.0米。

4、开挖断面尺寸及开挖方法确定的依据

①拟投入的主要机械设备的作业能力。瑞典阿特拉斯353E液压凿岩台车高效作业断面(宽×高)：12.5×11.5米。

②成套的各种类型大断面隧道(双、三线铁路隧道，双、三车道公路隧道，大断面水工地下洞室)钻爆法施工技术及丰富的施工经验。

③充分考虑围岩的各种不确定性因素，选取具有一定灵活性的开挖施工方法，遇不良地质能方便的转换施工方法。

④各种不良地质条件下地下洞室施工成熟的成套施工技术及丰富的施工经验。

⑤国内、外大量大型地下洞室、厂房施工的类比。

4.1.1支护的指导思想

目前，随着隧道工程技术的发展，“新奥法”理论已逐渐被隧道工程技术人员接受。“新奥法”设计和施工的基本指导思想是：

2、充分利用岩体自身承载能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分。喷锚支护(也包括复杂地质条件下的其他支护形式)与岩体组成承载拱共同工作，喷锚支护既要有一定的刚度，也要有一定的柔性，以适应围岩的变形。

3、监测围岩的位移及其变形速。根据监测系统反馈分析，正确估计围岩特性和围岩变形的时间效应，已确定支护的措施和时机。

4.1.2支护的实施方式

开挖、支护、监测和施工管理是一套系统方法，最终的目的是要充分发挥围岩的自承能力。喷锚支护作为一种能够适应围岩变形的柔性支护型式是新奥法的灵魂。所以，设计施工中首先对地质勘察资料进行分析研究，选择较为合理的喷锚支护参数；此外，要根据工程条件和地质条件选择合适的开挖顺序和开挖方法；同时，选择合理的围岩监测项目和监测方法。具体做好以下工作：

1、采用控制爆破技术。即中心有效掏槽，为崩落孔和周边孔创造良好的临孔面，降低爆破队岩体的振动影响。周边孔采用光面爆破，确保壁面凭证，为喷锚支护创造良好的工作条件。

2、开挖后及早进行初期支护(如表面初喷混凝土封闭)，适时进行二次支护。

3、通过施工监控量测得到的数据反馈于施工之中。据此调整施工程序、开挖方式、支护形式及支护参数，以确保围岩稳定和施工安全。

4.1.3支护参数的确定

1、依据围岩地质特性的分类指标

国家标准、各行业规范、巴顿Q系统分类法均推荐了一些可供参考的支护参数。

2、依据围岩稳定性分析成果

地下洞室围岩稳定性分析工作一般可进行平面非线性有限元分析、地质力学物理模型试验和线弹性稳定分析等程序分析工作。不仅模拟计算断面上的主要构造面(断层、岩层层面、主要节理组)，而且还要模拟洞室的开挖顺序。这些分析成果将给出围岩的塑性屈服区(或剪拉力区)、应力等值图和变形情况。围岩屈服区的深度对决定锚杆长度是一个非常有意义的参考值。根据弹塑性理论，临空面附近由于径向应力的释放和切向应力的集中，导致围岩进入塑性屈服状态，这个屈服区就是常说的松弛深度。这个范围以外与之紧相邻的围岩是切向应力集中区，应力集中区以外才是受开挖扰动较小的应力平稳区(见图)。一般说来，锚杆长度锚入应力稳定区较合适。

图松弛区、应力集中区、应力平稳区示意图

参考与工程条件和地质条件有可比性的工程进行对比分析。

(1)、与围岩粘接起组合拱梁的作用。

(2)、抵抗围岩整体变形，使围岩处于三维应力状态，防止岩体强度恶化。

(3)、与锚杆联合作用，承受岩体压力。

(4)、封闭围岩表面，防止围岩风化、水蚀。

2、喷射混凝土的施工方法

我局在长期隧道施工实践中总结出一套成熟的湿喷法喷射混凝土工法。有钢筋网支护的隧洞内素喷砼分两次进行，第一次达到喷射厚度的一半后，挂设钢筋网，进行第二次喷射，达到设计厚度。

目前，喷射混凝土性能在不断改进，能够适应更广泛的地层条件。如掺入钢纤维，可提高喷射混凝土的抗拉、抗弯、抗剪强度和抗冲、抗裂性能；掺入硅粉，可提高抗冲性能；掺入增强防水剂，在围岩有渗水的情况下，可提高与围岩的粘接强度。

