某无压引水隧道地下建筑课程设计.docx

1、某无压引水隧道地下建筑课程设计第一部分 工程概况某无压引水隧道，长1600米，直径6米，隧道埋深1050米；经勘察，隧道80将穿过石灰岩，20穿过石英砂岩，岩石的抗压强度100150MPa，4590的节理和裂隙面充填方解石、白云石和粘土，部分节理处于不闭合状态，缝隙宽度14mm，节理间距30cm50cm之间，节理面粗糙。根据钻孔资料得知石灰岩的RQD值为80100之间。经测试岩体纵波速度为：40005000m/s。石英砂岩的RQD值为6080之间。预计围岩存在3组节理，主要节理走向与洞轴线夹角在3050，倾角为4080之间，倾向逆于隧道掘进方向。另外，预计隧道局部地段因隧道顶部位于水位线下，有

2、中等渗入水流，水流量在1015L/mim之间。第二部分 工程支护设计第一章隧道围岩支护设计1.1初期支护设计1.1.1 使用Q系统法设计Barton 的Q 系统分类考虑的因数与Bieniwaski 的RMR 分类方法考虑因素比较接近，但它采用的得分计算方法是乘积法，即对六因素进行如下的计算： Q=()()()式中：RQD 为岩石质量指标；Jn 为节理组数系数；Jr 为节理粗糙度系数；Ja 为节理蚀变度（变异）系数；Jw 为节理水折减系数；SRF 为应力折减系数。其中RQD 与Jn 之比值可粗略表示岩石的块度，Jr 与Ja 之比表示嵌合岩块的抗剪强度，Jn/SRF 的比值反映岩石的主动应力。根据

3、本区的情况，其具体的取值如下：（1）RQD 取值：岩石质量RQD（%）备注A坏的0-251当调查和量测的RQD10（包括0）时，用以代入上式计算Q值，可采用标准值10。2RQD每级差为5，即100、95、90已有足够的精度。B不良25-50C中等50-75D良好75-90E优良90-100（2）Jn 取值：据野外实测与室内分析确定，具体取值如下表所列。节理组数 Jn备注A整体，没有多少节理0.5-1.01、岔洞处采用（3.0）2、洞门处采用（2.0）B1组节理2C1组节理且节理不规则 3D2组节理4E2组节理且节理不规则6F3组节理9G3组节理且节理不规则12H4组或更多节理，不规则，严重节理

4、化，“糖精状”等15J破碎岩石，类似土20（3）Jr 取值：节理粗糙度系数取值标准如下表所列节理糙度系数Jr备注1节理沿壁面接触以及岩壁面在剪切10cm前仍接触A不连续节理41如有关节理的平均间距大于3m，则加12对具有节理的光滑平面节理，如节理方向有利，可采用Jr=0.5 B粗糙或凸凹不平，起伏的3 C平整、起伏的2 D光滑、起伏的1.5 E粗糙或凹凸不平、平面的1.5 F平整、平面的1.0 G光滑、平面的0.52剪切后岩壁面没有接触 H夹含黏土矿物带、厚度足以阻止岩壁面接触1.0 I平砂化、砾化或破碎带，厚度足以阻止岩壁面接触1.0注：A-J的情况都是节理面的情况。（4）Ja 取值：节理蚀

5、变度系数取值标准如下表所列。节理蚀变程度Jaa.裂面闭合，充填物为石英或绿帘石等坚硬，不软化，不透水矿物0.75-1b.裂面仅有微蚀变痕迹1-2c.裂面微蚀变，不含软化矿物薄膜，岩砾及无粘土岩屑等2-3d.裂面壁有岩屑及未软化的粘土矿物等3-4e.裂面有软化或低抗剪强度的泥膜（如高岭土，石英等）4 （5）Jw 取值：考虑地下厂房区地下水丰富，多呈流水、局部涌水状。因此，本区节理水折减系数Jw 值根据不同情况，一般可取0.8-1.0。（6）SRF 取值：厂房区岩石坚硬，地应力中等偏高（12-20MPa），应力折减系数SRF结合本区的情况，确定其具体取值如下表所列。 应力折减因素SRF应力高低情况

