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某大型地下洞室群安全稳定快速施工方案第一章概述根据对现场情况的初步了解，结合我局的长期隧道施工经验制定本方案。1.1工程概况1、本工程为海军军事工程，工程范围是建于紧邻海岸山体内总长3km的隧道群，岩石洞挖工程量约110万m3，包括主洞及若干条支洞。其中主洞为30m宽、28m高(净尺寸)、长800m直墙拱形洞室，洞内设大吨位吊车梁(见图1-1)。2、主洞洞身航道水深11m(最高潮位)，航道两侧设5m宽码头面。在方案中，假定主洞洞底高程为±0.00，其他高程均以此推算。图1-1主洞断面图3、洞身段拱部钢筋混凝土衬砌，边墙锚喷支护；洞口段钢筋混凝土全断面防护衬砌。4、主洞开设若干条支洞，跨度分别为8m、22m、15m，高度一般为15m左右，作为辅助用房。其中有两处支洞分别高53m、38m，跨度15m，长200~300m。5、本工程由辅助坑道(支洞)进入主洞施工，辅助坑道在不同里程处进入主洞中部(水位以上，约距底板15m)(见图1-2)。洞口部分待洞内施工完毕后，在洞外伪装保护下，完成开挖衬砌。6、地质条件：为整体性较好的Ⅰ、Ⅱ类花岗岩，最大抗压强度为140~150Mpa。不良地质对本工程影响不大。7、水电条件难以保证，需考虑自发电和海水淡化应用问题。8、工期紧迫，尽量快速施工。图1-2平面布置示意图1.2总体施工程序1.2.1总体施工程序安排原则1、工程准备工作尽量加快，各项保障工作提前准备就绪。2、以主洞施工为中心展开工作。3、多支洞(施工通道)同时进入主洞、多工作面平行作业，洞口段预留20m挡水段。4、主洞分三层开挖，先上层、后下层、最后开挖中层。5、支洞(盲洞)施工安排在中层开挖之前，上层开挖之后，与顶拱衬砌和下层开挖同时进行。6、洞内工作完成后，进行洞口段爆破。1.2.2施工总体程序安排施工总体程序安排见框图(图1-3)所示。图1-3施工总体程序框图1.3工程特点、主要技术难点及对策1.3.1工程的主要特点1、特殊的使用工艺。本工程为海军基地的重要军事工程，用途上不同于工业与民用工程，具有特殊性。主洞下部作为舰艇航道，航道两侧结构上设置码头面，有港口工程的特点。2、工程规模庞大。本工程为大跨度、高边墙的庞大地下洞室群，主洞支洞平行交错，结构体系复杂，结构尺寸上与水电站地下厂房类似。3、安全稳定性要求高。一方面施工期间要保证施工安全、杜绝质量事故；更重要的是使用运行阶段的安全稳定，确保万无一失。4、工期紧迫，施工强度高，施工组织复杂。5、花岗岩地质结构的特点。花岗岩具有强度高、渗透性小、抗风化等特点，但是岩体整体结构上的节理、裂隙的各种空间组合对于本工程的大跨度、高边墙结构可能产生不利影响。施工准备支洞初挖、形成进主洞通道主洞上层开挖支护主洞上层衬砌支洞扩挖其他盲洞施工主洞下层开挖支护主洞中层开挖支护洞口预留段爆破清除竣工1.3.2模拟工程的主要技术难点及对策经过认真分析,我们将本工程的主要技术难点和拟采取的对策整理如下:序号技术难点对策概要1如何保证在花岗岩地质条件下大跨度、高边墙洞室施工的安全稳定。可能存在的大量节理裂隙的各种空间组合以及结构弱面，在大跨度的拱部、直立的高边墙部位出现不稳定块体的机率很大，威胁洞室的安全稳定。1、实行信息化施工，积极配合设计部门不断优化方案。2、加强施工期地质工作。制定详尽的地质工作方案，利用TSP超前预报系统提前探测洞室围岩结构情况，施工中及时详细进行地质素描登录。3、建立完善的围岩量测监控系统，并及时反馈，及时调整施工参数。4、及时制定加固措施。针对部稳定块体，采用以锚固为主的支护方案，应用预应力锚固技术，确保安全稳定。2洞群结构复杂，平行交错，施工难度大。处理不当，可能产生应力集中，相邻洞室互相影响造成破坏。1、合理规划，科学选择开挖方式和开挖步骤。坚持“二先二后”的原则，即隧道施工先研究后开挖、不良地质地段先支护后开挖。开挖前利用计算机模拟开挖后围岩的变化情况，及时调整施工方案。