压力管道上平洞施工支洞设计及施工方案

第 页 共 15 页 0压力管道上平洞施工支洞设计及施工方案 1、工程概况 本标段共设计 2 条施工支洞，其中 1#施工支洞（压力管道上平洞施工支洞）主要作为引水遂洞扩散段、压力管道上平洞、斜管以及调压井开挖、砼运输和压力钢管运输的主要通道。 1#支洞与压力管道 3条平洞轴线桩号分别为 0+0+长为 口高程 压力管道（ 2#）交点高程 向坡度 其洞身为城门洞形，断面尺寸为 *高），开挖总量为 1#支洞的工程项目具体要求如下： 完成施工支洞的石方洞挖、支护、封堵混凝土浇筑和施工期间的抽排水等。 程地质 围岩主要以类为主，岩性主要为中厚层砂岩夹少量砂质千枚岩，岩石中等坚硬，微风化较完整岩体，节理裂隙不发育，层间结合力较强，具块状 次块状结构，地层产状与洞线交角较大，地下水活动轻微，局部有小断层、挤压破碎带等出露，围岩稳定性局部较差。隧道开挖过程中，可能出现一定规模的掉块或塌落，施工中需采取适当的支护处理措施。 2、施工布置 风系统 施工供风主要包括洞挖及 锚喷支护。 采用工程前期 5#支洞已有的两台 20另外在增加一台40以满足施工需要，供风管采用 159钢管。 利用工程前期 5#支洞现有的抽水系统和水池满足施工生产。即在施工现场采用水泵直接从黑水河中抽水至支洞进口上部布置的水池 ,水池容量 30池位置高于洞口 30米 ,给洞内施工供水 ,采用 80 钢管将水引至各工作面。 电系统 利用 5#支洞现有的电源点接线至各个工作面。 第 页 共 15 页 工排水 隧洞路面设置 单向排水沟，在支洞两侧，设置 30*30排水沟，自动流到5#支洞排水沟，经公路排水沟排至河内。 在支洞进口布置一台 28流通风机配 100 风筒压入式通风。布置示意见下图： 2 6喷砼拌和站 在 5#支洞洞口布置一台 行拌料。 2 7弃碴场 开挖的洞碴运至 3#碴场进行堆放和平整。 3、支洞布置 1#施工支洞）的设计与布置 （ 1）布置要求 厂区枢纽的施工项目包括引水隧洞至 调压室上游和压力管道 ,洞挖173127内支护、以及压力钢管安装、砼衬砌和固结灌浆等。工程项目多，工程量大，根据施工总进度的安排， 2007年 1 月 24日完成引水隧洞渐变段和压力管道的开挖和临时支护任务，具备压力钢管运输轨道安装和引水隧洞混凝土施工条件。因此施工工期紧，开挖强度较高。 （ 2）布置原则 1） 满足施工工期的要求及施工出碴运输的要求； 第 页 共 15 页 22） 新设施工支洞使压力管道和调压室通风良好； （ 3）施工支洞布置方案 根据前期施工布置坐标（调压室与 5#支洞的相对位置），该支洞拟布置在 5#支洞下游 0+工支洞平面布置见图 洞 工支洞全长 计纵向坡度为 （ 1）设计依据及原则 标文件、压力管道和调压室的布置情况和地形、地质条件等技术资料进行设计； 满足不同部位、不同高程洞室施工需要和施工高峰期开挖出碴运输的需要； 坡与施工机械设备的外形尺寸、工作范围相适； 布置综合考虑施工通风、散烟、排水的需要； 工支洞综合考虑施工交通、施工安全、开挖爆破等影响，均衡施工强度、施工进度等因素，合理安排施工程序，以确保各施工时段通道通畅。 （ 2）施工支洞平面设计 结合业主提供的枢纽平面布置和压力管道平面布置图，根据施工程序和施工支洞布置原则进行压力管道上平洞施工支洞（ 1#施工支洞）的布置，总共布置了2条施工支洞，其中一条（ 1#支洞）主要作为引水系统及压力管道的施工通道。