地下洞室开挖工法.docx

1、地下洞室开挖工法地下洞室开挖工法1 前言由导流洞、引水洞、调压洞（井）、地下厂房、尾水洞、灌浆洞、交通洞等地下洞室是水工中的主要组成部分，由于各洞室的岩性、断面尺寸、埋藏深度等主体结构各有不同，因此在不同的地下洞室开挖施工中，其施工工艺、施工方法就各有不同。为提高洞挖施工技术，组织有关施工技术人员，在借鉴国内其他地下洞室开挖施工经验的基础上，结合“新奥法”技术的运用，进行专题研究，提出了具体的洞室安全优质施工技术措施及施工工艺，以及设备配置和施工组织，以实现洞挖施工的高质量与高效率。为保证洞挖的施工质量，简化施工工序，在尾水洞地下洞室开挖施工中，有关施工技术人员，开展科技创新，不断摸索创新洞挖

2、岩壁“钻孔定位一条线”的施工工艺，不断提高钻孔精度，改进爆破装药结构，取得了较好的施工技术成果，受到了业主及监理的高度评价。同时，为规范施工程序、强化过程管理、提高洞挖质量、细化安全管理的控制点，在总结施工经验的基础上，结合工程实践，形成了地下工程洞挖施工工法。由于采用了“钻孔定位一条线”的施工工艺，使得洞挖过程中较大超挖与欠挖的现象大为减少，其围岩的洞壁不仅美观，而且还节省了混凝土的填筑与修补的工作量，故有明显的社会效益和经济效益。2 工法特点（1）洞挖钻孔采取多臂凿岩台车及自制移动平台配手持式气腿钻机相结合的施工技术，围岩条件较好的洞段及大断面的地下洞室采用多臂凿岩台车钻孔，围岩条件较差的

3、洞段及较小断面的地下洞室采用自制移动平台配手持式气腿钻机钻孔，采取多段微差爆破，周边光面爆破，降低围岩振动破坏等一系列技术的施工，使本工法具有技术领先、操作性强的特点。（2）利用灵活机动的挖掘、运输机械，及配套排险和及时支护的施工设备和工器具，保障洞挖施工的质量和按期施工要求。（3）利用先进的测量与激光定位系统进行洞挖质量控制与检查，使得洞挖过程中较大超挖与欠挖的现象大为减少，大幅稳定提高工程施工质量。（4）洞室周边采用小直径乳化炸药间隔均匀装药，使洞室岩壁更加平整光滑，成型围岩更加接近设计边线。（5）本工法施工工艺简捷、可操作性强。3 适用范围适用于8120m2的地下洞室以及地下厂房分层开挖

4、施工。4 工艺原理根据地下洞室不同的岩性、地质条件、隧洞断面尺寸、隧洞结构形式、隧洞长度及工期要求等，可采用二臂、三臂凿岩台车或采用自制移动平台配手持式气腿钻机钻孔，及相应的喷锚支护设备、出渣运输设备，按照施工组织设计中的钻爆参数进行施工，隧洞中特殊地质洞段需进行“超前预测，超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤测量”等措施，确保围岩的稳定，避免围岩塌方。”的特殊处理措施，同时在洞挖钻爆施工中，采用试验检测、激光导向定位系统及现场过程定点监控等进行质量多参数控制。5 施工工艺流程及操作要点5.1施工程序5.1.1 总的指导方针突出洞内开挖重点，主攻出碴通风难点，强化锚喷支护关键，

5、把握衬砌焦点，狠抓工期主要矛盾。实施施工技术精益求精，施工工艺精雕细刻，施工质量争创极品，施工成本精打细算全过程控制，确保各项目标的实现。5.1.2 总的指导原则紧紧围绕“快速施工”一个核心，打好“快速掘进”、“快速支护”攻坚战，强化配置“开挖钻爆”、“装碴运输”、“锚喷支护”、“衬砌灌浆”几条机械化作业线。以先进的大型机械设备配套和技术手段为基础；以科学管理、合理组织、强化调度指挥为手段；在、级围岩地段突出一个“快”字，做到一个“稳”字，确保工期、质量、安全、效率各项目标的实现。隧洞开挖每循环施工作业见图5-1、5-2。5.2施工要点为保证洞脸的安全稳定，各洞室在初进洞时，第15个循环先开挖

