水利工程施工——地下建筑工程

第六章地下建筑工程

教学目的和要求：地下工程有许多自身特点。要求学生了解地下工程施工的基本特点，掌握必要的洞室开挖、衬砌施工、锚喷支护等主要工程施工。

重点与难点：1.洞室开挖，地下工程施工程序

2.衬砌施工、锚喷支护等

教具与参考：1.水利施工图片

2.[1]梁炯均. 锚固与注浆手册. 北京：中国电力出版社，1999

[2]杨康宁主编. 水利水电工程施工技术.北京：中国水利水电出

版社，1995

[3]张正宇主编. 现代水利水电工程爆破. 北京：中国水利水电

出版社，2003

主要教学方法：讲解法演示法

地下建筑工程施工，受地质、水文地质、建筑物型式及施工条件的影响较大，其施工方法与露天作业有很大的差别，因而往往是整个枢

纽工程中控制施工进度的工程项目。

本章主要结合平洞的施工，介绍地下建筑工程施工中的几个主要问题，如洞室开挖、衬砌施工和喷锚支护。

第一节地下建筑工程的施工程序

教学目的和要求：介绍地下工程的施工程序，要求学生掌握不同工程的开挖方法。

熟悉相应的开挖机械

重点与难点：平洞和地下厂房的开挖施工

教具与参考：工程图片

主要教学方法：讲授法启迪法

地下建筑工程，按其工作性质可分为过水的和不过水的两大类；常见的型式有平洞、斜洞和竖井，大型洞室。

一、平洞的施工程序

平洞施工方法有二种，即常用的钻眼爆破法及全断面掘进法（TBM法）。本章重点介绍钻眼爆破法施工，其主要施工工序是钻孔、装药、爆破、通风散烟、清撬、出碴、检查及测量放线，在地质条件较差地段，应增加锚杆支护、混凝土衬砌、灌浆等工序，同时还需进行排水、照明、供水、供电、供风等辅助工作，保证平洞施工的顺利进行。因此，钻爆法施工有以下几个特点：

1、施工作业空间狭小，工序多，交叉作业多，施工干扰大。在长隧洞施工

中，由于施工进度的要求，还需开挖施工支洞以增加工作面，增加了工程造价。

2、洞线地质条件直接决定平洞的施工方法。岩石是成洞开挖的对象，又是

成洞后支护的对象，在施工中应充分了解洞周的围岩性质，根据不同围岩类别，采取不同的开挖方法和支护措施，发挥围岩的自承稳定能力，加快施工进度，节省工程造价。

3、平洞施工基本上不受外界气候影响，但施工条件差，粉尘及有害气体不

易排出，因此，在施工中必须严格遵守安全操作规程，制定相应的安全技术措施，确保施工人员生命安全。

二、平洞的开挖程序

平洞开挖的基本要求是：开挖断面尺寸必须符合设计要求，尽可能减少超欠挖；控制装药量，尽量减小对洞周围岩的破坏，以提高围岩的自稳能力，同时使爆落的岩块大小适度，以便于出碴；合理布置炮孔位置、炮孔数量和炮孔深度，以提高爆破效果，加快施工进度，降低工程造价。因此，必须根据洞线地质条件，平洞型式和断面尺寸、施工条件及施工机械设备，选择合理的平洞开挖方法。

1、全断面开挖法

图6-1 全断面开挖方法（单位m）

ⅠⅡⅢⅣ—开挖及衬砌程序

全断面开挖是指平洞的设计断面一次性钻孔爆破成型。平洞的衬砌或支护，可在全洞贯通后进行，也可在掘进相当距离后进行。当地质条件较好，围岩坚固稳定，不需要临时支护或仅需局部支护的大小断面平洞中，又有完善的机械设备，均可采用全断面开挖方法，如图6-1所示。全断面开挖的特点是，洞内工作面较大，有利于机械化施工。例如云南省鲁布革水电站引水隧洞，开挖直径8.8 m，围岩稳定性好，采用全断面开挖，月进尺243.7m，日平均进尺9.36m，最高日进尺14.6m，最高月进尺曾达到357m。

图6-2 全断面台阶法掘进示意图

Ⅰ—上台阶；Ⅱ—下台阶

1—上台阶钻孔；2—扒落石碴；3—出碴后再钻孔

当缺乏大型施工机械设备而无法进行全断面开挖时，可采用断面分层开挖方法。即将工作面分为上下两层，上层超前2~4m，上下层同时爆破的掘进方法。如图6-2所示。具体施工顺序是爆破散烟及安全检查后，清理上层台阶的石碴，进行上层工作面的钻孔，同时出碴，清碴后下层工作面钻孔，钻孔完成后，上下层炮孔同时装药，一起爆破，保持上下工作面掘进深度一致。

2、导洞开挖法

导洞开挖法就是在平洞中先开挖一个小断面的洞作为先导，称为导洞，然后扩大至整个设计断面，根据导洞与扩大开挖的次序可分为导洞专进法和导洞并进法。导洞专进法是待导洞全线贯通后再开挖扩大部分；导洞并进法是待导洞开挖一定距离（一般为10~15m ）后，导洞与扩大部分的开挖同时前进。根据导洞在整个断面中的不同位置，可分为上导洞、下导洞、中导洞、双侧导洞等开挖方法。

（1）导洞开挖法导洞布置在断面下部中央，开挖后向上向两侧底部扩大至全断面。其施工顺序是，先开挖下导洞，并架设漏斗棚架，然后向上拉槽至拱顶，再由拱部两侧向下开挖。上部岩碴可经漏斗棚架装车出碴，所以又称为漏斗棚架法，如图6-3所示。其优点是出渣线路不必转移，排水容易，工序之间施工干扰小。但遇地质条件较差时，施工不够安全。适用于基本稳

定围岩中的大断面隧洞或机械化程度较低的中小断面平洞。

（2）上导洞开挖法

导洞布置在断面顶拱中央，开挖后由两侧向下扩大的开挖方法。其施

工顺序如图6-4所示。即先开挖顶拱中部，再向两侧扩拱，及时衬砌顶拱，然后再转向下部开挖衬砌。此法适用于稳定性差或不稳定围岩的平洞。其优点是：先开挖顶拱，可及时作好顶拱衬砌，下部施工在拱圈保护下进行，比较安全。缺点是需重复铺设风、水管道及出碴线路，排水困难，施工干扰大，衬砌整体性差。尤其是下部开挖时影响拱圈稳定，所以下部岩体开挖时常采用马口开挖法。如图6-5所示。其原理是使拱圈不是由岩体承担，就是由衬砌后的边墙承担。

图6-4 紧水滩水电站 图6-5 马口开挖顺序

右岸导流隧洞的开挖 （a ）对开马口；（b ）错开马口

1—上导洞；1、2、3、4、6—开挖顺序； 1—拱圈中心线；2—隧洞中心线

Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ—衬砌顺序 ①~②—开挖顺序