另一条主要作为调压室井筒 开挖、支护和混凝土浇筑的施工通道。 （ 3） 1#施工支洞断面设计 根据施工机械设备的外形尺寸、钢管尺寸、工作范围和施工高峰期交通运输行车密度，确定施工支洞的断面型式和断面尺寸。施工支洞断面设计为城门洞形、双车道，按 15t 自卸汽车车体宽度 车安全距离 定施工支洞底宽为 5m，高度确定为 地质条件及通风管路布置状况，施工支洞圆弧高度取 开挖净断面尺寸为 4、施工方案 挖施工方案 支洞洞身 为 城 门 洞形， 断 面 约 用 腿式手 风钻 造孔。 钻孔 时 利用可移动式 双层钢 架 钻 架台 车。 洞 身开 挖 为 全 断 面光面爆破，楔形掏槽方 第 页 共 15 页 3式。炸 药 采用 2#岩石 销铵 炸 药 、雷管采用非 电毫 秒微差雷管。周 边 孔采用竹片绑 扎 25 药 卷 间 隔 装药 ，爆破孔采用柱 状连续装药 ，堵塞采用砂和粘土的混合物。 支洞 开 挖施工中始 终 以“新 奥 法” 理论 指 导 施工， 及时总结经验 ，改 进临时支护设计 与施工。 隧洞 将 采取 边开 挖 边支护 的方式 进 行，并 针对不 同 围 岩 类 型采取相 应 的 临时支护 措施，以确保工程 顺 利 进 行和安全施工。 洞身开挖前 ,测量人员放出洞轴线，开挖轮廓线及高程线 ,并在洞挖过程中加强断面控制 ,防止超欠挖发生。洞挖结束后 ,及时准确地提供竣工验收资料。 支洞洞挖及支护施工程序 口施工 开挖之前，采用钻架平台进行锁口锚杆施工。在支洞周边施设 2排锁口，排距 1 排离洞口周边 距 2 排，孔距 1m。锚杆采用25螺纹钢，锚入岩石内 在安装锚杆的基础上进行挂网喷砼，喷射 护完成后，进行洞口的开挖，前 10 米采用“短进尺、弱爆破、周边孔加密布置、隔孔装药爆破”的方式进行爆破，爆破开挖后，采用常规的施工方法，先喷35进 行锚杆施工和挂网作业，喷砼至设计厚度。 支洞身为城门洞形，断面约为 用 腿式手风钻。洞身开挖采用楔形掏槽，全断面光面爆破开挖，人工装药， 5挖方法见下图： 测量放线 钻 孔 装药连 线线索 人员撤退 围岩撬挖 出碴 临时支护 其 它 爆破散烟 第 页 共 15 页 循环工序 测量放线钻孔装药爆破通风散烟危岩清理出渣安全支护其它 作业循环时间表 炮孔装药量 装药爆破 当孔钻完后，用高压风管进行吹孔，清出孔内残碴及石粉，然后装药，孔底先放入一卷药包，加强孔底部爆破，协管反向入放置。周边孔采用竹片绑 25 药卷间隔装药。 第 页 共 15 页 5安全撬挖 爆破散烟后，由值班技术员带领炮工班长及专职安全员进洞，检查有无瞎炮（如有应及时处理）和危岩清除。 出碴 采用 380装载机装 15 压力管道上平洞支洞出碴示意图 5、洞身安全支护 支护型式主要根据类围岩 和类围岩进行支护。 类围岩：布置随机锚杆，锚杆型式为 20， L=且素喷 520砼；类围岩：布置系统锚杆 201500 1500 L=且网喷 1020 砼钢筋网为 6200 200。类围岩，除采用类围岩支护形式外，增设格栅拱架并网喷 15格栅采用 22距100筋网为 6200 200。 为确保施工支洞洞口的稳定及安全，与 5#支洞相交的三叉口增设两排201500 L=口锚杆，锚杆向围岩侧外倾 10，并且洞口 5m 范围内模喷20 。对于压力管道上平洞与支洞交叉的部位，为确保洞室的稳定及安全，在洞室交叉段衬砌 5020素砼。 