某供水工程引水隧洞开挖施工组织设计.docx

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某供水工程引水隧洞开挖施工组织设计

某供水工程引水隧洞开挖施工组织设计

本节适用于本工程施工图纸所示的地下洞室钻爆法开挖工程。

开挖工作项目主要包括：

9#施工支洞、10#施工支洞、8#隧洞、9#隧洞、10#隧洞及4#调压通风竖井。

主要工作内容包括准备工作、洞线测量、施工期排水、照明和通风、钻孔爆破、围岩监测、塌方处理、完工验收前的维护，以及将开挖石渣运至指定地区堆存和废渣处理等工作。

1.1引用标准、规程规范

（1）《爆破安全规程》（GB6722-2003）；

（2）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；

（3）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487_2008）；

（4）《环境空气质量标准》（GB30951996）；

（5）《水利水电建设工程验收规程》（SL223-2008）；

（6）《水利水电工程施工通用安全技术规程》（SL398-2007）；

（7）《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》（SL378-2007）；

（8）《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47-1994）；

（9）《水利水电工程施工测量规范》（SL52-1993）；

（10）《水利水电工程施工地质勘察规程》（SL313-2004）；

（11）《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2004）；

（12）《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）；

（13）《水利水电工程岩石试验规程》（SL264-2001）。

上述引用的技术标准及规范，在执行过程中如有新版本颁发及代替时，即按新颁发的有效版本执行。

1.2结构型式及地质特性

本工程隧洞为圆形有压隧洞，坡比为0.25%，总长度15854.8m；共分为3段隧洞，隧洞编号8#～10#，成洞洞径为5.1m。

见表1-1、表1-3。

本工程在10#隧洞设调压及通风竖井一座，成井直径5.1m，深度91.2m。

见表1-1。

本工程设2条城门洞型施工支洞，支洞编号为9#、10#，间隔坡比分别为5.8%、7.9%，长度分别为1089.1m、511.2m。

见表1-2、表1-4。

1、建筑物结构型式

表1-1隧洞型式一览表

序号号

桩号

长/深度（m）

建筑物型式

直径（m）

施工方法

1

92+605～94+388

1783

隧洞（8#隧洞）

5.1

钻爆

2

94+388～94+827

439

现浇预应力涵洞

5.1

开挖埋设

3

94+827～99+076

4249

隧洞（9#隧洞）

5.1

钻爆

4

99+076～99+703

627

现浇预应力涵洞

5.1

开挖埋设

5

99+703～109+525.8

9822.8

隧洞（10#隧洞）

5.1

钻爆

6

103+979

91.2

竖井（4#通风井）

5.1

钻爆

表1-2支洞型式一览表

序号号

桩号

长/深度（m）

建筑物型式

直径（m）

施工方法

1

交点桩号104+295.0m

1089.1

隧洞（9#支洞）

5.9×5.9

钻爆

2

交点桩号107+775.5

511.2

隧洞（10#支洞）

5.9×5.9

钻爆

2、建筑物地质特性

表1-3隧洞特性一览表

序号

名称

桩号

长度（m）

埋深

（m）

围岩类别

围岩特性

1

8#

隧洞