6、c/1t/1a.靠近地表,低应力200132.5b.中应力200-1013-0.66 1-2c.高应力10-50.66-0.330.5-2d.中等岩爆5-2.50.33-0.165-10由上表所列可依次计算出=0.495，=0.385根据地下建筑工程设计与施工（中国地质大学出版社）中提供的Q系统“各种地下开挖工程的开挖支护比近似值”表，可知该隧道属于“永久采矿坑道，水电输水隧道（不包括高压隧道），引水隧道，竖井，纵横交错的平巷等”，ESR值取1.6。则开挖的当量尺寸H可由下式得到：H=L/ESR得H=3.75。由=0.495，=0.385与H=3.75参照课本Q系统支护设计图，可得应选择第30

7、号支护系统。 具体类型数据如下表所示：编号Q条件因素跨距/ESRP(kg/)支护类型RQD/JnJr/Jn300.40.153.0B(tg)1m+S2.55m即：石灰岩：由RQD/Jn5.0，Jr/Jn0.25,跨度/ESR=2.2-6,查地下建筑工程设计与施工表2-9 支护类型得该支护为：间距为1.0m 的预应力灌浆锚杆系统加喷厚为35mm 喷射混凝土的支护系统。石英砂岩：由RQD/Jn5.0，Jr/Jn0.25,跨度/ESR=3.2-7.5，查地下建筑工程设计与施工表2-9 支护类型得该支护为：间距为1.0m 的预应力灌浆锚杆系统加57.5cm 的加强钢筋网。1.1.2 使用RMR法设计比

8、尼奥斯基（Bieniwaski）的地质力学分类方法是采用多因素评分，求其代数和（RMR 值）来评价岩体质量。主要采用了5 个分类因素：岩石单轴抗压强度、岩石质量指标RQD、裂面间距、裂面性状及地下水状态，其具体的评分标准如下表所列表1-1-1 A岩体质量RMR分类因素及评分标准表在确定完上述各参数的权值和得分后，按RMR 值的计算公式可求的所评价岩段的RMR值，根据其大小，再运用Bieniwaski 的岩体分级划分标准，可将地下厂房区岩体划分为五级，如下表1-1-1B 所列。表1-1-1 A.分类参数及其等级1岩石单轴抗压强度/等级200MPa/(10) 100-200MPa/（5） 50-1

9、00MPa/（2） 25-50MPa/(1) 25MPa/(0)2钻孔岩芯质量RQD/等级90%-100%/(20) 75%-90%/(17) 50%-75%/(14) 25%-59%/(8) 3m/(30) 1-3m/(25) 0.3-1.0m/(20) 0.05-0.3m/(10) 0.05m/(5)4节理走向与倾角/等级很有利/(15) 有利/(13) 一般/(10) 不利/(6) 很不利/(3)5节理条件/等级紧密接触：间隙 接触好：间隙5mm,连续的夹层0.1mm且不连续/(15) 虽连续但无夹层/(10) 但夹层厚5mm/(0)6地下水渗入（每10m隧道长度）/等级干的/(10)

10、125L/min/(2)B.岩体分类及其等级类别总评价很好 100-90好 90-70一般 70-50差 50-25很差 60MPa,岩体纵波波速为3.7-5.2km/s，在根据其结构面发育条件，查地下建筑工程设计与施工表2-16 GBJ 86-85 围岩分类，得该隧道围岩为类围岩。再按地下建筑工程设计与施工表2-17 GBJ 86-85 隧道和斜井锚喷支护类型设计参数，其毛洞跨度5B10m，其可能的支护方式为：280-100mm 厚喷射混凝土；50mm 厚喷射混凝土，设置1.5-2.0m 长的锚杆。综合三种方法分析比较，该隧道围岩分级为级一般围岩，采用保守原则，得出可行的初期支护方式为锚喷支

11、护：使用间距为1m、长3m、直径20mm、非预应力砂浆锚杆加30mm 厚喷混凝土(C25)必要时局部加钢筋网的支护体系。1.2 永久支护设计根据前三节的三种经验设计法的对比以及工程的具体情况，现推荐如下施工方法：采用NATM法施工，双向掘进方式（为方便排水本隧道拟安排进口顺坡段施工，出口反坡掘进）将遇隧道顶部在水位以下地段时，由隧道一侧的超前导洞排水降压。鉴于隧道断面较小，故采用全断面开挖法，一次成巷，辅之以间距为1m长度为2.5m的快速预应力胀壳式系统锚杆并喷40mm厚的喷射混凝土，永久支护混凝土300mm 厚的施工方案。隧道洞门采用超前锚杆和注浆固结法稳固周围岩体，并采用格栅刚架进行初期支

