第08章 开挖与支护.docx

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第08章开挖与支护

第8章土石方开挖施工程序、施工方法

说明书及附图

8.1施工特性

8.1.1施工区地形地貌与工程地质

本标枢纽区属蓬安-合川浅丘区，相对高差一般都在50～100m。

河流流向近东西向，河谷开阔，河床宽缓，枯期河水位EL.290m，水面宽280～350m，正常蓄水位EL.310m时，水面宽490～550m。

现河床位于左岸，右岸为高漫滩。

两岸地形均为宽缓的不对称“U”型谷，左岸上陡下缓,右岸为Ⅱ级基座阶地，平缓,阶面高程EL.319～EL.323m，高出河水面约30m。

坝址处于河道顺直，河谷开阔地段，谷底宽400～500m，河道偏左岸。

本标工程处于左岸，为平缓的丘陵地，广布漫滩及阶地。

建筑物区出露地层主要为侏罗系上统遂宁组（J3S）和蓬莱镇组下段（J3P1）内陆河湖相沉积的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及砂岩。

其次为第四系全新统崩坡积、坡残积、冲积等松散堆积。

遂宁组（J3S）：

分布于255m高程以下，为粉砂质泥岩夹泥貭粉砂岩及砂岩。

蓬莱镇组下段（J3P1）：

根据岩性特征，可分为如下五层：

a）砂岩（J3P1-1）：

主要分布于河床部位EL.255～EL.280m高程左右，厚约21～33m，为建筑物主要持力层。

浅紫色～浅灰色，厚层块状构造，细粒结构。

底部为含砾砂岩，砾石成分为泥岩。

岩体完整性较好，岩石较坚硬。

b）泥质粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩（J3P1-2）：

主要分布在两岸坡脚，高程EL.280～EL.298ｍ左右，厚约18～20m，泥质粉砂岩为浅紫色，岩层单层厚度0.3～0.5m，粉砂质泥岩单层厚0.1～0.2m，完整性差，强度低。

c）砂岩夹泥质粉砂岩（J3P1-3）：

分布在两岸岸坡EL.298～EL.313m高程左右，厚约15m。

浅紫色，中厚～厚层构造，钙泥质胶结，底部斜层理较发育，左岸夹有多层厚0.5～1.0m的泥质粉砂岩。

岩体完整性好，强度较高。

d）泥质粉砂岩夹薄层粉砂质泥岩（J3P1-4）：

厚约10～12m，布于左岸EL310～EL322m高程。

泥质粉砂岩单层厚度0.2～0.4m，粉砂质泥岩单层厚度为0.1～0.2m，紫红色，岩石成分以粉砂岩及泥质物为主，次为铁质及石英，泥质结构，层状构造，失水易开裂，粉砂质泥岩浸水后易崩解。

ｅ）砂岩（J3P1-5）

厚度大于30m，分布于左岸EL322m高程以上，呈陡崖形式分布。

浅灰白色~浅紫灰色，矿物成分以长石、石英为主，次为岩屑、云母、泥钙质孔隙胶结为主，粉砂~细砂状结构，厚层状构造，完整性好，强度较高。

第四系（Q）

河床及高漫滩第四系松散堆积层为卵砾石夹砂层，厚5～17m，结构松散。

漫滩局部表层有厚0.3～0.7m的粉土层。

卵砾石层K值为（2.5～3.5）×10-2cm/s,中～强透水性。

崩坡积块碎石土层主要分布于两岸坡脚及左岸斜坡，厚1～4m。

结构松散，具架空结构。

粉砂质泥岩岩性软弱，湿抗压强度6～7MPa，遇水易软化，属软岩；泥质粉砂岩岩性较软，失水易开裂，岩石湿抗压强度8～13MPa，属软岩；砂岩较坚硬，岩石湿抗压强度36～41MPa，属中硬岩。