92+605～93+327

722

6～28

Ⅴ类

成洞困难，需加强支护。

93+327～94+388

1061

11～46

Ⅲ

类

估计含3%不稳定洞段。

2

9#

隧洞

94+827～95+700

873

11.6～30.1

Ⅴ

类

进洞困难，存在洞脸及边坡稳定问题。

95+700～99+076

3376

11.6～95.7

Ⅲ

类

估计含5%不稳定洞段，断层、异常带及影响带为Ⅳ～Ⅴ类。

2条断层、4条低阻异常带，对围岩稳定影响相对较小。

3

10#

隧洞

99+703～102+062

2359

17.0～112.5

Ⅲ

类

估计含3～4%不稳定洞段，断层、异常带及影响带为Ⅳ～Ⅴ类。

3条断层、3条低阻异常带分布，对围岩稳定影响相对较小。

102+062～103+491

1429

51～108

Ⅲ

类

估计含2～4%不稳定洞段，断层及影响带为Ⅳ～Ⅴ类。

2条断层，宽度分别为60m、20m，影响带宽度140、30m，对围岩稳定影响较大。

103+491～109+525.8

6034.8

36.6～170.0

Ⅱ

～

Ⅲ

类

Ⅱ类中含2%不稳定洞段，Ⅲ类含2～4%不稳定洞段，断层、低阻带及影响带为Ⅳ～Ⅴ类。

4条断层、1条低阻异常带分布，F50对围岩稳定影响相对较大，其余对围岩稳定影响较小。

4

调压及通风竖井

103+979m

91.2

0～4.5m围岩为Ⅴ类；4.5～8.1m围岩为Ⅴ类；8.1～19.8m围岩为Ⅳ类；19.8～49.0m围岩以Ⅲ类为主，估计不稳定段占10%；49.0～97.3m围岩为Ⅱ类，估计不稳定段占10%。

表1-4支洞特性一览表

序号

名称

桩号

长度（m）

主要岩性

围岩类别

围岩特性

1

9#

支洞

0+088-0+148

60

花岗岩

Ⅴ

0+148-0+166

18

花岗岩

Ⅳ

0+166-0+229

63

花岗岩

Ⅲ

0+229-1+177.1

948.1

花岗岩

Ⅱ

估计不稳定段占5%。

2

10#

支洞

0+038-0+186

148

花岗岩

Ⅴ

0+186-0+215

29

花岗岩

Ⅳ

0+215-0+269

54

花岗岩

Ⅲ

0+269+529.2

260.2

花岗岩

Ⅱ

估计不稳定段占5%。

0+529.2+549.2

20

花岗岩

Ⅲ

1.3施工安排及开挖程序

1、施工安排

隧洞、支洞及竖井的开挖均在相应部位的明挖结束后进行，根据本工程的隧洞型式及施工工期安排，隧洞开挖计划从9个作业面同时进行施工。

作业面布置置见表1-5，开挖程序见图1-1。

表1-5隧洞开挖面一览表

序号

名称

作业面

桩号

计划开挖长度（m）

1

8#

隧洞

进口作业面

92+605

612

出口作业面

94+388

1171

2

9#

隧洞

进口作业面

94+827

1614

出口作业面

99+076

2635

3

10#

隧洞

进口作业面

99+703

3076

9#支洞上游

104+295

1516

9#支洞下游

104+295

1415.5

10#支洞上游

107+775.5

2065

10#支洞下游

107+775.5

0

出口作业面

109+525.8

1750.3

2、开挖程序

4#竖井开挖

8#隧洞开挖

9#隧洞开挖

10#隧洞开挖

图1-1开挖程序框图

1.4施工布置

1、施工供风

支洞及隧洞开挖的供风系统在隧洞进、出口明挖结束后进行布置，在隧洞及支洞洞口的开挖安全范围内布置空压机站，配置20m3/min电动空压机进行开挖施工供风。

洞内供风主管线采用Φ159钢管，管间采用法兰螺栓连接，采用Φ20锚杆进行固定，沿洞壁布置；作业面附近30m范围内采用Φ108钢丝软管供风，为了保证风量及供风压力，在端部布置1.5m3储气罐。

