高压隧洞中斜井下斜井开挖与支护施工技术措施.docx

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高压隧洞中斜井下斜井开挖与支护施工技术措施

A/B厂高压隧洞中斜井、下斜井开挖和支护施工技术措施

1、工程概况

（1）工程特性

惠州抽水蓄能电站工程上平洞后接中斜井，A厂桩号为AY1+797.041～AY2+137.972，B厂桩号为BY1+695.052～BY2+035.983，中斜井由上弯段、直线段、下弯段构成，直线段倾角为50°,中斜井沿洞轴线总长为340.931m，其中，直线段长281.589m，上、下弯段长均为29.671m。

中平洞后接下斜井，A厂桩号为AY2+402.328～AY2+702.074，B厂桩号为BY2+137.401～BY2+439.004，下斜井由上弯段、直线段、下弯段构成，直线段倾角为50°。

A厂下斜井沿洞轴线总长为299.746m，其中，直线段长241.084m，上弯段长为29.671m、下弯段长为28.991m；B厂下斜井沿洞轴线总长为301.603m，其中，直线段长242.941m，上弯段长为29.671m、下弯段长为28.991m。

（2）地质条件

根据《A/B厂高压隧洞开挖、喷锚支护图》，A厂中斜井为Ⅱ、Ⅳ类围岩：

Ⅱ类围岩长295.26m，占隧洞总长的86.6％，Ⅳ类围岩长45.671m，占隧洞总长的13.4％；B厂中斜井为Ⅰ～Ⅳ类围岩：

Ⅰ、Ⅱ类围岩长288.342m，占隧洞总长的84.6％，Ⅲ类围岩长26.589m，占隧洞总长的7.8％，Ⅳ类围岩长26.5m，占隧洞总长的7.8％。

A厂下斜井为Ⅰ～Ⅳ类围岩：

Ⅰ、Ⅱ类围岩长202.746m，占隧洞总长的67.64％，Ⅲ类围岩长58m，占隧洞总长的19.35％，Ⅳ类围岩39m，占隧洞总长的13.01％；B厂下斜井为Ⅰ～Ⅳ类围岩：

Ⅰ、Ⅱ类围岩长237.603m，占隧洞总长的78.8％，Ⅲ类围岩长27m，占隧洞总长的8.9％，Ⅳ类围岩37m，占隧洞总长的12.3％。

（3）支护参数

中斜井、下斜井开挖断面为圆形断面，断面尺寸：

Ⅰ、Ⅱ类围岩开挖半径为R＝4850mm;Ⅲ、Ⅳ类围岩底拱120°范围内开挖半径为R=4850mm,其余为R=4950mm。

根据围岩类别不同，采用不同的支护型式。

Ⅰ、Ⅱ类围岩设计无支护；Ⅲ、Ⅳ类围岩底拱120°范围内不支护，其余部分围岩施作Ф20@1.5×1.5m锚杆，L=3.0m，入岩2.85m，梅花形布置，喷10cm厚C20砼。

主要工程量见表1。

中斜井、下斜井主要工程量表表1

工程部位

序号

工程项目

单位

工程量

备注

中斜井

洞挖石方

25322/25341

喷砼C20

94/109

锚杆

根

465/540

Φ20，L=3.0m

下斜井

洞挖石方

22350/22420

喷砼C20

199.82/131.84

锚杆

根

975/645

Φ20，L=3.0m

2、施工布置

（1）施工通道布置

中斜井施工道路利用已开挖形成的上平洞、0#施工支洞作为施工通道，人员、设备均从0#施工支洞进入，出碴利用已开挖形成的中平洞及1#施工支洞作为施工通道；下斜井利用1#施工支洞作为施工通道，人员、设备均从1#施工支洞进入，出碴利用已开挖形成的下平洞及2#施工支洞作为施工通道。

