第9章 施工支洞引水隧洞及压力管道土石方开挖及支护.docx

1、第9章 施工支洞引水隧洞及压力管道土石方开挖及支护第9章 施工支洞、引水隧洞及压力管道土石方开挖及支护9.1 工程简述9.1.1 工程概况本标段发电引水系统引水隧洞、压力钢管二部分组成：一、引水隧洞长8400.047m，为马蹄形断面，开挖洞径4.15m3.90m5.3m5.2m（高宽），二、压力钢管采用地下埋管，管径2.6m，分为上平段、上斜段、中平段、下斜段、下平段，其中斜井直段（上斜段和下斜段长之和）长约504.83m，倾角60。上平段中心高程为697.20m，中平段中心高程为480.00m，下平段中心高程为260.00m，洞内埋管长约1428.35m，开挖断面尺寸为4.2m4.2m（宽高

2、，城门洞型）。本次招标隧洞范围为引水隧洞桩号Y+1250Y+9650.047段以及桩号G+000G+1428.353段。主要工程量见下表：开挖引水隧洞岩石洞挖m3146494支护洞内喷混凝土C25厚5cmm34518洞内喷混凝土C25厚10cmm31780砂浆锚杆(25,L3m,)根30844挂机编网m22068地质缺陷处理工程清挖岩石洞挖m32930支护喷混凝土 (C25)m3315挂机编网m2103砂浆锚杆 (25, L3m)根1542钢支撑t159.1.2 引水线路工程地质概况根据招标文件表述：引水线路位于其培河左岸，沿途地表植被茂密，勘探深度较低。从周围情况分析，引水线路基岩为前寒武系

3、花岗片麻岩（Gn），地表局部覆盖残坡积粉质粘土夹风化块石及砂、崩积块石等。引水隧洞及压力钢管上覆岩体厚度多大于100m，岩性为花岗片麻岩，岩质坚硬，推测洞室围岩以类为主，围岩稳定，隧洞进出口段、沿线沟槽地段、断层带受表层卸荷影响及构造影响，岩体裂隙发育，围稳定性差，洞室围岩为-类，存在围岩稳定问题。由于前期勘察工作受交通及自然条件等因素的限制，勘察程度低，施工期应加强隧洞开挖的超前勘探预报及施工地质工作。9.2 施工总体方案依据设计文件，引水隧洞工程施工从1#6#施工支洞进行施工，进场后首先开始修建到各支洞口的临时道路，临时道路沿相应的等高线布置，道路长约28.1km，宽4.0m。考虑到今后的

4、交通运输需要，计划在每隔500左右的位置修建一个会车道，确保交通畅通。依据有关地质资料，引水隧洞主要是II类围岩，地质条件较好。在施工中先进行施工支洞开挖，再进行引水隧洞的洞挖，其次开始浇筑混凝土，钢管段先进行安装压力钢管，再进行隧洞混凝土浇筑，最后进行隧洞回填灌浆和固结灌浆的施工方法进行施工。各施工支洞洞口施工先进行洞口明挖施工和洞口边坡支护，达到进洞条件后采取全断面施工方法进行施工。施工支洞和引水隧洞洞身开挖采取单臂凿岩台车钻孔，中心直眼掏槽、周边光面爆破的全断面开挖法进行施工，由于施工断面比较小，考虑通风等条件在洞内采取电瓶车牵引矿车出渣，利用立爪装载机装渣的方式进行施工，洞外采取装载机

5、装车，15t汽车转运到各个弃渣场。依据施工条件及进度要求引水隧洞段共设置六个施工队进行隧洞开挖，即每个施工支洞设置一个施工队，完成整个隧洞的施工。本工程压力钢管段斜井，通过各种方法比较，由于地质钻机吊篮法（先钻先导孔，由下向上扩挖，施工危险性较高）、反井钻机开挖，设备投入较高，经过综合对比，决定采用先开挖导井（导井设置在下部，尺寸1m1.8m，宽高，城门洞型，导井出渣由上平段支洞出渣），然后自上向下扩挖，利用导井溜渣，然后由下平段通道出渣，洞挖掘时，临时支护与开挖平行以保证施工安全。在斜井全部全部开挖后，分段安装钢管，分段回填混凝土，其后进行灌浆施工。本工程的水平段的衬砌采用穿梭式钢模台车分段

