隧道开挖支护单项施工措施.doc

雅砻江锦屏二级水电站东端1#、2#引水隧洞工程2#引水隧洞开挖支护单项施 工 措 施 合同编号：JPC200709，C4中铁十八局集团中水七局联合体二OO七年七月2#引水隧洞开挖支护单项施工措施第一章 概述 1. 工程概况锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站，其引水系统采用4洞8机布置形式，2#引水隧洞是4条引水隧洞之一，起点里程引(2)4+700，终点里程引(2)16+629.086，总长11929.086m。沿线上覆岩体一般埋深15002000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。2#引水隧洞围岩以、类为主，局部、类，水文地质条件复杂，高地应力岩爆、高压大流量突涌水等问题尤为突出。2#引水隧洞采用钻爆法与TBM掘进相结合的施工方法：前期采用钻爆法开挖，在1#引水隧洞贯通后利用TBM进行开挖。第二章 施工准备1. 施工总体布置1.1. 施工用高压风在东引2#施工支洞内布置14台空压机（203/min），每掘进1500m将空压机移动一次，风管直径为150mm。1.2. 施工用水采用建高压水池，抽水机直接从B辅助洞取水，经由东引2#施工支洞至2#引水隧洞；洞内采用主水管直径为100mm。1.3. 施工用电主电缆从辅助洞跨过大水沟接入东引2#施工支洞洞口，然后通过1560平台到达东引1#施工支洞洞口的变电站。1.4. 施工交通先期出渣及材料的运输全部通过东引1#、2#施工支洞进行，采用无轨运输出渣；皮带机安装后采用移动式破碎机进行石渣破碎，通过横洞将石渣送至1#引水隧洞的皮带机上运出洞外。1.5. 营地项目部及各施工队营地设于4#营地。第三章 总体方案2#引水隧洞前期采用钻爆法施工，353E台车及人工手持风枪钻孔。在1#引水隧洞开挖完毕后，将TBM运至2#引水隧洞中进行组装，然后采用TBM掘进。钻孔台车、喷混凝土台车及液压钢模台车进行全断面支护。总体施工方案详见下图：总体施工方案表工程名称里程段开挖方式出渣运输支护形式2#引水隧洞引(2)15+950引(2)16+629钻爆法无轨运输马蹄形断面钻孔台车、喷混凝土支护液压钢模台车衬砌引(2)10+170引(2)15+950钻爆法皮带机马蹄形断面钻孔台车、喷混凝土支护液压钢模台车衬砌引(2)4+800引(2)10+170TBM掘进皮带机圆形断面钻孔台车、喷混凝土支护液压钢模台车衬砌引(2)4+700引(2)4+800TBM掘进钻爆法扩挖皮带机圆形断面钻孔台车、喷混凝土支护液压钢模台车衬砌第四章 主要项目施工方法1. 钻爆法开挖1.1. 开挖方法根据招标文件中的地质资料所示，引水隧洞中、类围岩占洞身全长的比例为36.7%、54.1%、8.3%、0.9%，同时由于隧洞高度超过钻孔台车施工高度，所以、类围岩均采用台阶法开挖，断层破碎带采用CRD法开挖。1.1.1. 台阶法开挖 (1)适用范围2#引水隧洞钻爆法施工段（断层破碎带除外）采用上下台阶法开挖。台阶长度40米左右，下台阶分左右两幅交替施工。(2)开挖方法采用光面爆破，353E台车钻孔，风动凿岩机辅助，采用无轨运输，自卸汽车运输至弃碴场。(3)施工顺序施工顺序见下图所示。图7-1 台阶法开挖示意图施工顺序说明：上台阶开挖；：上台阶初期支护；：开挖下台阶左部；：下台阶左部初期支护； ：开挖下台阶右部；：下台阶右部初期支护。1.1.2. CRD法开挖(1)适用范围CRD法适用于断层破碎带。由于引水洞开挖跨度较大，对围岩沉降变形控制严格，采用CRD法开挖，每一步都要用临时仰拱封闭成环，兼有台阶法和双侧壁导坑法的优点，有利于围岩稳定，保证施工安全。(2)施工顺序CRD法开挖支护程序见下图。施工顺序说明：施工左侧导坑超前支护。：开挖左侧导坑上半断面。：左侧上导坑拱部初期支护，上导坑中隔墙临时初期支护，临时仰拱支护。