（2）供风

中斜井施工用风：

一次扩挖时在上平洞内布置一台20m3/min的压风机，二次扩挖时布置两台20m3/min的压风机。

下斜井施工用风：

利用在A厂1#施工支洞0+880桩号布置的两台20m3/min压风机。

（3）供水

中斜井施工用水从水獭排单独接一趟2″管通过通风竖井引至上平洞供斜井施工用水；下斜井采用现中平洞的供水管路接供水管至工作面。

（4）供电

中斜井段施工用电使用上平洞AY1＋796桩号变压器供电；下斜井施工用电使用在A厂1#施工支洞0+880桩号布置的400kVA变压器供电。

（5）排水

中斜井段施工在先导孔未贯通前排水采用潜水泵抽水至0＃施工支洞内自流至洞口设置的3级沉淀池，反井钻先导孔贯通后，施工排水经中平洞自流至1＃洞排出洞外。

下斜井段施工在先导孔未贯通前排水经中平洞自流至1＃洞排出洞外，反井钻先导孔贯通后，通过2＃施工支洞通风竖井排水。

（6）通风

中斜井、下斜井段通风采用15kw通风机将新鲜空气送入迎头面，正井一次扩挖钻孔时，在φ1.4m导井口设置井盖，一是保证施工安全，二是防止平洞污浊废气进入井内。

（7）拌合系统

中斜井利用0#施工支洞洞口砼拌和站提供支护喷射砼；下斜井利用1#施工支洞洞口砼拌和站提供支护喷射砼。

（8）钢筋加工

中斜井利用0#施工支洞洞口布置的钢筋加工厂，负责中斜井所需全部锚杆、支护钢筋网的加工。

下斜井利用1#施工支洞洞口布置的钢筋加工厂，负责下斜井段所需全部锚杆、支护钢筋网的加工。

（9）渣场堆放

中斜井开挖洞渣经中平洞和1#施工支洞运输至4#碴场堆放。

下斜井开挖洞渣经由2#施工支洞和交通洞运输至交通洞洞口碴场堆放。

（10）施工通讯

在施工过程中，为了方便工作面与斜井井口的相互联系，除在工作面与斜井口各设一部对讲机外，还需在工作面与井口各安设一电铃与施工人员进行联系。

3、施工方法

（1）斜井总体开挖方案

斜井开挖采用RHINO400H型反井钻机扩成φ1.4m直径的导井，再进行斜井的扩挖，扩挖分两次进行，均采用正井法扩挖，一次扩挖将反井钻φ1.4m导孔扩挖成φ3.5m导井，二次扩挖自上而下扩挖成型。