坝区软弱夹层不甚发育，主要表现为层间挤压破碎带，按其颗粒组成又细分为岩块岩屑型和泥夹岩屑型两类，厚度一般0.1～0.5m，分布不连续，物理力学特性较差、指标低。

8.1.2主要项目及工程量

本标土石方工程主要项目有：

左岸接头坝及连接公路、船闸、左岸挡水坝、泄洪闸、灌浆平洞土石方开挖及开挖边坡支护等。

各建筑物土石方开挖及支护工程量见表8-1。

表8-1各建筑物开挖及支护工程量表

序号

分项工程

土方m³

石方m³

支护m²

1

泄洪闸工程

泄洪闸闸室

99170

12040

泄洪闸护坦

125904

4940

2

左岸挡水坝工程

21870

2350

3

左岸接头坝工程

700

700

200

4

左岸灌浆平洞工程

463

300

400

5

船闸工程

6

上引航道

36360

31462

4699

7

上闸首

2586

11737

80

8

闸室

14375

73530

2000

9

下闸首

4105

21615

94

10

输水系统

1699

120

11

下引航道

40040

221086

15451

12

合计

注：

土石方开挖总量：

727032m3，其中土方：

345573m3；石方：

381459m3。

8.1.3施工工期安排计划

开挖规划原则是为了满足混凝土施工要求，同时尽可能做到均衡施工，确保道路畅通，尽早提供混凝土浇筑的场面，从而确保第一个枯水期的形象面貌。

根据施工条件和工期要求，土石方开挖分三阶段施工。

第一阶段在围堰闭气前进行船闸左边坡开挖。

根据讯期洪水条件，十年一遇汛期洪水高程为295.8m，汛期将船闸左面边坡挖至EL296m高程，以便提前进行输水廊道的上斜井和竖井的开挖，为上闸首混凝土施工创造条件；同时，上引航道处于河漫滩上，可以提前开挖基础提前浇混凝土；随着汛期的经过，围堰闭气前随水位的下降，船闸继续往下开挖。