竖井开挖的供风系统在井口明挖结束后进行布置，在井口的开挖安全范围内布置空压机站，配置20m3/min电动空压机进行开挖施工供风。

井内供风主管线采用Φ76钢管，管间采用法兰螺栓连接，采用Φ20锚杆进行固定，沿井壁布置；作业面附近15m范围内采用Φ51钢丝软管供风。

空压机站布置见表1-6，供风管线材料见表1-7。

表1-6空压机站布置表

序号

名称

位置

供风量m3/min

供风范围

1

1#空压机站

8#洞进口

20m3/min×2

8#洞进口进口洞挖

2

2#空压机站

9#洞进口

20m3/min×4

8#洞出口、9#洞进口洞挖

3

3#空压机站

10#洞进口

20m3/min×4

9#洞出口、10#洞进口洞挖

4

4#空压机站

9#支洞口

20m3/min×4

9#支洞上游、下游洞挖

5

5#空压机站

10#支洞口

20m3/min×2

10#支洞上游洞挖

6

6#空压机站

10#洞出口

20m3/min×2

10#洞出口洞挖

7

7#空压机站

4#竖井口

20m3/min×1

调压通风竖井井挖

表1-7供风管线材料表

序号

名称

规格

数量m/个

备注

1

钢管

Φ159

18380

钢管6m/根，法兰螺栓连接

2

钢管

Φ76

100

钢管6m/根，法兰螺栓连接

3

钢丝胶管

Φ108

540

胶管30m/根，备用9根

4

钢丝胶管

Φ51

15

胶管15m/根

5

储气罐

1.5m3

9

6

储气罐

3.0m3

6

2、通风、排烟

本工程支洞及隧洞洞径小、洞身长，开挖施工的通风、散烟非常困难。

通风、排烟选用SD-Ⅱ系列子午对旋轴流风机，单机通风距离可以达到1000m以上；通风管道选用Φ1000mm风管，沿洞顶采用锚杆悬挂布置；风管安装应平、直、牢、稳、紧，转弯半径应大于管径的3倍，主管进入支管时应有“人”字接头，风管单节长度为25～30m，风管端口距掌子面距离不大于30m。