其施工工艺见附图1、附图2。

高压隧洞中斜井、下斜井上弯段、下弯段开挖采用人工手风钻开挖，为保证反井钻机有足够的工作空间，中斜井、下斜井上弯段反井钻机基础以上5m范围内进行扩挖。

同时，为方便斜井扩挖时装载机出碴，在中斜井、下斜井的下弯段Ⅰ区进行扩挖一部分，其扩挖布置见附图3。

（2）反井钻机导孔施工

反井钻施工分为先导孔施工、扩孔施工两个步骤。

先导孔施工时用泥浆泵将水（或泥浆）压入孔内，作为排渣及冷却钻头用水，导孔内钻出的岩粉进入沉渣池，沉淀后人工捞至堆放位置。

在施工过程中，如果出现塌孔、返水较小、不返水等异常情况，则需要拌制泥浆，用泥浆护壁及堵塞溶洞和裂隙。

扩孔自上而下进行，使用自流水冷却钻头和冲渣。

反井钻机工艺流程如下框图所示。

反井钻机工艺流程

1）先导孔施工

斜井井口测量定位，钻机施工平台基础开挖、清理，然后浇筑基础砼。

根据反井钻机厂方的的要求基础采用C20砼，基础浇筑完成后，安装自制反井钻机底座，钻孔施作插筋（反井钻基础见附图4、附图5）。

待钻机基础砼达到设计强度的70%后，安装转盘吊和翻转架，再调平钻机。

为确保先导孔的钻孔精度，防止先导孔发生偏斜，经与厂商技术人员沟通，结合以往反井钻施工经验，初拟施钻参数如下：

A、先导孔在斜井中心位置开孔，开孔角度为49.5°；

B、开孔稳定钻杆先接4根，后接3根普通钻杆，再接1根稳定钻杆，共使用稳定钻杆5根；

C、钻孔推进压为240~270KN，转速为10~15转/min；

D、钻孔倾斜度测量：

稳定钻杆钻完（约10m）测一次（用全站仪测量）、第一次换钻头或100m位置测一次（用RHINO300-2型测斜仪测量）；钻孔过程中视实际情况决定是否增加测量次数；

E、导孔钻头采用国厂保径钻头，预计两个钻头可钻通；

F、预计钻进速度为1.0~1.5m/h。

G、导孔在距离孔底约有5～8m时，为防止石块坠落伤人，在平洞位置距下弯段40m处设置围栏，禁止人员进入。

2）1.4m扩孔钻进

A、φ1.4m扩孔钻头连接

导孔钻穿后，在斜井底部用卸扣器将导孔钻头和异型钻杆换下，修平顶拱扩孔钻进范围，使之与导孔轴线垂直。

用装载机将钻头运至斜井底部，将上下提吊块分别同钻头、导孔钻杆固定，上下提吊块用钢丝绳连接，提升导孔钻杆，使钻头离开地面约20cm，然后固定钻头，下放导孔钻杆，拆去上下提吊块，连接扩孔钻头。

B、将动力水龙头出轴转速调为慢速挡。

C、在冷却水泵出水管上接一个三通，供扩孔钻头用水，以冷却钻头、消尘。

D、在扩孔钻头还未全部进入钻孔时，为防止钻头剧烈晃动而损坏刀具，应使用低钻压、低转速，待钻头全部钻进时，方可加压钻进。

E、卸钻杆

钻杆上升过程中，待第二根钻杆上方卡位升至卡座上方约20cm，将上卡瓦卡住第二根钻杆的上卡位，下降动力水龙头，使下卡进入卡座内，反转动力水龙头一圈，固定第二根钻杆，即可进行扩孔钻进。

在卸钻杆过程中，钻杆接头无法松动时，使用辅助卸扣辅助动力水龙头反转，如果使用辅助卸扣装置也不能松动接头时，则在待松动的接头四周用氧焊烘烤，边烘烤边反转动力水龙头直至松动为止。

如果使用氧焊烘烤还是不能松动接头时，则在第一根钻杆的下边缘用钢锯锯除2-3mm，再反转动力水龙头松动接头。

（3）斜井石方扩挖

1）一次扩挖

一次扩挖采取自上而下扩挖，人员、设备的上下设置爬梯，钻孔方向平行于导孔轴线，扩挖直径为φ3.5m，每排炮最大孔深3.0m，最大孔距为0.5m，排距0.35m，布孔尽量按梅花形布置；同时为防止导孔堵塞，每3排炮出一次渣，每次出渣必须将洞渣出干净；在一次扩挖过程中，为确保施工安全，根据围岩稳定情况，增加临时支护，挂钢筋网，喷C20砼。

2）二次扩挖

二次扩挖采取自上而下扩挖的施工方法，利用斜井扩挖台车进行开挖，通过送料小车运送人员、材料至扩挖台车，在扩挖台车上进行打钻施工。

二次扩挖台车及送料小车是有轨输送小车，在安装扩挖台车前首先要进行轨道安装，轨道分为上平段轨道、弯段及斜井段轨道，斜井段又分固定轨道及活动轨道两种，固定轨道安装在不受爆破影响的范围，活动轨道在爆破后安装。