第二阶段围堰闭气后继续进行船闸的开挖，此时突出上闸首、闸室、下闸首的交面；同时进行泄洪闸闸室开挖；第三阶段进行泄洪闸护坦和下引航道的开挖。

上引航道

由于上引航道位于河滩上，地势较高，在围堰闭气前可以进行大部分开挖；

2004年8月1日开始，2005年1月5日全部结束，2004年11月1日开始进行混凝土浇筑。

上闸首

上闸首在EL296m高程为阀门井挖，上游在EL.296.5m高程为输水廊道斜井开挖，都在水面以上，提前进行洞室开挖；在围堰闭气后，进行输水廊道下平段施工。

在围堰闭气前开始开挖，工期自2004年8月1日至2004年12月15日。

闸室和下闸首

闸室和下闸首在开工时开始水上部位开挖施工，闭气后进行基础开挖施工。

工期从2004年8月1日开始，2005年2月15日结束。

下引航道

下引航道开挖在2004年8月1日开始，2006年2月10日结束。

泄洪闸及挡水坝工程

围堰闭气后进行挡水坝及泄洪闸闸室底板开挖，河道整治及护坦部分在二枯时施工。

一枯工期从2004年11月20日至2005年1月5日。

灌浆平洞和接头坝及连接公路工程

灌浆平洞在2004年8月1日进行边坡明挖，洞挖在2005年4月进行。

左接头坝及连接公路在2004年8月1日进行边坡开挖。

二期一枯具体的土石方开挖强度见表8-2。

表8-2二期一枯土石方开挖强度表

项目名称

工程量m³

2004

2005

8

9

10

11

12

1

2

3

4

泄洪闸室

土方

99170

35806

63364

石方

12040

1993

10047

闸室护坦

土方

125904

13194

8494

剩余的在2005、11～2006、1完成

石方

4940

280

1191

剩余的在2005、11～2006、1完成

左挡水坝

土方

21870

2750

17363

1756

石方

2350

100

1613

637

左接头坝

土方

700

700

石方

700

700

灌浆平洞

土方

463

463

石方

300

300

上引航道

土方

36360

8940

9537

1619

3157

12577

530

石方

31462

6904

7121

6885

1987

8128

438

上闸首

土方

2586

471

704

715

292

400

石方

11737

1601

2162

2192

2995

2787

闸室

土方

14375

1544

4844

1065

95

4997

1830

石方

73530

1925

14980

13086

595

31464

11480

下闸首

土方

4105

224

420

336

170

2540

415

石方

21615

1228

2302

1842

265

13388

2590

输水系统

石方

1699

300

300

699

400

下引航道

土方

40040

1020

3519

1278

74

4323

2873

石方

221086

762

6080

9655

669

86483

80301

332

剩余的在2005、11～2006、1完成

强

度

土方

石方

13362

19024

5013

55273

102463

14146

5118

13120

32945

33960

8693

25026

132410

94371

432

26482

51969

38973

63966

127489

146556

99489

432

注：

二期二枯开挖强度见总进度表

8.2施工布置

8.2.1施工道路布置

工程项目：

左岸接头坝及连接公路、左岸挡水坝、泄洪闸、船闸等建筑物。

现有篷安到金溪镇的公路，金溪镇到下唐家坝砂石料场有机耕道通过。

业主提供从金溪到坝顶的上坝公路。

从上坝公路修路进入筛分拌和系统，往前延伸进入生活场地和渣场；从金溪桥头经下游围堰进入泄洪闸和船闸，从拌和系统经上游围堰进入泄洪闸和船闸，并将其作为出渣道路，其中将通过上游围堰的道路做为主要的出渣道路。