条件允许的话，尽量避免在洞内进行接力通风，以免影响轴流风机的通风效果。

根据施工部位的通道不同和施工程序不同，本工程各部位施工通风、排烟规划见表1-8。

表1-8轴流风机布置表

序号

名称

风机位置

风机数量（台）

风筒长度（m）

备注

1

8#

隧洞

进口

1

600

出口

1

1150

2

9#

隧洞

进口

1

1600

出口

2

2620

在1300m处采用硬管风筒进行风机接力连接

3

10#

隧洞

进口

2

3050

在1500m处采用硬管风筒进行风机接力连接

9#支洞口

1

1400

调压通风竖井先行施工，9#支洞上、下游通过竖井排烟

支洞上游

0

0

支洞下游

0

0

10#支洞口

1

520

在主洞700m处采用硬质风筒进行风机接力连接

支洞上游

1

2050

支洞下游

1

0

10#洞出口

1

1750

3、施工供水

隧洞开挖供水管线由洞外供水系统向洞内接引，管线采用Φ108mm钢管，沿洞壁布置，采用Φ20锚杆固定。

竖井开挖供水管线由井口供水系统向井内接引，管线采用Φ51mm钢管，沿井壁布置，采用Φ20锚杆固定。

施工供水材料见表1-9。

表1-9供水管线材料表

序号

名称

规格

数量（m/个）

备注

1

钢管

Φ108

18380

钢管6m/根，法兰螺栓连接

2

钢管

Φ51

100

钢管6m/根，法兰螺栓连接

3

胶管

Φ76

540

胶管30m/根，备用9根

4

胶管

Φ51

15

胶管15m/根

4、施工排水

本工程隧洞坡度平缓，支洞坡度较大，支洞进洞前，在洞口做好截水沟，避免洞外汇水流入洞内。

洞内开挖施工时，在掌子面附近设置集水坑，洞内渗水及施工弃水采用潜水泵通过供水管线逆向排出洞外，通过洞外排水系统汇集到污水处理系统集中处理后排放。

为了减少供、排水的工作量，尽量考虑循环利用；洞内渗水量较大时，采用临时水箱集水进行钻孔作业。

施工排水设备及材料见表1-10。

表1-10排水设备材料表

序号

名称

规格

数量（m/个）

备注

1

钢管

Φ108

18380

与供水管共用

2

钢管

Φ51

100

与供水管共用

3

胶管

Φ76

800

4

胶管

Φ51

30

5

污水潜水泵

5.5kw

36

6

污水潜水泵

3.3kw

20

7

钢板水箱

1.0m3

9

8

阀门

2～4寸

150

5、施工供电

本工程支洞、隧洞及竖井开挖施工用电均从洞外供电系统接引，380v动力线沿洞壁和井壁布置，采用瓷瓶线架进行固定，距离底板高度不小于2.5m。

施工供电材料见表1-11。

表1-11供电材料表

序号

名称

规格

数量（m）

备注

1

380V动力线

VV-3×240＋1×180

5320

2

380V动力线

VV-3×120＋1×70

12120

3

380V动力线

VV-3×50＋1×25

450

4

380V动力线

VV-3×25＋1×16

300

5

照明线

BV-2×25

17440

6

应急灯

60

6、施工道路

洞外施工道路均沿用洞外明挖施工道路，洞内施工道路随开挖向前延伸，底板开挖后及时进行欠挖处理，然后采用石渣回填，保证开挖出渣通道的畅通。

7、避、回车洞

本工程支洞、隧洞洞身较长，洞径较小，同时受支洞纵向坡度和隧洞圆型断面的限制，洞内开挖装、运渣作业面较小、难度较大。

为了最大限度的缩短装、运渣时间，加快开挖施工速度，在合理增加开挖及回填混凝土工程量的基础上，增设避、回车洞，具体布置如下：

（1）避车洞

支洞宽度满足装车及避车要求，不另设避车洞；隧洞为圆型断面，无法满足装车及避车要求，避车洞沿洞长间隔120m左右布置，将两侧腰线以下部位隧洞扩挖，具体见图1-2。

图1-2隧洞避车洞示意图

（2）回车洞

支洞回车洞间隔各平段布置，间距280m左右；隧洞回车洞间隔一个避车洞布置，间距约240m左右。

回车洞垂直洞轴线方向布置，采用城门型断面，具体见图1-3。

图1-3支洞、隧洞回车洞示意图

1.5工期计划

根据本工程各洞段的地质条件及总体工期安排，各部位的工期计划见表1-12、表1-13、表1-14。

表1-12支洞开挖工期计划表

序号

名称

围岩类别

长度（m）

计划月进尺（m）

计划工期（月）

1

9#

支洞

Ⅱ

948.1

130

7.3

Ⅲ

63

130

0.5

Ⅳ

18

80

0.3

Ⅴ

60

60

1.0

小计

9.1

2

10#

支洞

Ⅱ

260.2

130

2.0

Ⅲ

74

130

0.6

Ⅳ

29

80

0.4

Ⅴ

148

60

2.5

小计

5.5

表1-13竖井开挖工期计划表

序号

名称

围岩类别

长度（m）

计划月进尺（m）

计划工期（月）

1

竖井导井

Ⅱ

42.2

30

1.4

Ⅲ

29.2

30

2.0

Ⅳ

11.7

22.5

0.5

Ⅴ

8.1

22.5

0.4

小计

4.3

2

竖井扩挖

Ⅱ

42.2

80

0.6

Ⅲ

29.2

80

0.4

Ⅳ

11.7

60

0.2

Ⅴ

8.1

60

0.2

小计

1.4

合计

5.7

表1-14隧洞开挖工期计划表

序号

名称

围岩类别

长度（m）

计划月进尺（m）

计划工期（月）

1

8#

隧洞

Ⅲ

1061

130

8.2

Ⅴ

722

60

12.1

小计（双侧开挖）

10.2

2

9#

隧洞

Ⅲ

3376

130

26.0

Ⅴ

873

60

14.6

小计（双侧开挖）

20.3

3

10#隧洞

进口

Ⅲ

3076

130

23.7

9#支上游

Ⅲ

1516

130

11.7

9#支下游

Ⅱ、Ⅲ

1415.5

130

10.9

10#支上游

Ⅱ、Ⅲ

2065

130

15.9

10#支下游

Ⅱ、Ⅲ

585

130

4.5

出口

Ⅱ、Ⅲ

1161

130

9.0

小计

23.7

1.6开挖原则

1、为了保证进洞安全，明挖结束后首先进行洞口的锁口施工，根据地质情况可采用超前支护施工。

2、Ⅳ、Ⅴ类围岩及断层破碎带开挖应遵循“短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤测量”的原则进行；

