斜切面大跨進洞開挖技術(shù)

斜切面大跨進洞開挖技術(shù)第1頁/共34頁二、項目簡介1)隧洞進口一般是正截面進洞，這樣洞口施工容易成洞和安全，但隧著洞口洞徑或跨度越來越大，若正截面進洞，洞臉邊坡開挖工程量越大，對環(huán)境破壞和影響就越大；若采用斜切面進洞或有些因受地形及上部結(jié)構(gòu)限制，必須斜切面進洞，洞臉邊坡開挖工程量雖會減小，但進洞跨度隧之變大，又加上地質(zhì)情況復(fù)雜，這就給進洞開挖成型和洞臉邊坡穩(wěn)定和安全成功帶來更低，也給設(shè)計和施工人員帶來挑戰(zhàn)和要求。第2頁/共34頁2)巖灘擴建工程尾水出口隧洞為城門型，斷面尺寸為寬×高=21.8m×24m；由于隧洞進口頂部有一期進廠公路和500kv高壓線鐵塔及廠房辦公樓等結(jié)構(gòu)物，開挖地形受限制，進口洞臉面與與隧洞軸線交角為31.8°，即隧洞進口為斜切面，進洞跨度增大到39m；進洞口頂部以上開挖邊坡高26m，以1：0.30～1：0.15兩個坡度開挖到洞頂。雖然進洞邊坡地質(zhì)為輝綠巖Ⅲ2類巖石，但夾帶有強風化、弱風化兩帶，內(nèi)充填碎裂狀少量方解石脈和風化碎屑充填膠結(jié)物，第3頁/共34頁地質(zhì)復(fù)雜；但洞口邊坡開挖后坡度較陡，保持進洞開挖成型和邊坡穩(wěn)定及安全是設(shè)計和施工中必須解決的問題。巖灘擴建工程尾水隧洞出口平面布置圖、尾水隧洞出口剖面示意圖。第4頁/共34頁

尾水隧洞出口平面布置圖第5頁/共34頁

尾水隧洞出口剖面示意圖第6頁/共34頁

巖灘水電站擴建工程尾水出口洞臉邊坡第7頁/共34頁三、成果的主要用途和技術(shù)原理

1、成果的主要用途：

隧洞進口、地下洞室開挖、2、技術(shù)原理：1)基本原理為減少大跨度隧洞進口洞臉開挖工程量，采用斜切面進洞，首先須對洞臉和洞臉頂部坡面進行綜合預(yù)支護包括錨桿、噴錨、錨索、鎖口錨桿、固結(jié)灌漿等，加強進口洞臉和坡面巖體穩(wěn)定；在大跨度進洞開挖時先挖左右兩側(cè)導(dǎo)洞，利用中柱墩做支撐減少兩側(cè)洞挖跨度，先保證左右兩跨洞頂，第8頁/共34頁

安全，達左右已開挖的拱頂巖石進行錨桿和噴錨支護，把表面松動圈巖石和深層巖石形成一個穩(wěn)定整體后，做為中柱墩兩側(cè)支撐再挖中柱墩，從而最終達到大跨度進洞開挖安全；另兩導(dǎo)洞先掘進，拱頂應(yīng)力逐步釋放，對拱頂巖石穩(wěn)定有利，雖采用該法進洞工序多，復(fù)雜，而且成本高，進洞緩慢，但不失為一種大跨度進洞安全有效方法。2)主要施工程序和方法(1)總體開挖程序和原則第9頁/共34頁

洞臉▽156.40以上邊坡開挖及支護→洞臉▽156.40以下洞臉面和洞口兩側(cè)邊線預(yù)裂→進洞前Ⅰ層開挖及洞口周圍鎖口錨桿施工→進洞口Ⅰ層左右導(dǎo)洞挖進及支護，左挖10m右挖40.9m到同一截面，即由斜切面挖進過度到正截面挖進→進洞口Ⅰ層中巖柱墩開挖支護到左右導(dǎo)洞同一截面→按洞內(nèi)左右導(dǎo)洞挖進Ⅰ層及支護并連通洞內(nèi)→洞挖Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層開挖及支護。