6、2.52.5m44m的中导洞，中导洞掘进810m后，两侧扩挖跟进，并采取一扩一支护。各隧洞全断面掘进时，可根据围岩变化情况，初喷和锚杆施工紧跟掌子面，挂钢筋网和复喷砼滞后开挖面3050m，与开挖平行作业。类、类围岩采取超前小导洞（2.52.5m44m）的施工方法进行施工，超前小导洞超前68m，然后采取全断面扩挖跟进，周边光爆开挖成型。在围岩地质情况恶劣的洞段，洞室顶拱可采取超前管棚灌浆支护。支洞在初进洞68m范围内，采取先中间导洞、后跟进扩挖的施工方法；类、类围岩及正常隧洞采取全断面开挖。5.2.1 测量放样（1）导线控制网测量采用全站仪进行，施工测量采用免棱镜全站仪配水准仪进行。（2）测量作

7、业由专业人员实施，每个循环钻孔前进行设计规格线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底；断面配断面仪测量，测量滞后开挖面1015m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。（3）放样内容包括：洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。5.2.2 爆破设计5.2.2.1爆破设计原则（1）采用光面爆破，根据地质条件选择合理循环进尺。（2）选择合理的掏槽形式（直眼或楔形掏槽）。（3）选择品种规格合适的炸药及其它火工

8、材料。（4）合理选择周边孔间距及最小抵抗线。（5）严格控制周边孔的装药量，采用不耦合间隔装药结构。（6）选择合理单响药量，控制爆破质点振动速度。5.2.2.2火工器材的选择（1）炸药：乳化炸药。（2）雷管：引爆采用115段非电毫秒雷管，起爆采用毫秒电雷管。（3）其它：导爆索。5.2.2.3掏槽形式主要采取直眼掏槽及楔形掏槽，为确保循环进尺，掏槽孔及底板孔超钻掘进进尺1020cm左右。附图5-3及表5-1为两种掏槽形式。（一）直形掏槽方型直眼掏槽附图5-3为两种掏槽形式表5-1 地下洞室钻孔掏槽方式表项目隧洞尺寸宽高/m岩性掏槽方式施工方法及手段地下电站进厂交通洞11.613震旦系闪云斜长花岗岩

9、和闪长岩矩形楔形斜眼掏槽自制移动平台配气腿钻机分为两层钻爆，第一序下半洞11.66.8m，第二序上半洞11.66.2m。洞口810m为44.5m导洞。地下电站尾水洞1617.424.928.5震旦系闪云斜长花岗岩和闪长岩矩形楔形斜眼掏槽、方型直眼掏槽三臂凿岩台车及自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口810m为44.5m导洞。导流洞8.910.4志留系砂质页岩、页岩矩形楔形斜眼掏槽自制移动平台配气腿钻机分层钻爆，第一层上半洞8.96.2m，第二层下半洞8.94.2m。洞口810m为4.54.5m导洞。引水洞4.54.5志留系砂质页岩、页岩方型直眼掏槽自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口101

10、2m为2.52.5m导洞。5交通洞6.09.4二叠系茂口组石灰岩矩形楔形斜眼掏槽自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口56m为4.54.5m导洞。引水洞5.56泥灰岩与灰岩互层方型直眼掏槽两臂凿岩台车、自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口810m为3.54.0m导洞。注：周边孔均为光爆孔。5.2.2.4装药结构和起爆方式周边孔或光爆采用空气间隔不耦合装药结构。炮孔堵塞长度不小于50cm。爆破孔（或崩落孔）采用柱状连续装药，孔与孔之间采用高段别微差爆破网络进行连接，排与排之间间隔时间50100ms，相近的导爆管集成一束，每束导爆管不超过20根，各束之间用同段导爆管进行连接，外用电雷管引爆。5.