⑴场内交通

①已有道路

枢纽上接新政工程，下与马回电站相接，坝址距下游左岸金溪场镇0.7km，距篷安县城为31km，对外交通十分方便。

由金溪镇至左坝肩的公路由发包人提供。

该道路长度为0.6Km，编号为1#路。

②新修道路

2#路：

与1#路在左坝肩EL321.5m接线，下降至EL313m高程，沿途经过拌和筛分系统及生产生活设施场地、弃渣场的公路。

根据施工需要，修建以下施工临时道路：

3＃路：

从上下围堰左端头沿上下引航道内外墙之间修路至上下闸首，砂卵石路面。

4#路：

从2#路拌和站附近接线，至上游围堰，道路全长150m，再到闸室，砂卵石路面，路基宽9m，路面宽8m，全长400m，作为渣场和混凝土的运输干线。

5#路：

从左岸下游金溪至左岸坝肩的已有道路金溪桥头开始修路至下游围堰左岸端头长160m再至至闸坝护坦，道路全长500m，砂卵石路面，路基宽9m，路面宽8m。

作为连接泄洪闸下游工作面的主干线。

4#与5#路经过已完建的7#闸孔右半边连通。

6＃路：

从闸室左边挡水坝修路沿上引航道外墙修路到上游围堰左端再接2＃路，作为主要出渣道路。

7＃路：

从下游围堰左端沿下引外墙到闸室护坦。

8＃路：

从下引航道挡水子围堰绕下引航道挡墙后面接上坝公路，这条路二枯使用，作为下游围堰拆除时的道路。

施工道路布置详见《施工总平面布置图》（图号：

投附-JX/C14-03-01）及《开挖施工道路布置图》（图号：

投附-JX/C14-08-01）。

8.2.2弃渣场

根据业主总体规划和招标文件规定，渣场位于坝上游1#、2#渣场，总面积约56000m²，距离约2km。

工程所开挖的土石方，除部分用于回填围堰和道路及混凝土骨料生产外，其余都弃在由业主指定的弃渣场内。

具体安排如下：

进场后，船闸开挖的渣料先用来填筑道路，然后将渣料进行围堰的填筑。

围堰闭气后所开挖的岩渣与砂卵石分开堆存，不混杂，砂卵石作为毛料用。

渣场堆料的高度要合适，在堆存过程中，将对堆渣靠江侧边坡进行保护，方法是用大块石人工配合机械干砌或者用机械削成稳定的边坡，以确保边坡的稳定，同时保持外观的整齐。

8.3施工程序

本标土石方开挖将严格按照招标文件的要求来进行施工。

具体施工程序为：

边坡采用自上而下逐层开挖，并及时进行支护。

开挖边坡形成之前，完成相应高程的截排水系统的施工。

8.3.1施工分区

左连接坝段布置在左岸岸坡上，泄洪闸布置在河床上，船闸依左岸岸边布置。

根据工程布置特点和施工布置，将其分区施工。

在截流以前开挖左岸连接坝段和船闸水上部分；围堰闭气后，通过上游围堰布置道路开挖泄洪闸部分；随排水的进行、基坑水位的下降，船闸和泄洪闸基础往下开挖。

本标段开挖分成两大施工区：

船闸施工区和闸坝施工区。

施工分期：

本标土石方工程总体上分三个时段进行施工。

2004年8月1日～2004年11月20日，即围堰闭气之前，将船闸上引航道大部分开挖完成，船闸其余挖至水面高程。

2004年11月20日～2005年4月30日，即围堰闭气后，完成泻洪闸及船闸上下闸首、上引航道、闸室、下引航道的开挖。

2005年11月1日～2006年1月30日，即二枯围堰恢复后，完成泻洪闸护坦及船闸下引航道剩余部分的开挖。

②施工分层

左岸连接坝开挖量较小，主要为边坡削坡，选用反铲自上而下进行开挖，每次开挖高度为3m，按设计边坡进行开挖。

泄洪闸基础分层开挖，主要为覆盖层开挖，岩石开挖较浅，为保护层开挖。

覆盖层开挖完后，进行齿槽和保护层开挖。

船闸受结构体形的影响，必须分层开挖。

8.3.2施工程序

施工程序见图8-1土石方开挖程序框图。

8.4施工方法

8.4.1施工准备

测量放线

在施工便道修建前,建立测量控制网，控制网精度满足施工精度要求。

按监理工程师要求进行施工区域的纵横断面测量、工程量复核并及时提交测量成果资料，对于开挖开口线的桩号、高程以及控制性点位，要做明显标志。

植被杂物清理

开挖区的植被杂物按业主、监理工程师要求进行清理、堆放。

植被杂物清理后要对施工区进行安全调查，并做好记录向监理呈报，有安全隐患部位及时进行处理。

植被清除范围为开挖开口线外5m。

施工便道的修建

图8-1土石方开挖程序框图

8.4.2施工方法

8.4.2.1土方明挖

开挖自上而下、分层分段依次进行，土方开挖主要采用D85推土机集渣、平整场地，K95装载机（4.7m³）、K85装载机（3.0m³）、PC400正铲（2.6m³）、PC400反铲（1.8m³）、EX400反铲（1.8m³）、R934反铲（1.5m³）、EX300反铲（1.4m³）装20T自卸汽车运输出渣。