進洞開挖原則：采用短進尺，弱爆破，強支護、勤量測，左右兩側(cè)導(dǎo)洞先進，支護后挖中巖柱，確保洞口成形及安全。第10頁/共34頁

進洞口開挖平面示意圖及斜切面進洞、正截面洞挖分層立面圖第11頁/共34頁

(2)洞臉▽156.40以上邊坡開挖及支護

進洞口上部邊坡開挖高程從▽183.00～▽156.40，開挖高度26.6m，開挖坡度1：0.3～1：0.15，分層5層開挖，每層開挖厚度6m；開挖方法按常規(guī)方法進行，按從上往下分層開挖，每開挖完一層按設(shè)計要求支護一層；為減少爆破振動對邊坡擾動影響，開挖邊坡先進行預(yù)裂爆破，預(yù)裂鉆孔用100B鉆機鉆孔，一次鉆深12m，孔距為100cm，用φ32乳化炸藥間隔裝藥，線裝密度250g/m～350g/m，最大單響第12頁/共34頁藥量控制在25kg。開挖梯段爆破由于受爆破振動控制，最大單響藥量也控制在25kg。坡面開挖后初噴5cm～8cm厚混凝土封閉巖面，然后錨桿施工，為加快錨桿支護速度，錨桿長度小于6m用液壓鉆鉆孔，6m以上用多臂鉆孔；注漿插錨桿后，掛φ6.5@15cm×15cm鋼筋網(wǎng)，再噴錨混凝土至設(shè)計厚度。

錨索施工：按設(shè)計要求，洞臉以上邊坡有四排錨索支護，錨索施工在錨桿和噴錨支護后進行，用回旋式風動沖擊鉆機造孔，孔徑φ130mm第13頁/共34頁錨索制作在加工場進行，平板汽車運到現(xiàn)場，16t吊車配合人工下索；錨索下索完成后馬上進行錨墩施工，錨墩采用現(xiàn)場澆筑砼，并預(yù)埋鋼墊板；錨索灌漿采用全孔一次性灌漿，注入砂漿和錨墩砼達到設(shè)計強度75%后進行錨索張拉和鎖定，整個洞臉支護完成后才進行洞臉開挖施工。(3)進洞口▽156.40以下洞臉面和洞口兩側(cè)邊線預(yù)裂

為減少洞口外基坑向下開挖時，爆破對開挖邊面破壞影響，開挖到洞頂面高程后，測量放出第14頁/共34頁洞臉線及洞口兩側(cè)邊線，然后用100B鉆機沿洞臉面邊線打預(yù)裂孔一次到底，預(yù)裂孔間距80cm～100cm，預(yù)裂爆破后才向下分層開挖。(4)進洞開挖和支護①洞口外Ⅰ層開挖及洞口錨桿鎖定及支護

由于洞臉面及兩側(cè)邊線已預(yù)裂，洞口外基坑開挖利用液壓鉆按間排距1.5m*2m鉆爆破孔，導(dǎo)爆管分段微差爆破；洞臉面外Ⅰ層下挖到分層高程后，用多臂鉆在洞口周圍按設(shè)計要求快速施鉆鎖口錨桿孔，然后吹孔，采用先插桿后注漿(第15頁/共34頁因錨桿長9m)，確保錨桿砂漿飽滿密實，并對洞口周邊外巖石進行噴錨支護封閉，鎖口錨桿完成且砂漿強度達到70%后才可進洞洞挖；鎖口錨桿是確保洞口周圍巖石的穩(wěn)定，是進洞成形安全保障之一，必須高度重視。②進洞第Ⅰ層開挖及支護

進洞Ⅰ層開挖按左右兩側(cè)導(dǎo)洞先進，每循環(huán)進尺控制在1.5m以內(nèi)，平行于洞臉線挖進，每開挖二循環(huán)，隨即對巖石進行錨桿和噴錨支護，左挖10m停挖，達右挖40.9m到同一樁號截面第16頁/共34頁在掘進中由斜切面挖進慢慢過度到正截面挖進，兩側(cè)導(dǎo)洞支護完成后，開始挖中柱墩，循環(huán)進尺控制在2.5m，兩循環(huán)后也要及時對中巖柱拱頂部份巖石進行錨桿和噴錨支護。在開挖中隧時對巖石進行觀察和測量觀測，發(fā)現(xiàn)下沉過大立即進行預(yù)綜合支護加固及調(diào)整爆破方案，確保進洞每一循環(huán)開挖安全。在挖到預(yù)定樁號后，洞外挖進暫停，改從洞內(nèi)開挖，并按洞內(nèi)左右兩導(dǎo)洞掘進方法挖除剩余部份。改從洞內(nèi)開挖主要原因是洞外基坑Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層是閘墩基礎(chǔ)，因年渡防洪需要需及早向下開挖完成，為澆筑閘墩混凝土提供。第17頁/共34頁尾水出口進洞前開挖第18頁/共34頁尾水出口5#洞進口開挖第19頁/共34頁尾水出口6#洞進口開挖第20頁/共34頁條件。③洞挖第Ⅱ、Ⅲ層開挖支護