3、地下渗水、涌水等主要采用引、排结合的方案，将积水集中至低处，由排水系统集中抽排至洞外；

4、在确保安全的前提下，要体现快速、及时形成的原则，保证按进度完成施工。

1.7开挖方案

本工程隧洞围岩类别不同，采用的开挖断面型式不同，但开挖形式基本相同，不同围岩开挖方案见表1-15。

表1-15隧洞开挖方案一览表

序号

围岩类别

施工方案

1

Ⅱ类

Ⅲ类

采用YT-28手风钻进行全断面开挖，循环进尺3.0m，周边光面爆破。

3m3装载机配15t自卸车出渣。

2

Ⅳ类

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层视情况分左右幅施工，循环进尺1.2m，周边光面爆破,3m3装载机配15t自卸车出渣。

3

Ⅴ类

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层开挖分左右两幅，视情况采用核心土法施工，循环进尺0.8m，3m3装载机配15t自卸车出渣。

4

洞脸及锁口段

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层开挖视情况采用分左右两幅或核心土法施工，循环进尺0.8～1.0m，3m3装载机配15t自卸车出渣。

本工程支洞围岩类别不同，采用的开挖断面型式不同，但开挖形式基本相同，不同围岩开挖方案见表1-16。

表1-16支洞开挖方案一览表

序号

围岩类别

施工方案

1

Ⅱ类

Ⅲ类

采用YT-28手风钻进行全断面开挖，循环进尺3.0m，周边光面爆破。

3m3装载机配15t自卸车出渣。

2

Ⅳ类

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层视情况分左右幅施工，循环进尺1.2m，周边光面爆破,3m3装载机配15t自卸车出渣。

3

Ⅴ类

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层开挖分左右两幅，视情况采用核心土法施工，循环进尺0.8m，3m3装载机配15t自卸车出渣。

4

洞脸及锁口段

采用YT-28手风钻分上下两层开挖，上层开挖视情况采用分左右两幅或核心土法施工，循环进尺0.8～1.0m，3m3装载机配15t自卸车出渣。

本工程调压及通风竖井围岩类别不同，采用的开挖断面型式不同，但开挖形式基本相同，不同围岩开挖方案见表1-17。

表1-17竖井开挖方案一览表

序号

围岩类别

施工方案

1

导井

Ⅱ类、Ⅲ类

采用YT-26手风钻进行开挖，导井直径2.2m，循环进尺0.8m。

采用10t卷扬提升0.5m3吊罐出渣到井口，3m3装载机装15t自卸车集中出渣。

2

导井

Ⅳ类、Ⅴ类

用YT-26手风钻进行开挖，导井直径2.2m，循环进尺0.6m。

采用10t卷扬提升0.5m3吊罐出渣到井口，3m3装载机装15t自卸车集中出渣。

3

扩挖

Ⅱ类、Ⅲ类

采用YT-26手风钻进行开挖，扩挖直径6.5m，循环进尺0.8m。

通过导井溜渣到下部隧洞，通过3m3装载机装15t自卸车出渣。

4

扩挖

Ⅳ类、Ⅴ类

采用YT-26手风钻进行开挖，扩挖直径6.5m，循环进尺0.6m。

通过导井溜渣到下部隧洞，通过3m3装载机装15t自卸车出渣。

1.8工艺流程

根据招标文件及图纸资料，本工程支洞、隧洞及竖井主要是Ⅱ类、Ⅲ类围岩，局部或断层带为Ⅳ类、Ⅴ类围岩。

支洞及隧洞Ⅱ类、Ⅲ类围岩均采用YT-28手风钻进行全断面钻孔爆破作业，钻孔及装药均在钻爆平台上进行。

石渣采用3.0m3装载机装15t自卸车，分别经隧洞进出口、9#支洞、10#支洞和场内施工道路运至指定渣场。

Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖主要工序及方法基本同Ⅱ、Ⅲ类围岩，开挖遵循“短进尺，弱爆破”的原则，进尺控制在0.8m～1.2m。