11、2.2.5爆破质量要求（1）爆破振动、爆破噪音等爆破公害控制在规程要求之内。（2）爆破循环进尺、爆破工序作业时间满足工程进度要求。（3）炮孔利用率在85%以上，光爆孔炮孔留痕率在90%以上，平均线性超挖不大于7cm，最大不超过15cm，相邻两循环炮孔之间衔接台阶不大于15cm，不允许欠挖。5.2.3钻爆方法及手段（1）由熟练的台车技工和风钻手，严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业。造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。（2）各钻手分区分部位定人定位施钻，熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。钻孔过程中要保证各炮孔相互平行，三臂凿岩台车开孔定位过程中要保证钻架平

12、移，不得随意改变小臂方向和角度，掏槽孔和周边孔严格按照掌子面上所标孔位开孔施钻，崩落孔孔位偏差不得大于5cm，崩落孔和周边孔要求孔底落在同一平面上。（3）周边孔的孔距多为0.450.55m，按“平、直、齐”的要求，其边孔就形成了“钻孔定位一条线”，在确认上一茬的炮孔中无雷管、炸药及导爆索等易爆物后，新开的钻孔与上一茬的钻孔在同一条线上。但新开的钻孔绝对禁止在已爆破的残孔上开孔，新开钻孔需向内侧平行移动510cm（根据上一茬边孔实际超挖确定）。（4）三臂凿岩台车钻孔时，采用先下后上的顺序，底部两排孔在造孔过程中均需要保护，每造好一个孔即采用竹竿缠上编织袋等柔性物对孔口进行封堵，以防止孔被上面掉块

13、覆盖后找孔。（5）为了能控制好孔深，对于三臂凿岩台车可以在滑架上容易看到的地方用红油漆做上标志，气腿钻可以直接在钻杆上作记号。（6）预裂钻孔前先由测量人员按照设计图纸周边轮廓线，用油漆标识出孔位和地面高程，然后在孔位上钻浅孔插入短钢筋，对孔位进行保护。钻机就位时，采用样架尺对钻机垂度和钻孔角度进行校对。开孔后进行中间过程的深度和角度校对，以便及时纠正偏差，确保钻孔在同一个平面上。（7）炮孔造完以后，由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。在较大断面或长隧洞钻爆作业中,主要采用二臂凿岩台车及三臂凿岩台车钻孔，利用台车上的操作平台车人工配合装药；而像地下电站进厂交通

14、洞、导流洞和引水洞、5交通洞较短的洞室主要采取YTP-28型气腿钻造孔，利用自制移动平台车配合人工装药。由于引水洞太长，为了便于出渣和通风排烟，在引水洞的1.2km和4.7km处布置了2条5.05.0m的施工支洞共6个工作面掘进，其他洞室从进出口12个工作面掘进。由于引水洞较长，为运渣方便，在洞内每隔200250m左右扩挖一个长5.0m，宽8.0m，高5.0m的回车洞。开挖手段见表5-2。表5-2 、工程等地下洞室开挖施工事例主要施工手段表项目隧洞尺寸宽高/m面积m2长度m岩性施工方法及手段地下电站进厂交通洞11.613140254震旦系闪云斜长花岗岩和闪长岩自制移动平台配气腿钻机分为两层钻爆

15、，第一序下半洞11.66.8m，第二序上半洞11.66.2m。洞口810m为44.5m导洞。地下电站尾水洞1617.424.928.5220320185228震旦系闪云斜长花岗岩和闪长岩三臂凿岩台车及自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口810m为44.5m导洞。导流洞8.910.482.8645志留系砂质页岩、页岩自制移动平台配气腿钻机分层钻爆，第一层上半洞8.96.2m，第二层下半洞8.94.2m。洞口810m为4.54.5m导洞。引水洞4.54.516.8453志留系砂质页岩、页岩自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口1012m为2.52.5m导洞。5交通洞6.09.449.8425二叠