：开挖左侧导坑下半断面。：左侧下导坑边墙初期支护，中隔墙临时支护，仰拱混凝土。施工右侧导坑超前支护。：开挖右侧上导坑。：右侧上导坑拱部初期支护，右侧上导坑仰拱临时支护。：开挖右侧导坑下半断面。：右侧下导坑边墙初期支护，仰拱混凝土。 CRD法施工顺序示意图完成上述工作后，对拱顶下沉量及净空收敛进行监测，达到安全要求才允许拆除中壁支撑。(3)施工注意事项导坑施工是隧洞施工中重要的一个环节，为保护围岩，尽量减少对围岩的扰动，施工中采用机械开挖、人工配合，尽量不使用爆破，以减少对围岩的扰动。由于围岩松软，在最短时间内用临时仰拱封闭断面，做到“自封闭”。各工作面要保持一个合理的距离：隧洞左侧导坑掌子面应先行右侧导坑掌子面1216m，以保证导坑开挖的稳定。每侧导坑上下台阶35m。下部开挖，注意上部支护结构的稳定，减小对上部围岩和支护的扰动和破坏，尤其是边墙部开挖时必须采用两侧交错挖马口施作，避免上部断面两侧拱脚同时悬空。喷射砼紧随开挖掌子面施作。每榀钢架分拱、墙两次架成，认真加固拱脚，如采用扩大拱脚、打拱脚锚杆、加强纵向连接等方法，使上部初期支护与围岩形成完整体系。钢架的拱脚或底脚不得置于虚碴上。侧导坑施工中按监控量测设计要求，埋设洞内观测点，实施监控量测，并及时反馈信息以指导施工和修改设计。完成隧洞开挖及初期支护后，根据量测结果进行模注二次衬砌的浇注。CRD法施工的一个关键问题是拆除中壁。在这一作业施工管理中，最重要的问题是判定中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性；要根据中壁拆除前的拱顶下沉量、净空收敛值来定，以及中壁拆除中、中壁拆除后的拱顶下沉增量作为管理基准。1.2. 开挖工艺为减小爆破对围岩的影响，维护围岩的稳定，本标段开挖采用光面爆破作业，采用的参数参照水工建筑物地下开挖工程施工技术规范DL/T5099-1999附录F。1.2.1. 周边眼的装药结构严格控制周边眼装药量，采用合理的装药结构，使炸药沿孔深均匀分布。施工时采用不偶合装药结构，不偶合装药系数一般控制在1.42.0范围内。1.2.2. 测量放样为确保2#引水隧洞钻爆法施工质量和进度，加强施工测量控制，在钻爆法施工中采用专业隧星测量系统对施工测量进行控制。1.2.3. 钻孔作业钻孔时，按照炮眼布置图，采用莱佧全站仪对钻孔进行定位放样。1.2.4. 围岩爆破根据岩石强度选用不同猛度爆速的炸药，有水地段及周边眼选用乳化炸药，其余均用2号岩石硝铵炸药。采用塑料导爆管非电起爆。1.2.5. 爆破作业操作控制根据技术规范，采用严格的光面爆破控制标准。按“一标准、两要求、三控制、四保证”原则进行光面爆破施工。“一标准”即一个控制标准；“两要求”即钻眼作业要求和装药联线作业要求；“三控制”即控制钻眼角度、深度、密度；控制装药量和装药结构；控制测量放线精度；“四保证”即搞好思想保证，端正态度，纠正“宁超勿欠”等错误思想；搞好技术保证，及时根据爆破实际情况调整钻爆设计参数；搞好施工保证，落实岗位责任制，组织QC小组活动，严格工序自检、互检、交接检；搞好经济保证，落实经济责任制。装药作业采取定人、定位、定段别，做到装药按顺序进行；装药前，所有炮眼全部用高压风吹洗；严格按爆破设计的装药结构和药量施作；严格按设计的联接网络实施，控制导爆索的连接方向和连接点的牢固性。1.3. 钻爆设计1.3.1. 设计原则采用光面爆破。根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等条件编制爆破设计；根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深50cm；严格控制周边眼的装药量，采用间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布；根据岩石特性选择炸药，非电毫秒雷管起爆；采用毫秒微差有序起爆，周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。