边坡采用EX300削坡成形，辅以人工修整。

8.4.2.2石方开挖

（1）石方明挖施工方法

覆盖层开挖完成后，首先采用YT-28手风钻将出露的岩石顶面凸凹不平部位钻爆解平，推土机集渣，装载机或反铲装20吨自卸汽车出渣。

大面清理平整后，自上而下进行石方开挖。

使用CM-351高风压或ROC-D7液压钻机进行大面积造孔作业，选用梯段微差挤压爆破。

设计边坡采用预裂爆破，CM-351造孔。

建基面预留1.5m（暂定）保护层，YT-28手风钻进行保护层钻孔作业。

根据施工机械配置及各部位情况，采取不同的开挖方法。

上下引航道

上引航道前段基础坐在砂卵石层上，后段置于泥质粉砂岩上。

下引航道基础置于泥质粉砂岩上，永久边坡为1：

0.75，临时开挖边坡为直立边坡。

用ROC-D7液压钻机和CM-351潜孔钻造边坡预裂孔及主爆孔，分台阶爆破，按设计结构分层，底部预留保护层的方法开挖施工。

见图8-2。

图8－2引航道分层开挖图

②上闸首

上闸首置于泥质粉砂岩和粉砂质泥岩上，EL296.50m以上为明挖，EL296.50m以下有竖井、斜井和平洞开挖。

明挖采用ROC-D7液压钻机和CM-351潜孔钻造预裂孔和主爆孔，分台阶爆破，液压反铲出渣。

竖井和斜井用液压钻机沿四周造预裂孔，先进行四周的预裂成缝，中间再用手风钻造孔爆破。

平洞用手风钻造孔，四周光面爆破。

初期竖井和斜井出渣用长臂反铲，在围堰闭气后，平洞用WA380装载机出渣。

见图8-3。

图8－3上闸首开挖分层图

图8－4闸室开挖分层图

闸室和下闸首

闸室和下闸首置于泥质粉砂岩和粉砂貭泥岩上，建基面高程EL274.10～285.7m。

开挖边坡用CM-351造预裂孔，一次预裂到结构台阶高程。

主爆用CM-351造孔分台阶爆破，底部预留保护层的施工方法。

见图8-4。

泄洪闸及挡水坝地表覆盖层较厚，一般为5～16.5m,基础面岩石出露高程为274.0～285.5m左右，大体上开挖深度较浅，除上下游齿槽相对较深但开挖量都较小外，基本上为低部的保护层开挖。

保护层采用YT-28手风钻浅孔小炮逐层开挖，上下游齿槽采用手风钻按设计要求进行结构开挖，用机钻CM-351进行两边开口的预裂。

保护层开挖

保护层开挖用YT28型手风钻造孔，VY-12/7移动式空压机供风，孔斜度63。

梅花形布孔，采用非电毫秒雷管延期起爆或火花起爆。

保护层厚1.5m分三层开挖，第一层钻孔深度80cm，第二层钻孔深度50cm，余下20cm人工撬挖。

通过现场爆破试验并经监理工程师批准的前提下，采用孔底设置柔性垫层梯段微差爆破一次爆除，局部欠挖，就采用人工凿除。

保护层一次爆除装药参数见表8-4。

（2）石方明挖钻爆施工

炸药：

主要采用乳化炸药和2#岩石销铵炸药。

雷管：

8#工业非电毫秒雷管1～15段。

传爆器材：

导爆索。

起爆器材：

火雷管和导火索。

石方钻爆施工工艺流程见图8-5。

石方钻爆参数设计

计算所得爆破参数，施工时根据爆破试验和施工具体情况进一步调整。

1）预裂孔

a.炮孔间距a

根据经验公式：

a=（7～12）D

a—炮孔间距

D—钻孔直径，ROC-D7钻机，选用Φ76～102，CM-351钻机Φ105

选用a=80cm

b.不偶和系数

Dd=D/d=2～5

D—钻孔直径，76～105

d—药卷直径，选用药卷直径25、32mm

则Dd=3.04～3.28

图8-5石方钻爆施工工艺流程图

c线装药密度

根据《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SDJ211-83）介绍的公式：

QX=0.188aδ0.5

a-炮孔间距80cm

δ-岩石极限抗压强度kgf/cm2，岩石主要为泥质粉砂岩，选用100kgf/cm2　

QX=0.188×80×1000.5=150g/m

选用150g/m，装药结构见图8-6。

图8-6预裂爆破装药结构图（单位:

cm）

2）梯段爆破

采用倾斜深孔钻孔，其倾斜角度为700，钻孔布置图见图8-8。

选择参数：

梯段高度H：

选用H=6m

钻孔直径D：

高风压和液压钻机钻孔。

分别选用102、105mm

最小抵抗线W：

W=（20～40）d，选用30d

d-药卷直径，90mm

W=30×90=2700mm，取2.5m

超钻深度h：

h=0.5W=0.5×2.5=1.25m

钻孔深度L：

L=（H+h）/sina1=（6+1.25）/sin70°=7.7m

炮孔间距a：

a=mw=1.5×2.5=3.75m

m-炮孔相邻系数（m取值1.4～1.5）

炮孔排距b：

b=asin60°=3.75×0.866=3.2m

装药量Q：

Q=qawH/sina1（q-单位耗药量，取0.43kg/m3）

=0.43×3.75×2.5×6/sin70°

=25.7kg

装药长度L1：

L1=Q/q1，q1--每m药包的重量，查表q1=6.359kg/m

则L1=25.7/6.359=4m

堵塞长度L2：

L2=0.9W=2.2m

采用间隔装药，孔内微差爆破。

间隔装药结构见图8-7。

装药参数见表8-3。

图8-7装药结构图（单位：

cm）

图8-8主爆孔布置图（单位：

cm）

图8-9齿槽炮孔布置图（单位：

cm）

图8-10起爆网络图

3）保护层爆破（手风钻钻60°孔，一次爆除）爆破参数

YT-28手风钻钻孔，孔径d=42mm

最小抵抗线W=Kwd

Kw-系数，一般用15～30，选用25

Wp=25×42=1.1m

台阶高度H，即保护层厚度1.5m

炮孔深度h，松软岩石中，h=（0.85～0.95）H，因考虑加15～20cm底线柔性垫层，h=H/sin60°=1.7m

炮孔间距a：

a=（0.8～2.0）Wp

则a=1.2×1.1=1.3m

炮孔排距b：

b=（0.8～1.0）a

=0.8×1.3

=1.0m

装药量Q：

Q=（0.6～0.7）qWpaH（q-单耗药量，q=0.45kg/m3）

=0.65×0.45×1.1×1.3×1.5

=0.63kg

保护层开挖见表8-4.

表8-3石方开挖爆破参数表

部位

爆破

类型

孔类

钻孔机械

梯段高度（m）

孔径（mm）

孔深

（m）

间距

（m）

排距

（m）

耗药量

中部大面

梯段

爆破孔

CM351

3～6

105

3.8～7.7　

2～3.75

1.8～3.2

0.35～

0.45kg/m3

梯段

爆破孔

ROC-D7

3～6

89

3.8～7.7

1.8～

2.5

1.5～

2.2

0.35～

0.45kg/m3

边坡

预裂

预裂孔

ROC-D7

76

6～10

0.8～

1.0

150～200

kg/m

边坡

预裂

预裂孔

CM-351

105

6～10

0.8～

1.0

150～200

kg/m

表8-4保护层开挖钻爆参数表

台阶高度m

0.5

0.8

1.0

1.5

孔间距m

0.4

0.6

0.8

0.8

孔排距m

0.4

0.5

0.6

0.7

堵塞长度m

0.3

0.4

0.5

0.5

单孔装药量kg

0.05

0.15

0.25

0.40

备注：

以上爆破参数施工时将根据现场爆破试验调整。

4）齿槽的开挖爆破

采用CM-351潜孔钻沿设计边坡面进行预裂爆破，YT-28手风钻钻主爆孔；中部“V”型淘槽，孔间顺序微差松动爆破。

底部留1.5m厚垂直保护层，保护层采用手风钻钻孔，孔底设15～20cm厚的柔软垫层，密眼、小药量一次爆破。

炮孔布置图见图8-9。

起爆网络见图8-10。

石方洞挖施工

本工程石方洞挖为灌浆平洞和船闸输水廊道洞挖，平洞沿坝轴线布置在坝顶左侧山体中，洞径为2.5×3m，高程为321.5m；输水廊道布置在上闸首底部，由竖井、斜井和平洞组成。

1）施工布置

①施工用风、水、电布置

风：

洞挖施工用风由一台VY-12/7移动式空压机供风。

水：

洞挖施工用水由一台1寸扬程80m的潜水泵供水至工作面。

电：

洞挖施工用电由变压器接线供电；动力线采用60mm2电缆进行供电；照明线采用16mm2铝芯线供电。

②施工照明

洞身每5m接一支100W防水灯照明，掌子面用一台500W射灯照明。

③施工排水

施工废水利用灌浆平洞内的排水沟排出洞外，输水廊道由一台污水泵排水。

④施工通风

灌浆