6、进行衬砌，计划分段长度在1215左右，衬砌混凝土采用泵送施工。斜井段的压力钢管外包混凝土施工主要是结合钢管安装分段进行浇筑，按施工程序施工，即先进行钢管安装，利用钢管作为模板分段施工，分段长度按1012m考虑，施工时采取由下向上的施工方法进行施工。工程总体施工程序如下框图所示：引水隧洞段施工程序见下图：压力钢管段施工程序见下图，本图中仅包括一个斜井段，即上斜段或下斜段，两个斜井段施工程序相同：引水隧洞开挖主要施工设备表工作面主要开挖施工设备备注1#施工支洞1台凿岩台车、1台履带式立爪装载机、2台电瓶车、12台V型斗车、3台气腿式风钻Y+1250Y+3032.752#支洞左侧工作面1台凿岩台车、

7、1台履带式立爪装载机、2台电瓶车、12台V型斗车、3台气腿式风钻Y+3032.75Y+4380.52#支洞右侧工作面1台凿岩台车、1台履带式立爪装载机、2台电瓶车、12台V型斗车、3台气腿式风钻Y+4380.5Y+5561.553#支洞左侧工作面1台凿岩台车、1台履带式立爪装载机、2台电瓶车、12台V型斗车、3台气腿式风钻Y+5561.55Y+6922.63#支洞右侧工作面1台凿岩台车、1台履带式立爪装载机、2台电瓶车、12台V型斗车、3台气腿式风钻Y+6922.6Y+8100.354#支洞左侧工作面1台凿岩台车、1台履带式立爪装载机（左右水平段工作面共用）、2台电瓶车、12台V型斗车（左侧工

8、作面），前卸式箕斗车、2台电瓶车、12台V型斗车（右侧工作面）、3台气腿式风钻Y+8100.35Y+9518.14#支洞右侧工作面Y+9518.1G+2795#支洞左侧工作面6台气腿式风钻、1台履带式立爪装载机、1台电瓶车、6台V型斗车G+279G+04345#支洞右侧工作面6台气腿式风钻、前卸式箕斗车、1台电瓶车、6台V型斗车G+0434G+8406#支洞左侧工作面6台气腿式风钻、1台履带式立爪装载机、1台电瓶车、6台V型斗车G+840G+1260.206#支洞右侧工作面6台气腿式风钻、与左侧共用一套出渣设备G+1260.20G+1428.353引水隧道段的开挖主要采用Rocket boom

9、er 281单臂液压凿岩台车（总功率63kw，爬坡能力14，行驶速度10km/h，钻孔覆盖面积31m2，钻孔速度3m/min）钻孔光面爆破的方法进行钻爆施工，隧洞的出碴采用LZL-120履带式立爪装载机装碴，V型斗车（容积0.6m3）配合QSD8EX轨道式电瓶车（牵引力8t）以提高和加快出碴速度，洞外采用ZL50装载机配合15t自卸汽车转运至渣场。锚喷支护采用YT28气腿式风钻人工钻孔，TK-961喷射机喷砼。压力管道段主要采用人工钻爆施工，斜井导洞的出碴采用人工装渣，小型前卸式箕斗提升出渣到井上水平段，由水平段轨道式V型斗车出渣至支洞口。扩挖出渣采用井底履带式立爪装载机装碴，轨道式V型斗车出

10、碴，洞外采用ZL50装载机配合15t自卸汽车转运至渣场。锚喷支护采用YT28气腿式风钻人工钻孔，TK-961喷射机喷砼。施工中严格按照爆破设计方案进行隧道的钻爆施工，控制和减少因爆破对围岩造成的扰动，避免引发松动压力增加造成塌方，保证施工安全和洞室围岩的稳定。为保证工程本身和施工安全，施工过程中加强地质预测和预报工作，同时作好围岩收敛变形监测工作。9.3 施工总体布置9.3.1 临时工程施工规划设计9.3.1.1 施工支洞、施工道路及弃渣场的布置本施工组织设计施工支洞的设计为投标阶段的设计，在工程实际施工中可根据现场实际情况进行优化设计施工支洞。施工支洞、施工道路及弃渣场平面布置示意图施工支洞