1.3.2. 钻爆参数选择通过爆破试验确定爆破参数，试验时参照下表。爆破参数表孔型孔径(mm)孔深(m)孔数(个)孔距(cm)排距或抵抗线(cm)药径(mm)装药集中度(kg/m)总药量(kg)周边孔424.0505050320.720辅助孔424.06280(100)50320.788.8掏槽孔424.5308080320.554底 孔424.01390/320.523.41.3.3. 钻爆设计图2#引水隧洞上半断面开挖爆破孔设计见下图。1.3.4. 掏槽方式斜孔掏槽操作较简单，钻孔方向易掌握，扩孔方便，故采用斜孔掏槽。2#引水隧洞上半断面开挖爆破孔设计图1.3.5. 装药结构周边眼：用小直径药卷间隔装药。其它眼：均采用连续装药结构。1.3.6. 堵塞方式所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于30cm。1.4. 主要技术措施1.4.1. 光面爆破实现光面爆破的最佳效果，使开挖轮廓圆顺，线性超挖及炮眼痕迹保存率符合光爆技术要求。合理选定钻爆参数，不断优化爆破设计。1.4.2. 超欠挖控制措施派专人负责超欠挖控制，每次爆破由专业工程师值班检查，监督爆破全过程，以确保钻爆作业按设计进行。采用光面爆破，减少对周边围岩的扰动，确保开挖成型质量。每循环用断面仪对开挖面进行检查，并根据检查结果进行分析，及时将分析的信息反馈到施工中，不断优化设计，以进一步改进光面爆破质量。选择合理的爆破参数,周边眼采用光爆小药卷不藕合装药,选择合理周边眼间距和光面层厚度,以确保光面爆破。施工时设备操作人员相对固定，以利于提高钻眼质量。2. TBM（掘进）开挖2.1. 施工组织本工程TBM施工采取三班制，两班掘进一班整备，掘进工班每班工作9小时，整备工班工作6小时，每天上午8：00-14：00整备。工班配备主要人员见下表。工班工种人数(人)掘进一班工班长1TBM司机1机械工程师1电器工程师1土木工程师1测量工1刀具组3锚杆组7喷射混凝土组6底部清渣、轨枕、轨道铺设组7风水及供给保证组3连续皮带机组4排水组4人员小计40掘进二班同掘进一班40整备工班工班长1TBM司机1机械工程师2电器工程师2土木工程师1测量工程师1刀具组8土木组6连续皮带机组8运输组8机械保养修理组8电器维护组4合 计1322.2. 施工准备2.2.1. 接通隧洞内的照明。2.2.2. 接通TBM主机变压器的电源，使变压器投入使用。待变压器工作平稳后，接通二次侧的电源输出开关，检查TBM所需的各种电压，并接通TBM及后配套上的照明系统（此项工作在初始掘进施工时进行，除高压电缆接续施工外，一般保持TBM变压器连续工作）。同时检查TBM上的漏电监测系统，确定接地的绝缘值可以满足各个设备的工作要求。2.2.3. 检查气体、火灾监测系统监测的数据、结果。确定TBM可以进行掘进作业。确认所有灯光、声音指示元件工作正常。所有调速旋钮均在零位。2.2.4. 检查液压系统的液压油油位、润滑系统的润滑油位，如有必要马上添加油料。确认给水、通风正常。2.2.5. 接通TBM的控制电源，启动液压动力站、通风机、TBM自身的给水（加压）水泵。根据施工条件，确定是否启动排水水泵。2.2.6. 确定连续皮带机、风、水、电管线延伸等各种辅助施工进入掘进工况。2.2.7. 检查测量导向的仪器工作正常，并提供正确的位置参数和导向参数。根据测量导向系统提供的TBM的位置参数，调整TBM的姿态，确保方向偏差（水平、垂直、圆周）在允许误差范围内，撑紧水平支撑靴达到满足掘进需要的压力。2.3. 掘进工作2.3.1. TBM在掘进施工过程中，需根据工程地质图纸、石渣情况、上一循环掘进参数、邻近超前隧洞的地质情况等，对掌子面围岩状态作出准确判断，据此选择相应的掘进模式及掘进参数。如有必要，可采用超前地质探测，进一步确定前方围岩状态。