2、加强监测工作，特别是开挖松动圈的监测工作。3工程规模大，施工强度高，工期紧迫。1、科学组织施工生产，多作业面同时施工，平行作业。2、合理配置先进高效的施工机具设备，实行大型机械化作业。3、选择合理的施工方案，在充分保障安全稳定的前提下，大断面开挖掘进，争取时间。4、各工序有效协调，支护、监测确保安全，以安全生产保障工程进度。5、根据工程特点，制定以出碴运输为核心的进度保障方案。456第二章施工进度计划2.1施工进度计划安排通过本工程的认真分析，我们初步拟定了总工期18个月的施工计划(见施工进度横道图)，确定以主洞为核心展开工作，其关键线路如下：施工准备→对外支洞初挖，形成进入主洞通道→主洞上层开挖支护→主洞顶拱衬砌→主洞中层开挖支护→洞口处理→工程竣工。2.2主要施工强度指标安排根据工程的特性和初步拟定的工期目标，结合我局的施工技术方案以及以往类似工程的施工经验排定施工强度指标。1、支洞初挖：以10m高断面，采用台车钻孔、高效无轨出碴，迅速挖通进入主洞通道，安排工期75天，单口月开挖量120~150m。2、主洞上层开挖支护：层高10m，采用台车钻孔、高效无轨出碴，分别从3条通道进入，安排工期75天，单口月开挖量150~180m。3、主洞顶拱衬砌：为主要控制工期项目。安排2台简易台车，分别从两端向中间衬砌。安排工期240天，每台月完成量40m。4、洞内支洞(盲洞)施工：与主洞顶拱衬砌同时进行。多工作面同时展开，安排工期180天。5、主洞下层开挖支护：与主洞顶拱衬砌同时进行。层高9m，采用台车钻孔、高效无轨出碴，分别从1#、2#支洞进入工作面，安排工期120天，单口月开挖量120~150m。6、主洞中层施工：层高10m，采用液压钻机施工，安排工期75天，月开挖量250~300m。2.3工期保证措施1、合理严密的施工组织。2、先进实用的技术管理。3、严格规范的质量管理。4、科学周密的进度管理。5、完善高效的资源保障。第三章开挖方案一、大型地下洞室施工方法概述(一)、概述大型地下洞室开挖方法主要根据洞室断面尺寸、围岩地质条件、施工机械设备状况及施工通道等因素确定。一般而言，在地质条件允许的情况下，充分大型机械设备的作业能力，采用大断面开挖尽量减少对围岩的爆破扰动次数，以利于围岩稳定。对地质条件差的大型地下洞室，通过增加分部数量，调整开挖顺序，减小支护闭和时间，控制围岩塑性变形，以保证洞室围岩稳定和施工安全。一般情况下，先开挖和衬砌顶拱(即顶拱支撑法)，当地质条件较差，围岩难以形成拱座时，为了减少开挖跨度以降低塌落高度，多采用核心支撑法，先开挖洞室两侧，浇注砼边墙，然后开挖、衬砌顶拱，再挖除洞室中间岩体。中间岩体开挖一般采用台阶法开挖，深孔梯段爆破，梯段高度一般为8~12米，顶拱部分多采用分部开挖，开挖高度和跨度视机械作业要求和地质条件而定，一般为6~8米。具体可分为：1、先开挖中部，然后两侧分部扩挖，一般在顶拱开挖完毕，再进行砼衬砌。2、先开挖两侧，然后扩挖中部。可分部进行砼衬砌，先衬砌两侧，后衬砌中间拱部。3、肋拱法。一次纵向开挖长度一般不超过5~10米，衬砌长度3~8米，即两端砼表面距岩面各留1米左右的空间，适应围岩地质件差的洞室。下部开挖一般可在上部开挖完成后，从上而下分层进行。如围岩地质条件较差，顶拱宜先进行砼衬砌，然后再开挖下部。对于下部有多层施工通道，为争取工期，也可上、下同时施工，留中间岩板最后开挖，但应注意保留岩板的稳定，开挖方法主要可分为：1、大直径钻机钻垂直或倾斜孔，梯段爆破开挖，适应于地质条件好的洞室。2、小直径钻机钻垂直或倾斜孔，小梯段爆破，或钻水平孔，分层向上抬炮开挖，适应于地质条件较差的洞室。3、核心支撑法，按砼衬砌厚度及立模和施工要求，先开挖宽度一般小于3.0~3.5米的侧导洞，并浇注砼边墙，适应于地质条件很差的洞室，一般顶拱在下部边墙砼浇注后开挖和砼衬砌。大型地下洞室开挖的关键部位一般有：①拱座开挖。②吊车梁(或其他集中受力部位)岩台开挖。