第 页 共 15 页 喷砼 采用 5T 自卸汽车将拌制好的喷浆料运至洞内工作面 ,人工上料 ,利用移动式钢架进行喷射砼施工。 锚杆施工 采用移动式钢架进行手风钻钻孔 ,打孔结束后 ,进行吹孔清洗注浆 ,锚杆人工安装，拌合站制浆。 钢筋网安装 将剪切好的盘圆运至现场 ,人工绑扎，贴近岩面布置 ,并与锚杆焊接 要留保护层 ,并保证钢筋搭接长度。 钢支撑施工 洞口段及 V 类围岩 ,采用短进尺，弱爆破开挖 ,出碴后 ,先喷 3砼进行封闭 ,再打锚杆和挂网 ,然后再架立钢支撑及加固焊接；最后分 23次喷砼达到设计厚度。钢支撑分节在加工厂制作成型后运至现场进行组装 ,钢支撑排距 1 米 ,榀与榀之间焊接纵向连筋，钢支撑脚部用锁脚锚杆固定柱脚。 钢支撑施工方法图 6、支洞封堵施工 工支洞封堵设计 第 页 共 15 页 7根据本工程施工需要， 1#施工支洞需作施工支洞封堵设计。 （ 1）设计原则 堵头属永久建筑物，设计标准与其它永久建筑物相同，按照正常水位设计、校核洪水位校核； 堵头长度与围岩的物理力学指标有密切的关系，了解围岩地质状况，正确选择计算参数是堵头设计安全与经济的重要因素； 一般情况下，认为堵头的抗压强度是安全的，只作抗滑稳定计算。 选择具有膨胀性，抗渗性和强度高的封堵材料，抵抗混凝土温度收缩且减少围岩间的缝隙值，在此基础上，通过灌浆改善周边围岩的抗渗性，增加封面间混凝土和围岩的接触，堵住渗水通道。 堵头形体设计：堵头实心段体形做成锲形体，一方面围岩的反力抵抗一部分水推力，另一方面使混 凝土与围岩有压紧的趋势，减少渗水。 （ 2）设计条件假定 堵头和围岩均视为刚体，水头推力均匀的作用在堵头的横截面上。 （ 3）堵头长度的计算 堵头的长度指实心段 +空心段（带灌浆管段）的长度。 A计算公式 堵头长度计算有经验公式和力学公式。 L=f（混凝土 +c 1 式中： m）； 设计 K=3）； 水 10 m）； 第 页 共 15 页 8f 擦系数； 混凝土 10 m）； b经验公式 L=0 式中： m）； m）； m）， D=（ 4 /） c计算参数取值 计 K=3； m）； f f = a= 计算结果 本标施工支洞长度计算采用了力学公式和经验公式两种方法，由于两种 方式计算结果比较接近，而在高水头时计算经验公式结果偏于安全，因此施工支洞长度取值综合了两种计算结果，最后确定了堵头的封堵长度偏向于经验公式计算结果。计算结果见表。 堵头长度计算成果表 计算结果 力学公式 经验公式 实际取值（考虑水力梯度不大于 6） 1#施工支洞 L= 5）堵头细部结构与灌浆设计 堵头形体 堵头的外形设计为楔形，堵头采用钢筋混凝土封堵，为了增加封堵的安全性将堵头做成楔形体，一方面靠围岩的反力抵抗一部分水推力，另 一方面水推力使 第 页 共 15 页 9封堵混凝土与围岩有压紧的趋势，减少渗水。 止水和钢筋 堵头实体段与引水隧洞连接处配置分布筋与纵向筋，配筋段长度为 6m，钢筋直径为 20距为 20护层厚度为 10筋接头全部采用绑扎，绑扎长度为 35d。 灌浆设计 堵头混凝土浇筑完毕后需要进行回填灌浆，回填灌浆范围为堵头混凝土顶部，在混凝土强度达到 70%的设计强度后进行。 施工支洞砼堵头设计仅为初拟方案，工程实施过程中根据实际地质情况进行详细的结构设计并报请监理工程师审批后实施。 （ 6）封堵材料 施工支洞堵头混凝土采用低 热微膨胀水泥拌制，砼的标号为 凝土采用预冷混凝土。 