11、特性表支洞名称至引水洞桩号长度（m）起点高程（m）终点高程（m）1#施工支洞Y+1352.0380762720.942#施工支洞Y+4380.5946762711.853#施工支洞Y+6922.6637.5762704.24#施工支洞Y+9518.1289686696.455#施工支洞G+0434.0379476480.06#施工支洞G+1260.2194270257施工支洞开挖及支护断面图1#、2#、3#、4#施工支洞断面尺寸为Z1型；5#、6#施工支洞断面尺寸为Z2型。支护型式：I、II类围岩采用随机锚杆支护；III类围岩采用系统锚杆加喷混凝土支护。系统锚杆和排水孔均按梅花型布置；随机锚杆

12、视地质情况布置；施工过程中视地质情况及时进行喷锚支护，必要时可采取钢拱架、钢筋混凝土等加强支护措施。至各施工支洞口施工临时道路沿相应的等高线布置，施工道路长约28.1km，宽4.0m，路面结构型式为30cm泥结石路面。施工临时道路的布置详见施工总平面布置。引水隧洞桩号Y+1250Y+9650.047、G+000G+1428.353洞段的开挖料除部分用于混凝土骨料外，其余均为弃渣。1#施工支洞开挖料运至坝区弃渣场堆存。2#、3#施工支洞开挖料部分用作支洞口场平填筑料，多余部分就近堆存于洞口附近弃渣场。4#、5#、6#施工支洞开挖料运至厂区弃渣场堆存。详见施工支洞、施工道路及弃渣场平面布置示意图。

13、9.3.1.2 风、水、电系统风、水、电系统平面布置详见隧洞风、水、电布置示意图及施工总平面布置图所示。9.3.1.2.1 施工供风系统施工用风量计算最大值以5#施工支洞为例：式中 同时工作的钻孔等机具总耗风量，m3/min； N同时工作的同类型钻孔等机具的数量，喷浆机1台、3台气腿式风钻；q每台钻孔等机具的耗风量，m3/min，本处取值为10和3；K1同时工作的折减系数，本处取值为10和3；K2机具损耗系数，钻孔机具取1.15，其它机具取1.10；K3管路损耗（漏气）系数，本处取值为1.15。本工程中单个工作面主要用风设备为混凝土喷射机，施工用风量计算为36.46 m3/min。拟在本标段的

14、5#、6#支洞口的固定式空压站，各配备二台40m3/min柴油空压机。最小值以1#施工支洞为例：式中 同时工作的钻孔等机具总耗风量，m3/min； N同时工作的同类型钻孔等机具的数量；q每台钻孔等机具的耗风量，m3/min，本处取值为10和3；K1同时工作的折减系数，本处取值为1；K2机具损耗系数，钻孔机具取1.15，其它机具取1.10；K3管路损耗（漏气）系数，本处取值为1.15。本工程中单个工作面主要用风设备为风枪和混凝土喷射机，施工用风量计算为28.52 m3/min。拟在本标段1#、2#、3#、4#每个支洞布置二个移动式空压站，各配备二台30m3/min柴油空压机。风管直径选择根据开挖

15、作业用风量、送风距离和钢管容许通风量选取直径100mm无缝钢管。采用由无缝钢管输送至工作面前20至30m，9.3.1.2.2 施工通风系统一、通风量计算（以1#施工支洞为例，进行计算）（一）施工人员所需风量式中 Vp施工人员所需风量，m3/min；vp洞、井内每人所需新鲜空气量，一般按3m3/min计；m洞、井内同时工作的最多人数；K风量备用系数，取用1.11.15 。计算Vp=51.75m3/min。（二）爆破散烟所需风量按纯稀释炮烟的理论计算风量式中 VL 爆破散烟计算风量，m3/min ；Q同时爆破的炸药量，kg；B炸药爆破时所构成的折合一氧化碳体积，一般采用40L/kg；t通风时间，m