12、护。为确保隧道按期、优质、安全的完成施工，组织2个专业化隧道施工队伍对隧道工程实行专业化作业，抽调经验丰富、专业性强的人员参加隧道施工，安检。具体施工方案流程如图1所示，隧道支护结构断面图如图2所示：图1施工方案流程图2隧道支护衬砌断面图第二章 防渗水设计因隧道局部地段顶部位于水位线以下，预计有中等渗入水流，因此施工过程中遇到渗水情况应及时采取补救措施，首先应查清水源，再采取相应的措施：对于大面积的渗水，可在喷射混凝土中增参速凝剂、早强剂等；对于压力漏、滴水，可采取钻孔导水的办法；对于大裂隙漏水，可安设导水管排水、砌石、喷浆等措施。 第三部分 施工组织设计第一章 工程概述1.1 工程地质概况与

13、分析该隧道为无压引水隧道，长1600 米，直径6 米，隧道埋深1050 米；经勘察，隧道80将穿过石灰岩，20穿过石英砂岩，预计围岩存在3 组节理，主要节理走向与洞轴线夹角在3050，倾角为4080之间，倾向逆于隧道掘进方向。4590的节理和裂隙面充填方解石、白云石和粘土，部分节理处于不闭合状态，缝隙宽度14mm，节理间距30cm50cm 之间，节理面粗糙。根据钻孔资料得知石灰岩的RQD 值为80100 之间，石英砂岩的RQD 值为6080 之间。另外，预计隧道局部地段因隧道顶部位于水位线下，有中等渗入水流，水流量在1015L/mim 之间。岩石的抗压强度100150MPa，经测试岩体纵波速度

14、为：40005000m/s。经上述计算分析，该隧道围岩等级为类一般围岩。在跨度为6m 时能维持一个月以上的稳定，主要出现局部掉块，塌落。图1-1 隧道洞线图 单位：m1.2 施工要求1.2.1 工期要求工程总工期要求为16 个月，依工期可采用单向掘进，初期支护平行作业，掘进完成后再衬砌。预计开挖支护工期为11 个月，混凝土浇筑为4 个月以及附属工程1 个月。开工日期：2010 年2 月1 日竣工日期：2011 年5 月31 日完工1.2.2 质量要求工程一次验收合格率达到100%。对已完工的工序（开挖、支护、衬砌、仰拱、附属工程）等工程的质量自检检测率必须要达到100%。认真执行ISO9002

15、 质量管理体系标准，采用先进技术、工艺、设备，制定严格的质量管理计划和创优规划，实行全员、全方位、全过程的质量控制，大力开展“打造精品工程”的活动，精心组织、精心施工，确保目标实现。1.2.3 环保、安全工作要求三标一体化管理工作有效开展，文明施工；杜绝伤亡，杜绝机械大事故；严防隧道塌方；特别注重防汛、施工用电、交通安全工作。第二章 施工总方案的选择与确定2.1 施工方法该隧道全长1600m，比较短，工期要求也不是很紧，若使用岩石掘进机开挖隧道，不经济，成本很高，一般多用于深长隧道的施工；盾构法适用于土质的围岩条件下的隧道，在该工程中不适用，因而采用传统的钻爆法施工（矿山法），并结合新奥法的思

16、想。2.1.1 施工准备开工之后首先修筑临时施工便道，架设施工供电线路和铺设供水管道，砌筑洞顶截水沟，开挖洞口段土方。洞口场地开挖完成后，安装和修建隧道供风、供水、发电、砼生产、钢构件加工等设配与设施。2.1.2 特殊地段及复杂地层施工方法对于洞身围岩节理裂隙带、级围岩段，地下水不发育，有可能出现塌方险情。此时采用两台阶法施工，拱部采用22 超前小导管注浆预支护，初期支护采用格栅钢架加强，小导管长度为4.5m，按纵向间距3.2m 一环布置，格栅钢架按纵向间距1m 一榀布置。 对于地下水发育地段，施工过程中遇到渗水漏水情况时应及时采取补救措施，首先应查清水源，再采取相应的措施：对于大面积的渗水，