16、系茂口组石灰岩自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口56m为4.54.5m导洞。引水洞5.5628.96570泥灰岩与灰岩互层两臂凿岩台车、自制移动平台配气腿钻机全断面钻爆，洞口810m为3.54.0m导洞。注：洞型均为城门型。5.2.4 安全处理（1）通风散烟后，采用人工站在渣堆上（大断面采用人工配合反铲）对顶拱和掌子面上的松动危石和岩块进行撬挖清除；（2）钻孔前由人工站在台车服务平台上或自制移动平台架上手持钢钎敲帮问顶，撬挖排除松动岩块，确保钻孔安全；（3）钻孔完成后采用人工对掌子面进行清理，清除由于凿岩造成的松动围岩，以确保装药安全；（4）施工过程中，经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清

17、撬可能塌落的松动岩块。5.2.5 出渣隧洞出渣采用1.52.3m3侧卸式装载机挖装，0.8m3清底反铲配合，515t自卸汽车装碴，根据现场鉴定，在出渣车的前挡风玻璃右上角悬挂存弃料标志，有用料和无用料分别运往存、弃碴场。5.2.6 工作面清理出渣完毕后，采用人工及反铲对掌子面进行撬挖，用冲击锤把松动岩块处理干净，最后将底部浮渣清除干净，以利下一个循环造孔。5.2.7 通风散烟整个施工过程中一直启动通风设备通风，出渣前和出渣过程中对开挖面爆破渣堆洒水除尘，所有进洞车辆均安装尾气净化器，使洞内有害气体和粉尘含量在规范允许范围内。5.2.7.1 通风量的确定根据洞室施工程序、方法、施工设备配置及通风

18、方式、方法的安排，以满足施工人员正常呼吸及冲淡、排除爆破、机械废气、有害气体等的最大通风量，并满足洞室最小风速不超过最大容许风速进行施工所需通风量和风机工作风量、风压的计算，并依据计算成果选择通风设施。5.2.7.2 导流洞上层开挖通风量计算（1）满足最多施工人员所需风量Q=qmk （m3/min）式中 q洞内每人所需新鲜空气量，一般按3.0m3/min计；m洞内同时工作的最多人数；K风量备用系数，取1.25；（2）爆破散烟所需风量稀释爆破有害气体所用风量，爆破后通风时间30min，稀释至允许范围。式中 A每次爆破用药量,（kg）；L稀释区长度，（m）；S开挖断面,（m2）；t通风时间，取30

19、min。（3）按洞内最小风速所需风量Q=60VS (m3/min)式中 V开挖允许最小风速,（0.15m/s）；S开挖断面,（m2）；（4）使用柴油机械时的通风量柴油机械排出有害气体的数量与柴油机类型、保养状况、作业点高程、燃油种类、柴油耗量、负荷状况以及是否配有净化装置等因素有关，目前尚无准确计算方法。下面根据冲淡、排除柴油机械产生的有害气体所需通风量公式:Q=n1q1+n2q2式中 n1挖、装机械台数；q1每台挖、装机械每马力排出废气量，一般为2.16m3/ minHP；n2同时工作汽车台数；q2每台汽车每马力排出废气量，一般为0.84m3/ minHP；施工通风必须满足施工人员的正常呼吸

20、需要，并能满足冲淡、排除爆破及施工机械所产生的有害气体和粉尘，按公式分别计算出各自需要的通风量后，选用其中的最大值。洞内使用柴油机械时，与同时工作的人员所需的通风量相加。5.2.8施工排水采取截、堵、排相结合的综合措施，隧洞施工前先做好洞顶、洞口和隧洞周围地表的防排水工作，防止地表水从洞口进入洞内。（1）地下隧洞施工排水的重点集中在较长的引水洞，其铺设的管路长，布置的水泵量大，除开挖和支护的施工废水外，其地下水的来源有许多不可确定的因素。根据施工特点、施工程序安排，采取利用坡降自流和机械抽排相结合的原则进行排水布置。（2）在施工过程中，根据各隧洞及生产部位的特点，施工期间排水主要按照高水高排，

