第9章施工支洞、引水隧洞及压力管道土石方开挖及支护

83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4.15m×3.90m～5.3m×5.2m（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4.2m×4.2m（宽×高，城门洞型）。本次招标隧洞范围为引水隧洞桩号Y+1250～Y+9650.047段以及桩号G+000～G+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(Ф25,L＝3m,)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(φ25,L＝3m)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Ⅱ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Ⅲ-Ⅳ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84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1m×1.8m，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进行衬砌，计划分段长度在12~15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10~12m考虑，施工时采取由下向上的施工方法进行施工。85工程总体施工程序如下框图所示：施工准备临时道路修建施工支洞洞脸明挖及支护施工支洞洞挖1#施工支洞左右2个工作面洞挖施工2#施工支洞左右2个工作面洞挖施工3#施工支洞左右2个工作面洞挖施工4#施工支洞左右2个工作面洞挖施工5#施工支洞左右2个工作面洞挖施工6#施工支洞左右2个工作面洞挖施工1#施工支洞左右2个工作面砼衬砌施工2#施工支洞左右2个工作面砼衬砌施工3#施工支洞左右2个工作面砼衬砌施工4#施工支洞右侧工作面压力管道制作安装及混凝土施工4#施工支洞左侧工作面混凝土衬砌施工5#施工支洞右侧工作面压力管道制作安装及混凝土施工5#施工支洞左侧工作面压力管道制作安装及混凝土施工5#施工支洞右侧工作面压力管道制作安装及混凝土施工5#施工支洞左侧工作面压力管道制作安装及混凝土施工施工支洞封堵清理、竣工、验收灌浆工程86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：下水平段支洞施工下水平段开挖出渣设备安装及准备工作导井开挖斜井扩大开挖导轨支墩及导轨安装斜井钢管安装钢管分段安装及砼分段回填斜井钢管混凝土回填灌浆工程清理验收及下水平段施工施工支洞堵塞上水平段支洞施工上水平段及上弯段开挖人行道及钻机等升降设施下弯段钢管安装及砼回填上弯段钢管安装及砼回填上弯段灌浆工程清理验收及上水平段施工支洞堵塞施工准备工作支洞施工洞口施工全断面开挖衬砌施工灌浆工程清理及验收支洞堵塞87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+1250～Y+3032.752#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+3032.75～Y+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+4380.5～Y+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+5561.55～Y+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+6922.6～Y+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+8100.35～Y+9518.14#支洞右侧工作面Y+9518.1～G+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+279～G+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+0434～G+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+840～G+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+1260.20～G+1428.353引水隧道段的开挖主要采用Rocketboomer281单臂液压凿岩台车（总功率63kw，爬坡能力1∶4，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。88施工支洞、施工道路及弃渣场平面布置示意图施工支洞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894.0m，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+1250～Y+9650.047、G+000～G+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》。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㈠施工用风量计算最大值以5#施工支洞为例：321KKNqKQ式中Q——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36.46m3/min。拟在本标段的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：321KKNqKQ式中Q——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28.52m3/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。㈡风管直径选择根据开挖作业用风量、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90mKvVpp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