17、可在喷射混凝土中增参速凝剂、早强剂等；对于压力漏、滴水，可采取钻孔导水的办法；对于大裂隙漏水，可安设导水管排水、砌石、喷浆等措施。对于洞身支护及衬砌：喷射砼采用湿喷工艺，20 砂浆锚杆，钢筋网为8 钢筋。型钢钢架和格栅钢架在洞外加工成型，洞内拼装到位。自制简易轮行式移动工作平台铺设复合防水板和绑扎衬砌钢筋。二次衬砌采用全断面钢模整体式液压台车、泵送混凝土浇筑施工。衬砌施工距洞口500m 范围内时，输送泵安装在洞口，直接将砼输送到台车模板的仓面内；当衬砌施工距洞口距离大于500m 时，将输送泵安放在隧道的综合洞室内进行泵送砼施工，以防止砼施工影响洞内其它运输车辆通行。隧道洞口段采用的主要技术措施

18、（进洞）：采用小导管施工工艺。图2-1 小导管施工工艺流程图封闭掌子面布设管位钻孔安装钢管注浆检查导管工艺有关参数和控制标准a、采用42 的无缝钢管，管壁开花孔，双侧梅花型布置，孔距40 厘米。b、长度3.5 米，有效长度2.5 米。c、二排导管搭接长度1.0 米。d、仰角5080。注浆参数设计水灰比W:C=1:1注浆终压0.51MPa主要材料机具设备主要材料：425 号普硅水泥。机具设备：VB-3 型灰浆泵立式灰浆拌合机仰坡防护仰坡的开挖应视边坡的稳定情况，确定边坡，清除浮土。在仰坡面进行锚喷网防护，锚杆采用22 钢管，长度4m ,间距1.51.5m；钢筋网采用8 钢筋，间距20cm20cm

19、；喷射砼厚度20cm。2.2 施工方案由于此隧道经过岩层岩石致密坚硬，节理裂隙发育轻微，围岩整体性较好，断面面积S=r2=3.1432 =28.27m2 小于100m2 ，故本隧道采用一次成巷方案，断面采用全断面光面爆破开挖，可以提高施工进度，也能满足施工的要求。按设计方勘察、设计意见；初期支护即为永久支护方案，二次衬砌不作为荷载承担，二次衬砌仅仅作为减少水流阻力。第三章 凿岩爆破设计3.1 凿岩爆破参数的确定及器材的选用3.1.1 凿岩爆破参数的确定（1）掏槽方式根据隧道的地质情况和前期的研究分析结果，采用单螺旋掏槽方式。（2）单位岩体炸药消耗量单位岩体炸药消耗量，可以根据经验公式法，查找定

20、额等加以确定。经验公式法：岩体坚硬开挖断面面积S=28.27m2，故可按瑞典建议采用的计算式q=14/s +0.8=1.30kg/m.按定额取值：查教材P21 表3-2 得，炸药单耗.q=1.62kg/m3根据以上计算，选取每循环单位岩体炸药消耗量q=1.62kg/m3。（3）每循环炸药消耗量按体积公式算得：Q=r2Lq=3.14322.51.62=114.51kg（L 为每循环进尺长度）（4）炮眼数目药卷规格：一般炮眼：32mm200mm150g;光爆孔：25mm200mm100g。根据式N=a1+a2S 及教材P22 表3-4 可算得N=a1+a2S=37.62+1.3628.27=113

21、.65取N=114注： 难爆性岩体取a1=37.6,a2=1.36;国内使用小炮孔（38-42mm）和2 号岩石炸药时，系数a1 偏小，对光面爆破要增大两倍。（5）炮眼的布置掏槽眼单螺旋掏槽方式的特点是各装药眼至空眼的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。 根据经验，个装药眼与空眼之间的距离可由炮眼直径d 来确定。结 合实际情况，中心空眼到周边掏槽眼的距离分别选取s1=70mm； s2=140mm；s3=180mm；s4=300mm。由于隧道岩石致密坚硬, 掏槽眼布置3 个爆破空眼，深度为3.2m，以产生足够的空腔体积，从而满足岩石的充分破碎膨胀，进而