3）扩挖支护工艺流程

斜井扩挖工艺流程如下框图所示。

斜井一次扩挖工艺流程

斜井二次扩挖工艺流程

4）洞挖主要工序作业措施

①开挖准备：

井内风、水、电就绪，施工人员、机具准备就位。

②测量放线：

洞内导线控制网和施工测量的仪器均采用全站仪，由专业人员实施。

二次扩挖每排炮后进行斜井中心线、设计规格线测放，并根据爆破设计参数点布孔。

开挖断面检查在喷砼前进行，检查间距5m。

定期进行导线点检查、复测，确保测量控制精度。

同时，随斜井开挖、支护进度，每隔10m在两侧洞壁设一明显的桩号标志，并作好保护。

③钻孔作业：

由熟练钻工严格按照测量定出的中线、腰线、开挖轮廓线进行钻孔，各钻工分区、分部位定人定位施钻。

每排炮由值班技术员按“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垂直断面上；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。

周边孔应在断面轮廓线上开孔，其它炮孔孔位偏差不得大于10cm。

一、二次扩挖轮廓线均采用光面爆破。

光面爆破是控制洞室开挖规格的重要手段，光爆质量的好坏将直接决定洞室开挖规格的优劣，因此严格控制钻孔精度是保证开挖质量的前提。

④装药、联线、起爆

装药前用高压风冲扫炮孔，炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞和起爆网路的联线应由经考核合格并持有爆破员作业合格证的炮工严格按批准的钻爆设计进行施作，并严格遵守爆破安全操作规程。

光爆孔将小药卷捆绑于竹片上间隔装药。

崩落孔和其它爆破孔装药要密实,堵塞良好，严格按照爆破设计图（爆破参数实施过程不断调整优化）进行装药、用非电雷管联结起爆网络，最后由炮工和值班技术员复核检查，确认无误，撤离人员和设备，炮工负责引爆（斜井一次、二次扩挖爆破设计详见附图6、附图7）。

光面爆破须达到以下要求：

a.钻孔孔口位置、角度和孔深应符合爆破设计的要求；

b.炮眼残孔率：

除不良地质段外，炮眼残孔率应在85％以上；

c.相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙；

d.相邻两茬炮之间台阶的错台不应大于10cm。

⑤通风散烟及除尘：

开挖爆破后到出渣结束一直启动通风设备通风，并洒水除尘，保证爆破后及出渣过程中在规定时间内将有害气体浓度降到允许范围内。

⑥安全处理：

爆破后，人工清除掌子面及边顶拱上残留的危石及碎块，保证井内人员及设备的安全，围岩破碎段在进行安全处理后，立即施作锚杆，挂钢筋网，喷10cm厚C20砼。

⑦出渣及清底：

采用3m3装载机装15t自卸汽车在下弯段出渣。

出渣完毕后用反铲清出工作面积渣，防止斜井底部积渣过多造成井内堵塞。

⑧围岩支护：

每排炮开挖结束后，对需要支护的围岩及时进行随机锚杆、系统锚杆或挂网喷砼支护。

（4）支护施工

一次支护施工利用爬梯进行支护，二次支护施工利用斜井二次扩挖台车进行，通过送料小车运送人员、材料、至扩挖台车施工平台上进行喷锚支护施工。

1）锚杆施工

①锚杆施工工艺流程

锚杆施工工艺流程见如下框图所示。

锚杆施工工艺流程图

②锚杆施工工艺措施

锚杆造孔采用手风钻，麦斯特MEYCO型锚杆注浆机注浆，人工安装锚杆。

a.造孔

钻孔点有明显标志，孔位偏差小于100mm。

对有特殊要求锚杆孔的孔轴方向应满足施工图纸的要求，其系统锚杆的孔轴方向垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的交角大于45。

锚杆施工按照“先注浆后安锚杆”的程序，水平锚杆施工时为有利于灌浆，可向下倾斜2°；锁口锚杆外插角为10°；交叉口周围的锚杆如距交叉口距离小于1m时，可调整锚杆位置，外插角15°～20°。