16、in，依断面大小按1530min计。计算VL= 276.8m3/min。（三）洞内最小风速所需风量式中 Vd保证洞内最小风速所需风量，m3/min；vmin洞内允许最小风速，小断面隧洞和导洞掘进不小于 0.25m/s。Smax隧洞最大断面积，m2。计算Vd=207m3/min。二、通风风机工作风量风机工作风量式中 Vm风机工作风量，m3/min；V洞井施工需要的有效风量，m3/min；L风管长度，m；P100m风管漏风量，取12%。Vm=1384m3/min三、通风机选择本工程在隧洞的每个洞口分别建立射流式风站，风站采用NLSU系列112型单向射流式风机(30kw、通风量1830m3/min)

17、配备通风管对隧洞内进行通风，为保证良好的通风环境，在隧洞内串联安装射流式风机进行接力送风与抽排（每500m增设一台），即采用压入和抽排相结合的混合式通风方式，以保证隧洞施工期间良好的通风。风管选用800mm的塑料（聚氯乙烯）风管，每节长10m，法兰连接，悬挂在洞顶，挂钩安设利用凿岩机打眼，与锚杆一起安装。风管由洞顶吊挂铺设到距工作面2030m处。风机配置表工作面设备型号及数量备注1#施工支洞8台NLSU系列112型单向射流式风机2#施工支洞10台NLSU系列112型单向射流式风机3#施工支洞8台NLSU系列112型单向射流式风机4#施工支洞6台NLSU系列112型单向射流式风机5#施工支洞4台

18、NLSU系列112型单向射流式风机6#施工支洞4台NLSU系列112型单向射流式风机9.3.1.2.3 施工供水本工程施工用水水源为恩梅开江水，经抽取、净化后供给施工。从现场地形及建筑物考虑， 6号支洞口、5号支洞口、1号支洞口均采用水泵抽水经供水管道供水，2、3、4号支洞口采用3辆12m3的水车拉运即可。在各用水点就近的高处设20m3的水池，再供应至工作面，水池采用半埋式，埋深1m，出地面1m。详见施工总平面布置图。9.3.1.2.4 施工供电由于施工区域没有供电网络，根据电源实际情况，我方将选择分段、分区、分点各自布置柴油发电机组的施工供电电源方案。洞内采用低压照明系统进行施工照明。洞内每

19、隔500m设置一变电站，放至在设备洞内。发电机组配置表工作面设备型号及数量备注1#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2250kw，低压配电柜，5台2#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2300kw，低压配电柜，5台3#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2300kw，低压配电柜，5台4#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2300kw，低压配电柜，5台5#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2250kw，低压配电柜，4台6#施工支洞配电房柴油发电机400kv，2250kw，低压配电柜，4台9.3.1.2.5 施工排水在施工时隧洞内的施工排水采用自流与抽排结合的方式。在隧洞底板一侧开挖0.2

20、00.20m的排水沟，并在隧洞内每隔100m左右设一个集水坑0.4*1m(宽*深)。排水沟将工作面排出的水汇集到集水坑后，采用潜水泵将水排出到支洞的污水排放处理池，按污水处理标准处理后进行排放。9.3.1.3 洞内运输根据本标段总体施工方案，洞内运输采用有轨运输方式。其轨道布置见支洞及洞内轨道布置示意图。图中的混凝土拌和系统仅适用于3#施工支洞，施工图中所示布局，在实际施工中，可视现场条件进行调整。1、材料选择：为保证运输安全，提高运输速度，钢轨采用24Kg/m钢轨，枕木采用12cm15cm方木，枕木布置间距为0.7m，每根枕木长为1.2m。2、轨道布置方案：（1）单线布置：轨距762mm。（

21、2）距作业面3080m开始设置菱形浮放道岔，以利矿车调度使用。（3）每隔300至500m布置一回笼道（会车道）。（3）斜井运输示意图：3、运输保证：（1）加强洞内调度，减少运行车辆的交会时间。（2）每组道岔均设置专人看守。（3）设置整道维护作业班，随时检查轨道平整度，保证轨道运输畅通。9.3.1.4 施工通讯隧洞工程采用对讲机进行内部联系。洞内通讯可采用有线电话系统。9.3.1.5 砼生产系统详见第7章 引水隧洞混凝土拌和系统设计、施工与运行管理。9.3.1.6 洞内水、电线管线布置图9.3.1.7 洞内通风布置图9.4 支洞开挖方案及施工程序和方法工程开工后，首先进行施工支洞的土石方开挖，为