22、被抛出槽外；布置4个装药眼，深度为2.9m。螺旋形掏槽眼爆破后往往在掏槽中存留下被压实的岩渣，影响辅助眼的爆破效果，为此，在施工中，将掏槽眼的空眼比装药眼要加长300mm，并在眼底装入200g 炸药，然后用充填物堵塞100mm 左右，带所有掏槽眼爆破之后，紧接着反向起爆，以利于抛渣。周边眼的布置1 光面爆破抵抗线的确定光面爆破抵抗线一般按以下公式确定：Wmin =（10-20）d式中：Wmin光面爆破最小抵抗线（m）d钻孔直径（m）则，Wmin =（10-20）d=（10-20）40mm=400-800mm根据教材表3-25，对坚硬岩，最小抵抗线Wmin =0.60-0.80m，故取Wmin

23、=600mm2 孔距由教材表3-25，对坚硬岩钻孔间距a=0.550.70m,可取a=550mm。3 炮孔密集系数周边孔的密集系数m 为间距a 与最小抵抗线W 的比值：m=a/W即m=550/600=0.924 装药量和装药不耦合系数有工程类比法，选线装药集中度q1=485g/m,不耦合系数k=2.0周边眼布置数目：2r/a=23.143000/550=34.27,故取周边眼布置数目为35 个，间距为550mm，深度为2.7m。 辅助眼布置辅助眼布置在参照炮孔总数及排距等参数的基础上，前后排间按爆破漏斗原理或者三角形原理进行交错布孔。辅助眼的布置层数可按下式基本确定，n=（r-W-s4）/Wn

24、max=(3000-300-600)/600=3.5,故取n 为3 层，由于最小抵抗线为600mm，且由于越靠近掏槽眼的辅助眼爆破夹制作用越大，则辅助眼越靠近掏槽孔，抵抗线越小，最外层辅助孔的抵抗线最大，故由里到外抵抗线分别取为600mm，700mm，800mm。最外层辅助眼数目为2r1/a=23.14（3000-800）/550=25.13,取为25 个，间距为550mm， 深度为2.7m。中间层：2r2/a=2(3000-800-700)/550=17.14,取为17 个，间距550mm，深度2.7m.最里面一层：2r3/a=2（3000-800-700-600）/550=10.28,取为

25、11 个，间距550mm，深度2.7m.辅助眼总数为25+17+11=53 个。通过在工作面上合理布置炮眼，求得实需炮眼个数N=7+35+53=95 个。 各炮眼装药量的分配掏槽眼7 个（三个空眼）：采用直径32mm 长200mm 药卷，单药卷重0.15kg，装药系数a取0.7，则： 掏槽眼装药卷数=2.90.7/0.2=10.15=10 卷，掏槽眼总装药量=4100.15=6kg单眼装药量为1.5kg辅助眼53 个：采用直径32mm 长200mm 药卷，单药卷重0.15kg，装药系数a 取0.6， 则： 辅助眼装药卷数=2.70.6/0.2=8.1 卷=8 卷，辅助眼总装药量=5380.15

26、=63.6kg单眼装药量为1.2kg周边眼35 个，采用直径25mm 长200mm 药卷，单药卷重0.1kg，装药系数a 取0.5，则： 周边眼装药卷数=2.70.5/0.2=6.75 卷=7 卷，周边眼总装药量=3570.1=24.5kg单眼装药量为0.7kg装药总量=6+63.6+24.5=94.1kg114.51kg3.1.2 爆破器材的选用常用的起爆器材有：火雷管，导火索，导爆索，塑料导爆管非电雷管等，不同的爆破方法所用的起爆器材也不同。本隧道为引水隧道， 起爆药的选择有两种，当隧道穿过干燥或地下水位以上时，可以使 用2 号岩石炸药，当隧道穿过含水层或在地下水位一下时，就要使用防水的乳胶炸药（爆力与2 号岩石炸药相同），为了使炸药不至因为水的原因而发生拘爆。隧道周边光面爆破一定要采用小直径的低爆速，低猛度，高爆力的光爆炸药，以取得优质的光爆效果，围岩稳定，施工安全。在这样的地质，水文条件下不宜使用火雷管起爆，避免遇水拘爆，同样的道理，如果采用电起爆的方法，可能由于水的作用而使电路短路，发生拘爆。从而综合比较后，选取塑料导爆管非电起爆法，塑料导爆管与雷管