钻孔的倾角偏差应小于2°。

锚杆孔孔深必须达到设计要求，偏差值不大于50mm。

钻孔完成后用风、水联合清洗，将孔内松散岩粉和积水清除干净。

钻孔完成后，对钻孔的孔径、孔向、孔深及孔清洁度进行认真检查记录，并根据实际情况进行适当保护，在锚杆安装前应对钻孔进行检查以确定是否需要重新清洗。

b.锚杆的安装及注浆

注浆锚杆选用Ⅱ级螺纹钢筋；水泥采用强度等级不低于P.032.5普通硅酸盐水泥；砂采用最大粒径小于2.5mm的中细砂；砂浆强度等级必须满足设计要求；在注浆锚杆水泥砂浆中添加速凝剂和其它外加剂，应符合相应规范要求。

锚杆注浆的水泥砂浆配合比，在以下规定的范围内通过试验选定：

灰砂比为：

1：

1～1：

2（重量比）；水灰比不大于0.38，最终的配合比经监理工程师确认后方可用于施工。

注浆前，将孔内的岩粉和水吹洗干净，并用水润滑管路。

锚杆安装按施工图要求进行。

在锚杆安插时，先将注浆管插至距孔底50～100mm，随砂浆的注入缓慢均匀拔出，浆液注满后立即将锚杆插入。

注浆过程中，若发现有浆液从锚杆孔附近流出应堵填，以免继续流浆。

浆液一经拌和应尽快使用，拌和后超过规范规定使用时间的浆液应废弃。

无论因任何原因发生注浆中断，应取出锚杆，并用压力水在30min内将注浆孔冲洗干净。

如果在重新安装时发现钻孔被部分填塞，应复钻到规定的深度，并且在锚杆安装后5天内，不得敲击、碰撞、拉拔锚杆和悬挂重物。

边墙和顶拱锚杆的砂浆稠度可作适当调整。

c.随机锚杆施工

洞内在开挖过程中，根据实际地质情况对断层、破碎带增设随机锚杆，随机锚杆作为紧急支护，因此，采用锚固剂代替砂浆作为锚固材料。

d.锚杆的质量检验

每批锚杆材料均应附有生产厂家的质量证明书，按施工图纸规定的材质标准以及监理人指示的抽检数量检验锚杆性能。

按监理人指示的抽验范围和数量，对锚杆孔的钻孔规格（孔径、深度和倾斜度）进行抽查并作好记录。

按监理人指示检查砂浆锚杆的砂浆密实度，检查比例不少于锚杆总数量的5%，注浆密实度大于80%方为合格。

2）喷砼施工工艺

①喷砼施工工艺流程

喷砼施工工艺流程见如下框图所示。

喷砼施工工艺流程图

②喷砼施工工艺措施

喷砼施工工艺为湿喷法。

各工序作业首先要认真遵照设计文件和施工规范要求进行。

结合以往施工经验，各工序作业要点如下：

a.拌和及运输

混合料在运输、存放过程中，严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机前过筛。

拌和配料严格按试验确定的配合比精确配制搅拌，搅拌时间要足够，拌制均匀。

砼运输采用砼搅拌运输车运输。

b.钢筋网

钢筋网的规格尺寸满足施工图纸要求，其保护层厚度不应小于20mm。

钢筋网沿开挖面铺设，在岩面初喷一层砼后铺设。

钢筋网与壁面距离3～5cm。

捆扎要牢固，对有凹陷较大部位，可加设膨胀螺栓拉紧钢筋网，钢筋的搭接符合规范要求。

在有锚杆的部位用焊接法把钢筋网与锚杆联接在一起，钢筋网与锚杆联接要牢固。

c.喷射要点

喷射砼作业分段分片依次进行，区段间的接合部和结构的接缝处做妥善处理，不得存在漏喷部位。

喷射顺序自下而上，一次喷射厚度：

边墙为80～150mm，顶拱为50～80mm；分层喷射时，后一层在前一层砼终凝后进行，若终凝1h后再进行喷射，先用风、水清洗喷层面；喷射作业紧跟开挖工作面，砼终凝至下一循环放炮时间不小于3h。