可從洞外和洞內(nèi)同時進行，優(yōu)先搶洞外；開挖方法：測量放出邊線，用100B鉆機一次鉆孔預(yù)裂到設(shè)計面高程，鉆孔深度20m，孔距80cm～100cm，先對邊線進行預(yù)裂爆破，以減小洞挖梯段爆破時對隧洞兩側(cè)面振動破壞。第Ⅱ、Ⅲ層梯段爆破按常規(guī)方法進行，鉆孔用液壓鉆鉆孔，孔間排距1.5m*2m布置，每3至5排孔爆破一次，挖完一層支護一層。第21頁/共34頁④洞挖第Ⅳ層開挖支護

第Ⅳ層開挖為保護層開挖，開挖高度4m，底部開挖高程面采用手風鉆鉆水平光爆孔爆破進行，孔距控制在50cm左右，循環(huán)進尺為2.8m，設(shè)計高程面以上分層鉆爆破孔，間排距為1.2m*1.2m計三排孔；采用水平鉆孔比垂直鉆孔爆破，可減少超欠挖和對基面破壞。第22頁/共34頁尾水出口5#洞進口Ⅱ?qū)右韵麻_挖第23頁/共34頁尾水出口6#洞進口Ⅱ?qū)右韵麻_挖第24頁/共34頁尾水出口進洞開挖效果第25頁/共34頁尾水出口進洞口澆筑閘墩砼后效果第26頁/共34頁四、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點概述

1、關(guān)鍵技術(shù)：

綜合預(yù)加固支護技術(shù)包括錨桿、噴錨、錨索、鎖口錨桿、固結(jié)灌漿、錨筋樁、鋼軌樁等2、創(chuàng)新點：

斜切面大跨度進洞開挖中，采用左右兩側(cè)導(dǎo)洞先進，錨桿和噴錨等預(yù)支護后再挖中柱墩，這一施工方法對隧洞開挖成型、安全和進度較有保障；同時在洞臉邊坡和洞內(nèi)拱頂設(shè)置觀測點。第27頁/共34頁五、推廣應(yīng)用情況及前景簡介

隧洞斜切面進洞在公路隧洞施工中已有采用，但公路隧洞比較偏平，開挖洞臉和坡面工程量不是很大；在水電隧洞進口中，絕大部份采用正截面進洞，采用斜切面進洞很少，故水電隧洞進口洞臉開挖量比較大，為了達到正截面進洞目的，往往順著河道挖一段明渠，洞徑大的隧洞洞臉邊坡開挖工程量達到一百多萬方；隧著隧洞支護手段日趁完善和成熟，若順著河流地形斜切面進洞，洞臉邊坡開挖工程量相對較少，施工時間也相對減小。我國壩后河床式水電站已基本做完，現(xiàn)在施工的電站一半以上為隧洞引水式及尾水隧洞排第28頁/共34頁式，都有可能采用斜切面進洞，故在水電站施工中斜切面進洞還是有一定應(yīng)用前景的。第29頁/共34頁六、經(jīng)濟效益和社會效益

1、經(jīng)濟效益：

尾水隧洞出口原按正截面進洞，洞臉邊坡開挖工程量為236042m3，后優(yōu)化為斜切面進洞，洞臉邊坡開挖工程量為180600m3，工程量減少了55442m3，按每方開挖單價25元計，共節(jié)約資金138.61萬元；減少工期1個月。第30頁/共34頁2、社會效益：

我國現(xiàn)在的水電資源開發(fā)大部份已轉(zhuǎn)西部地帶，準備在建的電站不少于10座，由于地質(zhì)