本TBM配备的超前钻孔探测装置以及采用的可随开挖进行预报的BEAM超前预报系统，可预测前方150m范围内围岩地质情况。为保证超前预报的准确性，施工中初步考虑每次超前预报实施50100m的距离。2.3.2. 选择掘进参数。根据判定的掌子面的围岩状态，选择推力、撑靴压力、刀盘转速等掘进参数。掘进过程中结合实际掘进参数的变化判断围岩的变化，适时适当调整，同时结合我单位使用TBM的施工经验使掘进参数与围岩状况的最佳匹配。2.3.3. 顺序启动洞内连续皮带机、皮带连接桥皮带机、主机皮带机，并确定其运转正常；顺序启动刀盘变频驱动电机；启动主轴承的油润滑系统、各个相对移动部位的润滑系统。启动掘进机各个部位的声电报警系统，提示进入工作状态。2.3.4. 空载启动刀盘，启动除尘风机，水平支撑撑紧，收起后支撑。2.3.5. 慢速推进刀盘靠紧掌子面，确定刀盘已经靠紧掌子面后选择合适的推进速度、刀盘转数进行掘进作业。在刀盘和岩石表面接触之前启动刀盘喷水系统对岩石喷水。2.3.6. 操作人员在控制室时刻监控TBM掘进时各种参数的变化、石渣状态等。掘进时根据TBM的设备掘进参数和预计的前方围岩的情况选择适当的掘进参数，包括刀盘转速、推进力、变频电机频率、推进速度、皮带机转速等。并根据围岩的状况变化及时的进行调整。专职安全员进行各设备的运行检查，保证设备运行安全。2.3.7. 换步、调向。掘进行程完成之后，停止推进并将刀盘后退约35cm、停止刀盘旋转，伸出后支撑撑紧洞壁，收回水平撑靴油缸使支撑靴板离开洞壁，收缩推进油缸将水平支撑向前移动一个行程。撑靴再次撑紧洞壁，利用连接桥和后配套连接油缸拖拉后配套到位，进行换步，重复掘进准备工作，开始下一掘进行程。本标段采用的TBM调向过程可以在换步完成后利用水平撑靴支撑洞壁进行调整，也可以在掘进过程中进行微小的调整。TBM主司机应该在换步过程中，根据测量导向系统所显示的上一循环结束时TBM的方位，本掘进循环调向参考值调整TBM的姿态，确保掘进方向控制在允许的范围之内。如有必要，可以适时在掘进施工过程中进行调整。掘进机施工流程如下图。是否超前地质预报进入下一掘进循环超前预报范围内轨枕钢梁铺设换步、调向不良地质地段超前处理掘 进初期支护连续皮带机出（隧洞底部清渣）超出超前预报范围是否实施超前处理措施掘进施工流程图3. 支护方法2#引水隧洞主要的支护形式有：喷射混凝土、中空注浆锚杆、混凝土衬砌等。3.1. 喷射混凝土在喷射混凝土之前要按照规范和标准对开挖断面进行检验，按湿喷工艺施工。施工机械采用喷射机械手。见下图。锚喷支护及注浆作业线3.1.1. 工艺流程湿式喷射混凝土工艺流程见下图。细集料粗集料水 泥水搅拌机喷射机械手喷 嘴受喷面空气压缩机速凝剂采用稀薄流方式稠密流方式湿式喷射混凝土工艺流程图3.1.2. 施工要点选用普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂或粗砂，粒径512mm连续级配碎(卵)石，化验合格的拌和用水；喷射混凝土严格按设计配合比进行拌和；喷射前，认真检查隧洞断面尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚渣，并用高压水或风冲洗岩面；喷头距岩面距离以1.5m2.0m为宜，喷头垂直受喷面，喷初期支护钢支撑、钢筋网时，可将喷头稍加偏斜，角度大于70。喷射路线应先边墙后拱部，分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射；喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约2030，以保证混凝土喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d；喷射混凝土开挖时，下次爆破距喷射混凝土完成时间的间隔，不得小于4h；有水地段喷射混凝土采取如下措施：一是当涌水点不多时，可设导管引排水后再喷射混凝土；当涌水量范围较大时，可设树枝状排水导管后再喷射混凝土；二是当涌水严重时可设置泄水孔，边排水边喷混凝土。