21、自流汇水抽排、截水沟引排的原则进行布置，确保施工工作面及施工区地面无积水。（3）自流排水方式主要是在施工过程中结合永久设计排水或临时排水设施，将工作面附近的积水利用两侧的排水沟自流或用污水泵抽至排水设施内，并以自流的方式排放至洞外污水处理池内。（4）泵站抽排水方式是在长隧洞的回车洞处设置排水泵站或设置钢板水箱，迎头面施工废水和渗水通过污水泵或潜水泵抽至附近泵站，配备足购的抽排水设备，确保工作面不积水。隧洞排水沟设专人维护疏通，各泵站的废水抽排至洞外的污水经沉淀池处理合格后排放。5.2.9 特殊部位的处理5.2.9.1 洞口保护和围岩稳定的支护处理（1）施工支洞与引水洞的交汇口在开挖爆破施工前，

22、先施工锁口锚杆，并对交汇口进行挂钢丝网喷护措施，做好锁口和超前支护。（2）施工支洞洞口明挖完成后，先在洞口爆破范围外侧距爆区5m距离修建钢性与柔性相结合的防爆防护设施，然后进行进洞口明挖及洞挖爆破，爆破应采用单响药量最小的爆破方法。（3）明挖完成后，先施工锁口锚杆，并对洞脸进行挂钢丝网喷护措施。同时在洞脸周边挖设截水沟，将洞外的来水引排至周边的排水系统。（4）在洞挖施工中，为保证施工人员及工程本身的安全，首先对洞室交叉口1.5倍洞径范围在开挖后及时加强支护，如有必要还应进行钢支撑及格栅拱架支撑，甚至进行砼衬砌。（5）开始进洞开挖施工时，为保证洞口的安全稳定，在初进洞时，第15个循环先开挖2.5

23、2.5m44m的中导洞，中导洞掘进810m后，两侧扩挖跟进，并采取一扩一支护。并且进洞口1015m范围循环采用“短进尺、弱爆破、多循环”的施工方法，确保进洞质量及爆破安全。（6）进洞后，还要及时进行洞口段的锁口、喷护，还将跟进进行支护作业，确保洞口和洞内安全施工。（7）加强围岩安全监测，建立安全预报制度。在洞口及刚进洞开挖过程中根据开挖部位和地质条件，及时根据要求设置安全监测点和围岩收敛监测断面，及时沟通信息，以便调整开挖钻爆程序和钻爆参数，减轻开挖爆破对围岩稳定的影响。5.2.9.2 塌方处理的应急措施预防隧洞施工坍塌，首先作好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施，现场施工时，主要遵

24、照以下要点：“先排水；短进尺；弱爆破；强支护；快衬砌；勤检查，勤量测。”随时掌握围岩变形数据，仔细观测每次爆破的围岩情况，并进行认真分析，如发现问题要及时采取措施，防患于未然。波迪科西引水洞在3735m处因滑石粉矿发生大规模塌方，塌方规模约13m,且地下水也较大。为此项目部立即组织各方人员在现场核对塌方段的地质构造和状况，制定了切实可行的塌方处理方案。（1）在塌顶暂时稳定之后，立即加固塌体四周围岩，及时支护结构物，采用槽钢作挑梁，钢轨作立柱托住顶部，防止塌穴继续扩大，在挑梁的临时支撑下，人工配合0.8m3反铲清理塌方体。为防止挑梁的变形，在挑梁支撑45m后，立即对该段进行混凝土衬砌；（2）排除

25、淋水，用19mm钢管插入排水孔内3060cm，钢管与岩面用棉纱封紧，再用1：1水泥砂浆（加速凝剂）堵在棉纱外面，在钢管出口套塑料管，沿洞侧悬挂，将淋水导入排水沟内；（3）挂网，网格2020cm，与挑梁密贴焊接；5.2.9.3 爆破振动和超欠挖控制措施（1）设计轮廓线均采取预裂或光面爆破，对采取梯段开挖的直立边墙采取预裂爆破，对采取水平开挖的轮廓线采取光面爆破，对导流洞底板部位采取预留保护层，再实施弱爆破开挖。（2）采用红外激光定位技术精确放样，准确标出周边光爆孔的孔位及方向。（3）所有的周边孔均在设计轮廓线上开孔,钻孔略向外倾斜23，各钻孔之间保持平行，孔底落在同一高程上。（4）对转弯段的顶拱