对不良地质段必须增加超前小导管灌浆支护，对未开挖岩体进行灌浆、加固，确保在开挖爆破施工过程中围岩的稳定；并在开挖结束后系统支护跟进，对层间错动带、小断层及节理裂隙较为突出的部位进行随机支护或加强支护。

竖井导井开挖采用YT-26手风钻钻孔，采用10t卷扬提升0.5m3吊罐出渣到井口存堆，3m3装载机装15t自卸车集中出渣，经场内施工道路运至指定渣场。

竖井扩挖采用YT-26手风钻钻孔，通过先期完成的导井溜渣到下部10#隧洞，石渣采用3.0m3装载机装15t自卸车，经9#支洞和场内施工道路运至指定渣场。

不同围岩开挖工艺流程见图1-4、图1-5、图1-6。

图1-4Ⅱ类、Ⅲ类围岩开挖工艺流程框图

图1-5Ⅳ类围岩开挖工艺流程框图

图1-6Ⅴ类围岩开挖工艺流程框图

1.9爆破设计

1、爆破设计原则

本工程支洞及隧洞洞身较长、洞径较小，针对不同地质条件及岩性、技术规范要求、开挖方法及以往施工经验，支洞及隧洞分别采用全断面爆破开挖成型、分层法开挖以及核心土法开挖的方式。

本工程支洞Ⅳ类围岩较少、占洞长的3%，Ⅴ类围岩较多、占洞长的13%，均位于支洞进口处；因总量相对较少，对开挖工期影响不大。

考虑到支洞洞径较小，钻孔采用手风钻进行，设计轮廓线进行光面爆破。

隧洞基本没有Ⅳ类围岩，Ⅴ类围岩较多、占洞长的10%，且相对集中，分别位于8#、9#隧洞的进口段，因总量较多，对开挖工期影响较大。

考虑到隧洞洞径较小，钻孔采用手风钻进行，设计轮廓线进行光面爆破。

地质条件差的洞段（断层及其影响带、节理发育洞段）、喷锚支护和混凝土衬砌结构附近保护层开挖，爆破设计按“短进尺、弱爆破、少扰动、预注浆、管超前”的原则进行，按规范和设计要求对爆破参数进行测验，根据实测参数进行爆破设计。

2、主要钻爆参数设计

（1）施工支洞

招标图纸中，9#、10#施工支洞仅提供一个开挖剖面，暂按此进行不同围岩的典型断面爆破参数设计。

1）典型开挖断面

施工支洞典型开挖断面见图1-7。

图1-7施工支洞开挖断面图

2）典型断面爆破设计

Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖布孔见图1-8，爆破参数见表1-18；Ⅳ类围岩开挖布孔见图1-9，爆破参数见表1-19；Ⅴ类围岩开挖布孔见图1-10，爆破参数见表1-20。

图1-8施工支洞Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖布孔图

表1-18施工支洞Ⅱ、Ⅲ类围岩爆破参数表

图1-9施工支洞Ⅳ类围岩开挖布孔图-1

图1-9施工支洞Ⅳ类围岩开挖布孔图-2

表1-19施工支洞Ⅳ类围岩爆破参数表-1

表1-19施工支洞Ⅳ类围岩爆破参数表-2

图1-10施工支洞Ⅴ类围岩开挖布孔图-1

图1-10施工支洞Ⅴ类围岩开挖布孔图-2

表1-20施工支洞Ⅴ类围岩爆破参数表-1

表1-20施工支洞Ⅴ类围岩爆破参数表-2

3）循环作业时间

支洞Ⅱ、Ⅲ类围岩单循环开挖进尺3.0m，每天完成1.7个循环，计划月进尺130m。

循环作业时间见表1-21。