3、湿式喷混凝土工艺流程

湿式喷射砼工艺流程见图2。

图2湿式喷射砼工艺流程图

(1)、选用普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净中粗砂，粒径5~12mm连续级配碎石，化验合格的拌合用水。

(2)、喷射砼严格按设计配合比拌和。配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次。

(3)、喷射前，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚碴，并用高压水或风冲洗岩面。

(4)、喷头距岩面距离以0.8m~1.5m为宜，喷头垂直受喷面，喷初支钢架、钢筋网时，可将喷头稍加偏斜，角度大于70°。分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射。

(5)、喷射砼作业采取分段、分块、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20~30cm，以保证砼喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。

(6)、喷射砼终凝2小时后，进行喷水养护，养护时间不少于7天。

(7)、喷射砼时，喷射砼完成时间距下次爆破时间的间隔，不得小于4小时。

(8)、有水地段喷射砼采取如下措施：

边排水边喷砼。同时增加水泥用量，改变配合比，喷砼由远而近逐渐向涌水点逼近，然后在涌水安设导管，将水引出，再向导管附近喷砼。

当岩面普遍渗水时，加大速凝剂掺量，保证初喷后，再按原配比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽，树枝状排水盲沟措施，将水引导疏出后，再喷砼。

网喷钢纤维混凝土，喷射砼工艺与喷素砼基本一致，拌料时，喷砼拌合均匀后再加入钢纤维拌合均匀，成品混合科中钢纤维在混合料中应分布均匀，不得有成团，施喷时，为避免钢纤维回弹伤人，必须严格遵守喷头操作安全事项。

(2)、提高岩体整体性，其组合梁作用。

(3)、挤压加固作用。当围岩发生收敛变形时，锚杆受拉，对围岩产生约束力，阻止围岩变形的发展。同时，使岩体强度提高。

按使用分锚杆主要有以下两类：

(1)、随机(临时)锚杆：随机锚杆是在开挖过程中及时加固围岩，特点是加固及时，与初喷混凝土联合使用，及时封闭开挖面，作为初期支护的一部分。一般应用于开挖面暴露后目测到的一些夹层和节理面的开裂区域、地下水外渗的部位、洞室交汇处有较大变形的部位。目前，随机锚杆主要由钢筋锚杆和钢管摩擦锚杆两种。

(2)、系统锚杆：系统锚杆与喷射混凝土一起构成喷锚支护。系统锚杆是支护的重要部分，是安全支护成败与否的关键。根据围岩的地质特性、稳定性分析成果以及近似工程的类比，确定系统锚杆的锚入深度。锚杆的类型主要有砂浆锚杆、楔缝式锚杆、树脂锚杆、胀壳式锚杆等。砂浆锚杆是普遍应用的锚杆类型，注浆质量是决定锚杆质量的关键。

特大断面地下洞室设计中可能采用：钢管摩擦锚杆、砂浆锚杆、预应力锚杆，从长度分：可能采用长锚杆(杆体长度≥10米)、短锚杆(一般2—5米)。

砂浆锚杆是广泛采用的锚杆类型，依据注浆和插锚杆的顺序又分为先注浆锚杆和后注浆锚杆。先注浆锚杆适用于深度较浅(2~5m)的锚杆；后注浆锚杆适应于深度大(>10m)的锚杆，因深度大，浆材的稳定性显得尤为重要。先注浆锚杆工艺流程见图；后注浆锚杆工艺及锚杆施工要点见长锚杆施工部分。

图先注浆砂浆锚杆施工工艺流程图

(1)、长锚杆排气注浆技术

图深锚杆排气注浆示意图

图长锚杆后注浆施工程序图

a、锚杆孔开孔前做好量测工作，严格按设计要求布孔并做好标记，施工时开孔偏差及钻孔角度偏差不得大于规范要求，以充分发挥锚杆的穿连和楔形分块的作用。

b、用压风水冲洗锚杆孔GB／T 17215.661-2018 电测量数据交换 DLMS／COSEM组件第61部分：对象标识系统(OBIS)，确保孔内不留石粉或其它影响砂浆与孔壁固结的杂物。

c、砂浆坚持随拌随用的原则，对超过初凝时间的砂浆做报废处理。砂浆的干缩率必须在允许的范围内。

d、止浆塞应塞入牢固以确保能承受锚杆及注满锚杆孔砂浆的重量。排气管必须确保插入锚杆孔底，排气孔未出浆前，不得停止注浆。

e、止浆塞在砂浆具有一定强度后方可拔出。拔出时就注意不得振动锚杆。

GBT 32294-2015标准下载4.2.3预应力锚索支护