喷射砼的回弹率：

洞室拱部不大于25%，边墙（边坡）不大于15%。

喷射机作业严格执行喷射机操作规程：

连续向喷射机供料；保持喷射机工作风压稳定；完成或因故中断喷射作业时，将喷射机和输料管内的积料清除干净。

d.养护

喷射砼终凝2h后，喷水养护；养护时间不少于7昼夜。

当喷砼周围的空气湿度达到或超过85%时，经监理工程师同意后，可进行自然养护。

e.质量检查

按照规范规定进行喷射砼施工质量抽样试验，进行喷射砼抗压强度试验，进行喷砼厚度检查，检查结果报送监理工程师。

（5）斜井扩挖排炮循环时间

根据高压遂洞斜井所采用的扩挖方法，拟定开挖排炮循环时间见下表2。

斜井扩挖排炮循环时间表2

序号

项目

一次扩挖所需时间（h）

备注

施工准备

0.5

每一循环进尺3m，开挖石方24.25m3，每3排炮出一次渣，出渣不占直线施工时间，考虑到不可预见因素影响，预计综合进尺6m/天。

钻孔

2.5

装药爆破

1.5

通风散烟

0.5

安全处理

0.5

扒渣

1.5

施作锚杆（随机锚杆）、挂钢筋网、喷砼

1.5

合计

9/排炮

序号

项目

二次扩挖所需时间（h）

备注

施工准备

0.5

每一循环进尺3m，开挖石方192.83m3，考虑到不可预见因素影响，预计综合进尺3m/天。

测量放线

1.5

台车行走

0.5

钻孔

6.0

装药爆破

2.5

通风散烟

0.5

安全处理

1.5

扒渣

施作锚杆（随机锚杆）、挂钢筋网、喷砼

合计

4、施工进度计划

根据我部上报的惠蓄电站水道及厂房土建工程施工总进度实施计厂A厂高压隧洞中斜井开工日期为2005年9月1日～2006年6月30日，A厂高压隧洞下斜井开工日期为2005年11月1日～2006年7月15日。

（1）中斜井

A厂中斜井反井钻机安装：

2005年9月1日～2005年9月10日。

A厂中斜井反井钻先导孔及扩孔：

2005年9月11日～2005年11月30日

中斜井一次扩挖：

2005年12月1日～2006年1月31日

中斜井二次扩挖：

2006年2月1日～2006年6月30日

（2）下斜井

A厂下斜井反井钻机安装：

2005年11月1日～2005年11月10日。

A厂下斜井反井钻先导孔及扩孔：

2005年11月11日～2006年1月10日。

下斜井一次扩挖：

2006年1月11日～2006年3月11日。

下斜井二次扩挖：

2006年3月12日～2006年7月15日。

5、施工机械及劳动力配置

（1）施工机械设备配置计划见表3：

单个工作面主要机械设备配置表表3

序号

设备名称

型号及规格

单位

数量

备注

装载机

ZL50B，3.0m3

台

柳工，一台备用

空压机

20m3/min

台

压风机

VHL-20/8/125KW20m3/min

台

柳州空压机厂

反井钻机

RHINO400H

台

泥浆泵

TBW850/50

套

在导孔施工时使用

潜水泵

0.75kw

台

循环水及冷却

一次扩挖爬梯

自制

290/260

随开挖掌子面安装

扩挖平台

自制

台

卷扬机

10t

台

手风钻

YT28

台

天水

自卸车

日野15t

辆

日本

砼湿喷机

TK500

台

成都

锚杆注浆机

麦斯特MEYCO

台

长沙

泥浆搅拌机

1套

（2）主要施工人员配置

斜井施工属于高危作业，项目部成立专门的斜井竖井工作小组，专门进行斜井竖井施工管理，其余职能由各职能部门负责。

相关职能部门负责人及管理人员见表4，作业队相关劳动力配置见表5、6、7：