22、洞挖施工创造条件。9.4.1 开挖程序及方法支洞洞口明挖采用自上而下分层开挖的方式进行施工。覆盖层采用1m3液压反铲挖装，配15t自卸汽车运渣至弃渣场。石方采用钻爆法施工。主爆孔按减弱抛掷爆破进行设计及装药，周边孔按预裂爆破法进行施工。主要采用100型轻便潜孔钻造孔，不能形成施工平台的部位采用手风钻造孔，开挖梯段高度不大于10m。9.4.2 石渣规划所有开挖料渣均采用ZL50装载机装渣，15t自卸汽车运至业主指定的弃渣场或倒渣场堆放。9.4.3 钻爆设计根据工程地质条件，结合我单位多年以来的开挖爆破实践经验，拟定爆破方法及参数如下：主爆孔采用台阶梯段孔间微差顺序爆破网络技术，装药结构按减弱抛掷

23、爆破设计。2#岩石硝铵炸药，排间采用MS5段毫秒非电管接力，孔间采用MS1段非电毫秒管传爆。周边孔采用光面爆破技术，滞后主爆孔150ms起爆，导爆索入孔。钻孔：采用潜孔钻钻孔，成孔孔径为105mm。供风：采用各支洞为洞挖所配备的空压机。9.4.4 洞口边坡支护洞口支护主要施工项目包括：砂浆锚杆、喷混凝土支护。1）锚杆施工按“排气注浆法”进行施工，先注浆，后安插钢筋。采用手风钻和电钻（孔深大于5m）钻孔、注浆机注浆、人工安装锚杆的方式进行施工，其工艺流程如下：普通砂浆锚杆施工工艺流程图2）挂网喷混凝土施工边坡钢筋网采用人工在边坡上现场绑扎，绑扎的钢筋网应紧贴坡面并距坡面23cm左右，钢筋网与边坡

24、锚杆绑扎联接。喷混凝土采用湿喷工艺施工：混凝土拌和系统拌喷混凝土料，人工在钢管脚手架上分层施喷。喷混凝土施工工艺流程如下：喷混凝土作业按由下至上的原则进行，35cm厚一层分层施喷，喷射作业参数通过生产试验确定，在保证喷混凝土密度的前提下，尽量减少回弹量。喷混凝土加固洞口后，及时进行洞口锁口施工。必要时，设置防护棚，并在洞脸上部加设挡石栏栅。支洞内：I、II类围岩采用随机锚杆支护；III类围岩采用系统锚杆加喷混凝土支护。系统锚杆和排水孔均按梅花型布置；随机锚杆视地质情况布置；施工过程中视地质情况及时进行喷锚支护，必要时可采取钢拱架、钢筋混凝土等加强支护措施。洞挖施工详见隧洞开挖方案及施工程序和方

25、法。9.5 引水隧洞段开挖方案及施工程序和方法9.5.1 洞身开挖支护方案根据本工程特点及地质条件，拟定隧洞开挖支护方法见下表。洞身开挖支护方案一览表工程部位开挖方法支护方法施工安全监测类围岩洞段全断面一次开挖成型，单臂凿岩台车钻孔，出碴采用立爪装载机装碴，V型斗车出碴。开挖后视围岩情况施工部份随机锚杆，系统锚杆及喷混凝土滞后开挖面150m左右进行。开挖后采取周边位移量测和拱顶下沉量测进行围岩变形观测。类围岩洞段全断面一次开挖成型，循环进尺控制在2.5m以内，单臂凿岩台车钻孔，出碴采用立爪装载机装碴，V型斗车出碴。开挖后视围岩情况施工部份随机锚杆，系统锚杆及喷混凝土滞后开挖面20-30m进行。