在实际施工时在业主和监理人同意的情况下，在堵头混凝土中外掺轻烧 量（与水泥重量之比）分别为 4%和 3%的新技术，接触压力为零进行设计。 工支洞封堵施工 （ 1）施工时段 根据施工进度的安排，施工支洞的封堵时段为： 2005年 9月 5日至 2005年 9月 15日 （ 2）支洞封堵施工 混凝土浇筑 A封堵施工程序 施工支洞堵头从 3#平洞开始封堵，由里向外进行封堵施工，最 后封堵 1#平洞。 B封堵砼施工方法 a模板、钢筋 第 页 共 15 页 10封堵混凝土采用普通组合钢模板，周边弧形采用木板补齐，钢模外侧用方木和 48 b施工方法 考虑到混凝土浇筑能力，分层高度 2m 左右。混凝土采用 拌运输车运至施工现场， 平运距约 面作业时搭设工作跳板，人工用插入式振捣器振捣密实。浇筑方法除最后一层外均采用平仓浇筑。最后一层浇筑先将堵头靠引水洞 (尾水管等 )侧浇满，盖住顶部止浆条，然后从两侧后退，最后浇筑中顶部。当浇筑至顶部不能进行人工振捣 时，封住下游侧端模，利用泵送压力将顶拱尽量填满。 灌浆施工方法 回填灌浆采取预埋花管灌浆管路系统。采用 40管作为预埋进、回主管，回填灌浆预埋管路系统由进、回浆主管、出浆管等组成，回浆管管头引至堵头砼端部，回填灌浆采用填压式灌浆法，先对一套管路进行灌浆，另一套灌浆管路兼做排水、排气的管路，当兼做排水、排气的管路管口排出的水泥浆液与进浆浓度相同时，即可关闭其孔口闸阀，不再对其进行灌浆，当兼做排水、排气的管路管口不出浆时应对其进行灌浆。 回填灌浆压力为 在规定压力下灌至不吸浆后再继续灌注 5可结束，灌浆结束时先关闭孔口闸阀再停泵，以防灌入的浆液流出，待凝 8 夏季施工，混凝土骨料采用加冷水和风冷骨料拌和，混凝土出机口温度控制在允许的范围内； 采用低热微膨胀水泥拌制砼；必要时采用喷水雾降底仓面温度，浇筑仓面采用流水养护，再有条件的情况下截取地下水进行仓面养护或通水冷却。 通过改善骨料级配，掺外加剂和减少用水量等措施优化砼配合比设计。堵头砼外加轻烧 偿部分温度收 缩和干缩。 7、施工进度计划 （ 1） 2005 年 9 月 15 日进行 1#支洞锁口支护， 2005 年 9 月 16 日开始进行隧洞开挖， 2005年 10月 16 日完成洞内石方开挖与支护，洞内封堵和灌浆安排在 2007 第 页 共 15 页 11年 9月 5日开始， 2007 年 9月 15日完成所有施工任务。 （ 2）施工强度 支洞开挖月进尺寸 150m/月 8、施工质量控制 质量控制主要采用以下方面的措施： （ 1） 进行现场爆破试验，调整和优化爆破参数。确定在开挖区段内不同地质条件下的各项爆破参数，为开挖爆破设计提供最佳设计依据，以提高爆破效果，保证开挖质量；调整爆破有关参 数，不断优化爆破设计，改进施工方法和安全措施；通过试验不断收集、整理试验所得的各项数据资料，以最优的爆破参数指导后续爆破设计，提高爆破开挖的施工进度、经济指标和安全指数。 （ 2） 地下洞室的爆破进行专门的钻孔爆破设计，其内容包括：掏槽方式；炮眼布置；装药量和装药结构以及炮孔堵塞方式；起爆方法和顺序；绘制爆破图。 （ 3） 为查清地下洞室中尚未开挖岩体的地质情况，在监理工程师指定或批准掌子面钻设勘探孔或勘探洞。根据钻探获得的地质资料，及时调整爆破参数，以保证开挖质量和确保安全。 （ 4） 按“新奥法”理论进行隧洞 施工，观测和掌握围岩的变形发展情况，选择合理的支护时机和判断支护的实际效果，充分利用岩石自身的承载能力。 （ 5） 使用质量优良的测量设备，确保各施工控制点布控准确无误。钻孔孔位依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定；周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不大于 5它炮孔孔位的偏差不得大于 10孔的孔底落在爆破图规定的平面上。 （ 6） 优化技术措施，提高作业人员的技能：严格按爆破设计进行钻孔、装药；孔深、孔斜控制在允许范围之内，炮孔经检查合格后，方可装药爆破。炮孔的装药、 堵塞和引爆线路的联结，由经考核合格的炮工负责，并严格按爆破图的规定进行。 （ 7）光面爆破和预裂爆破效果达到以下要求：残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布；炮孔痕迹保存率：完整岩石在 70%以上，较完整和完整性差的岩石不少于 50%，较破碎和破碎岩石不小于 20%；相邻两孔间的岩面平整，孔壁不有明显的爆震裂隙；相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值，不大于10 （ 7） 在开挖过程中，注意保护地下混凝土衬砌、灌浆和支护结构不受损坏。 第 页 共 15 页 12在已完成的衬砌、灌浆和支护结构附近进行爆破时，其爆破技术和爆破参数进行专门的 设计和试验，并经监理工程师批准。 10、施工安全措施 由于隧洞内施工条件较差，工人常在噪音、振动、地下水、有害气体等较恶劣环境中从事繁重的体力劳动，安全生产直接关系到人身安全和重要设备的安全，且与工程质量密切相关，在隧洞开挖施工全过程中把安全工作作为首要任务来抓，正确处理好施工中安全、质量、进度间的关系，全面贯彻“安全第一、预防为主”的方针。 （ 1） 建立健全隧洞施工安全管理制度、强化安全意识、制定全面合理的安全措施； （ 2） 加强施工安全管理，合理安排工序进度和关键工序的作业环节，组织均衡生产，及时解决生 产中进度与安全的矛盾，统一指挥，避免忙乱中出差错，或因抢工程进度，忽视安全而发生事故；洞挖施工，遵守有关施工规范、安全技术规范、安全规程等。 （ 3） 机械设备的安全措施：机械设备的布局要合理，且要装设安全防护装置，操作者要严格遵守安全操作规程，操作前要对设备进行全面的安全检查，机械设备严禁带故障运行。推土机、装载机和挖掘机作业，设专人指挥和导向。 （ 4） 洞内作业安全管理：在洞内作业，尤其是地质不良地段，要采取机动灵活的对措施，地质条件变化则作业方法相变化。另外设立专职安全巡查员，主要职责是：禁止作业期间内 闲杂人员或机械和车辆进入施工现场，观察判断事故发生的可能性，正确而安全有效地指导生产。隧洞施工现场内危险地段陡坡、深坑、危石等，有防护设施或危险警告标志 （ 5） 洞内用电安全：对施工人员进行安全用电知识教育，定期检修电器设备；对电器外壳要进行防护性接地、保护性接零或绝缘；在潮湿洞内环境中，施工临时照明设备及手提工具，不得使用超过 36V 高电压作业。洞内、洞外变压器均要设置安全栅栏，并设置提醒标志。 （ 6） 防高空坠落伤人事故发生：高空及吊装作业要严格按照操作规程标准化、正规化施工，设置安全防护网；所有进入隧洞 内的人员，按规定佩带安全