三是当岩面普遍渗水时，可先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，初喷后再按原配合比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后再喷混凝土。3.2. 中空注浆锚杆3.2.1. 施工方法采用台车钻孔，安装中空注浆锚杆后注浆，注浆设备采用专用高压注浆泵。3.2.2. 施工工艺流程锚杆施工工艺流程图3.2.3. 工艺要点锚杆孔开孔前做好量测工作，按设计布孔，开孔偏差不大于10cm；锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求，垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，交角大于45。孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于5cm。用高压风冲洗、清扫锚杆孔，确保孔内不留石粉。砂浆采用高浓度砂浆，配合比通过试验确定，并坚持随拌随用的原则，对超过初凝时间的砂浆做报废处理。止浆塞塞入牢固以确保能承受锚杆及注满锚杆孔砂浆的重量。在孔口未出浆前，不得停止注浆。3.3. 边顶拱混凝土衬砌3.3.1. 施工范围2#引水隧洞的边顶拱混凝土衬砌段主要包括钻爆法施工段、TBM施工段。衬砌段总长约3805m。3.3.2. 钻爆法施工段边顶拱混凝土衬砌施工方法2#隧洞钻爆段边顶拱混凝土衬砌采用一台衬砌台车，台车设计见附图1。衬砌台车在2#引水隧洞洞内利用固定吊点安装电葫芦拼装，由出水口向进水口方向进行边顶拱混凝土衬砌施工。混凝土前期由混凝土拌和站供应，后期由高线混凝土系统供应。前期混凝土采用无轨运输，后期采用轨行式混凝土输送车运输，混凝土输送泵泵送入模。钢筋在钢筋棚加工，现场采用简易钢筋台车人工作业焊接成型。混凝土振捣采用附着式振捣器和插入式振动器振捣。工艺流程边顶拱混凝土衬砌施工工艺流程附图2。附图2 边拱混凝土衬砌施工工艺流程图在钢筋绑扎段先测量放线，边顶部位先定9个点，施作1m深锚杆，达到强度后，按测量放点焊纵向钢筋固定圆的位置，使钢筋成形，再按设计间距依次绑扎环向钢筋、纵向钢筋，接头按规范要求错开，直到全部结束。洞外钢筋加工棚弯曲加工一定长度弧形及直墙钢筋。洞内用钢筋台车按设计标准焊接钢筋，确保接头在同一截面50%。台车就位铺设台车走行轨，钢轨采用50kg/m标准轨，清除台车表面残留混凝土，涂涮脱模剂，调整轨面标高，然后移动台车就位，调整台车的中线、标高，直到净空完全符合设计要求。派专职技术人员进行台车检查，严格检查台车中线、标高及净空是否满足设计断面的要求，各尺寸精度指标为：台车拱顶标高：+10mm；台车的中线与导流洞中线偏移值误差：10mm；净空各尺寸误差：+20mm；模板面局部不平：2mm。衬砌台车加固，走行轨用I20工字钢对撑加固，台车用支点斜撑和对撑加固。拱模及边模均用钢管或木撑与岩面顶紧。定位采用STZ型激光准直仪导向。按设计图纸用PVC管预埋好回填灌浆孔，固结灌浆孔，排水孔等。按实际开挖断面牢固安装刚性挡头板并按设计安装止水条、止水带等。混凝土浇注质检人员检查合格，工程师复检，合格后下发混凝土开盘通知单。选择质量合格的原材料，用拌和站集中拌和混凝土。采用无轨或轨行式混凝土搅拌车运输。混凝土灌注采用60m3/h的混凝土输送泵泵送入仓。混凝土采用分层、对称浇注，每层浇筑厚度不得大于30cm。两侧高度差控制在50cm以内，输送管管口至浇筑面垂距控制在1.5m以内，以防混凝土离析。浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间一般不得超过45min，否则按