26、开挖后采取周边位移量测和拱顶下沉量测进行围岩变形观测，应加强检查及观测。本工程隧洞施工根据围岩类型，作业方式采用流水交叉作业，即一个工作面纵向全断面开挖后再衬砌，此方法施工特点是：一次开挖成型，采用机械化施工，与衬砌无干扰或干扰较小。引水隧道段的开挖主要采用Rocket boomer 281单臂液压凿岩台车（总功率63kw，爬坡能力14，行驶速度10km/h，钻孔覆盖面积31m2，钻孔速度3m/min）钻孔光面爆破的方法进行钻爆施工，隧洞的出碴采用LZL-120履带式立爪装载机装碴，V型斗车（容积0.6m3）配合QSD8EX轨道式电瓶车（牵引力8t）以提高和加快出碴速度，洞外采用ZL50装载机

27、配合15t自卸汽车转运至渣场。锚喷支护采用YT28气腿式风钻人工钻孔，TK-961喷射机喷砼。施工中严格按照爆破设计方案进行隧道的钻爆施工，控制和减少因爆破对围岩造成的扰动，避免引发松动压力增加造成塌方，保证施工安全和洞室围岩的稳定。隧洞的开挖主要采用Rocket boomer 281凿岩台车钻孔爆破的方法进行钻爆施工，采取“短进尺、弱循环，强支护、快衬砌”的开挖方法进行组织流水施工，以控制和减少因爆破对围岩造成的扰动，爆破后及时进行检查和清理现场，并且在规定的时间内完成初次支护的施工，随后进行二次支护施工。为保证工程本身和施工安全，施工过程中加强地质预测和预报工作，同时作好围岩收敛变形监测工

28、作。根据隧洞工程施工的特性以及现场的施工条件，为达到连续施工均衡生产的目的，每个隧洞作业面的开挖、支护和衬砌的施工，先进行隧洞的开挖和初次支护工程的施工，而后在不影响正常开挖的前提下，利用钻孔和装药的时间进行二次支护，待本作业面的全部洞挖完成后，进行隧洞边、顶拱衬砌施工，最后进行底拱混凝土的衬砌施工。即采取分段流水交叉作业方式进行组织和安排施工，充分利用人员、机械设备、施工场地等有限资源，在整体工程施工中，合理地安排和调配劳、材、机具的投入和使用，充分挖掘施工过程中隐含的潜力，发挥流水交叉作业的优势。本合同隧洞工程的施工主要工作内容包括隧洞开挖和支护以及隧洞底板衬砌施工三个主要方面，根据招标文

29、件、技术规范和招标图纸，结合洞室地质条件及围岩状况，现就主要项目的施工方法确定如下。9.5.2 隧洞测量控制平面控制测量平面控制测量进行之前，首先应收集测区内已有的施工区总体平面布置图，三角控制网图成果表，水准路线图、测区地形图，隧道的纵横断面设计图，隧道设计平面布置图。洞外平面控制测量以设计、咨询工程师所交桩点为准，控制网的布设方案采用三角网或导线网形式布设，三角网中有一点或二点沿隧道中心线布置，导线点尽可能沿隧道中心线布置，并选择距三角网最近的边作为洞内导线的联测方向，这对精度估算和精度提高均有明显的效果。采用全圆方向观测法和全站仪进行测设。尽可能在隧道中心线上适宜位置选埋一个控制点，以利

30、洞外、洞内控制的连接，并可减少测量误差的积累，洞口附近至少应有二个互相通视的控制点。为了减少导线测距、测角误差积累，导线边不宜过短，导线点不宜过多。平面控制测量用三角网测量或导线测量，洞外的控制测量，使用全站仪对设计、咨询工程师交付的导流洞进口、出口坐标点及水准基点高程进行复核。增设点位要通视良好，点位地质应坚实稳固。测量精度应符合施工测量规范规定。隧道高程控制测量洞外高程利用NIKAN ST-2水准仪和铟钢水准尺进行测量。洞内高程测量，利用DS3自动安平仪和板尺进行测量。洞内测量隧道轴线控制，直线段在隧洞的两侧各安装1台激光指向仪，利用两条平行于隧洞轴线的激光进行轴线的控制。在洞内掘进时，曲线段用曲线偏角法进行测设，用导线法给掘进面进行对中，画出轴线和开挖轮廓线的位置，以便于施工。高程随洞的进尺，在洞口进去每100m的位置设水准点一个。导线点选定后，在每个点位上要埋设标志，洞底标志是在洞底钻孔深 0