③其他交通通道或洞室同大型地下洞室相交的交叉部位开挖。拱座和吊车梁岩台都是受力较大的部位，开挖应采用防震孔或预裂爆破减震，以免岩体遭到破坏。与大型地下洞室交叉的洞口岩体是岩体开挖后应力集中部位，除采取控制爆破外，还应及时进行支护，以防岩体急剧变形而被破坏。此外，确定开挖方法时，对于因地质变化而可能变更开挖方法要有预见性，做好通盘安排和准备，以尽量减少因工序转换时可能造成的不均衡生产情况的影响。对于地质构造变化较大地区的隧道所选用的开挖方法，要求适应性广泛些，较易改变开挖程序。(二)、工程实例以下是七个工程实例：1、某巨型原子能地下厂房，断面尺寸为42m×85m。先开挖5个导洞，宽10m，高7.5m。然后，通过导洞每隔16m进行横向通道开挖。用阿力马克爬罐开挖环向肋，向肋内的围岩大锚杆，锚杆长12~15m,直径32mm，在肋内设置钢筋式型钢，然后浇注砼。在横向通道内配置钢筋并浇注砼，以起到支撑肋的作用。最后对中间部分岩体进行分部开挖。2、拉克德略地下厂房，分上、下各一半开挖。开挖时采取两种措施：一种是从顶拱开挖至一半高度后，先浇6根1.4×3.0米的钢筋砼梁做边墙支撑，然后在梁支撑保护下，继续下挖至洞底；另一种是在上、下游各半之间预留5.0米厚岩板，在岩板下设临时砼支撑。当下部的砼工程完工后，再将岩板和临时砼支撑炸除。3、小浪底电站地下厂房。断面尺寸为250×26×52米(长×宽×高)，顶拱分五部分开挖，先开挖中部宽6米，两侧分别按5米扩挖。顶拱采用锚杆、喷砼预应力锚索支护，锚杆、喷砼支护紧跟开挖面进行。锚索在开挖16米宽后，与两侧扩挖工作面间隔一定距离进行。4、东风水电站地下厂房位于河床右岸山体内，主厂房尺寸为105.5×21.7×48米(长×宽×高)；主变压器及开关站兼尾水闸门廊道洞室尺寸为66×19.5×26.4米。主厂房动工开挖采用先开挖中部，然后向两侧扩展方式。5、南水水电站地下厂房埋深70~110米，宽×高×长为15.1×28.5×48.6米。地质情况为中、下泥盆系石英砂岩，地下水呈渗滴状态。施工采用先挖边墙，后挖顶拱，最后开挖厂房内部的施工方法。6、渔子溪二级水电站地下厂房宽×高×长为18×31.9×79.42米，地质情况为花岗闪长岩，裂隙块装结构。开挖后即进行衬砌顶拱。施工中为防止Fc-21与洞脸山坡面形成楔体失稳，顶拱部分采取边拱导洞，肋条跳块的开挖及衬砌方法。7、太平驿水电站地下厂房埋深170~220米，宽×高×长为14×60×66米。地质情况为花岗岩、闪长岩，岩石抗压强度194Mpa，地应力较高，最大主应力为31.3Mpa。厂房在F28、F3、F27三条断层围限的棱形体中，岩石为裂隙快体结构，块度小，但嵌合紧密，地下水不丰。施工中先拱后墙，自上而下开挖，光面爆破。顶拱挖完后，即行衬砌拱圈。国内部分地下洞室开挖循环时间表单位：min项目鲁布革引水隧洞隔河岩导流隧洞紧水滩导流隧洞上台阶天生桥引水隧洞上台阶下台阶开挖断面(m2)68.82279167~273钻孔深度(m)3.35.05.03.63.3测量放样3230钻孔124410420480装药爆破80150240210通风17303030撬顶2230出碴146190300630临时支护总循环时间4209609601350960国内、国外部分地下厂房施工情况表国家工程名称断面尺寸长×宽×高(m×m×m)开挖方量(万m3)厂房面积(m2)开挖工期(月)开挖强度(万m3/月)加拿大邱吉尔瀑布300×25×50457500153.0日本天山抽水蓄能89×24×487.2243080.9日本喜撰山60×26×477.51560210.36加拿大拉格朗德483×26×4827460*4.58加拿大买加236×25×44745780164.4加拿大马尼克三级扩建177×23×383040744.1原苏联上杜鲁姆86×18×381505250.23中国白山122×25×5472.569*中国四川垄嘴106×25×5557*中国鲁布革125×18×397.77210.37中国