26、部分及地质条件较差，适当缩短钻孔深度，对弧线段和地质弱面，采用密孔、浅孔、短循环掘进，必要时采取手持式汽腿钻机进行短进尺钻孔爆破，减小终孔偏差，将光爆岩面误差控制在允许范围内。6 材料与设备隧洞开挖施工主要配套机械设备如表6-1。表6-1 隧洞开挖主要设备表序号设备名称型号及规格数量（台）进厂交通洞尾水洞导流洞引水洞引水洞交通洞1三臂凿岩台车BOOMER-353E12二臂凿岩台车TH-5012342手持气腿钻机YTP-2814361441314420m3电动空压机4L-20/826414352.3m3侧卸装载机ZL-50C1322161.5m3装载机CAT-15E1170.8m3液压反铲PC-

27、200C121131818t自卸汽车K-294124495t自卸汽车EQ-141Z441210钢制移动台车自制14212111全站仪Nikon53011112112全站仪TCR110211112113245kW轴流鼓风机SDF(C)NO131114237kW轴流通风机天9012611515kW轴流鼓风机SDF(C)NO6.51167.5kW水泵3B33262161175.5kW污水泵65WQ30-40-7.514318182.2kW污水泵WQ35-10-10142181190.75kW潜水泵0.75kW28421227 质量控制7.1 质量控制标准引用标准和规程规范（1）隧洞开挖施工按现行国家

28、和行业的有关标准和规程规范执行。（2）按照GB/T19001-2000质量体系文件控制。（3）按水电站基本建设工程验收规程DL/T5123-2000操作。（4）水工建筑物地下开挖工程施工技术规范（SDJ212-83）；7.2 质量检查的内容（1）检查隧洞开挖的质量，注意检查火工材料的质量。火工材料检查的内容包括：炸药、电雷管、非电雷管、火雷管、导火索、导爆索等。检查火工材料中是否有软化、泄漏、断裂、破损及异状等现象。（2）检查钻孔装药的施工工艺及相关参数，如钻孔孔位、间排距、孔深、孔向以及钻孔装药量、装药结构、起爆网络联结等。（3）检查爆后的质量，尤其是围岩岩壁的开挖质量是否符合设计要求。要求

29、完整岩石炮孔痕迹保存率在80%以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存率不少于50%，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20%。相邻两循环炮孔之间衔接台阶不大于15cm，不允许欠挖。7.3 质量检验与控制方法（1）隧洞开挖过程中，应会同监理工程师定期检测隧洞中心线的定线误差。隧洞等地下建筑物开挖的贯通误差应符合DL/T 5099-1999的规定。（2）开挖中及时测绘开挖断面，进行测量导线复测，每循环进行测量放样时，均对上一循环开挖断面进行规格检查，并将超欠挖情况及时通知钻孔人员，以便对钻孔角度进行调整，减小超挖，对欠挖的部位及时进行处理，确保隧洞的开挖尺寸和规格满足设计要求。（3）钻孔严格按照设计钻爆图施工，各钻手分区、分部位定人定位施钻，每排炮孔由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔偏差不大于5cm/m，爆破孔偏差不大于10cm，以减少超挖和减轻对围岩的破坏。（4）对全部施工过程，进行严格的全面质量管理，质检部门随时对洞内的施工质量进行检查，杜绝质量事故的发生。7.4 质量缺陷处理与纠正措施（1）对洞挖围岩设计线范围内因断层破碎带及夹泥裂隙引起的地质缺陷要求冲洗干净，回填水泥砂浆作塞缝处理；较大的断层破碎带要求回填C15干硬性混凝土，以形成混凝土塞。（2）对洞挖围岩设计线范围内因人为原因造成的超挖质量缺陷，喷早强混凝