地下工程施工技术

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▪ 在地下空间的开发利用中,我国走在前列的当属铁道和水电 两大行业。
地下工程发展概况
1.1 交通隧道与城市地下工程发展概况
▪ 我国是拥有地下工程数量最多的国家,具有悠久 的历史。在古代,人们挖掘窑洞来居住,这是最 早的地下工程。
▪ 根据考古研究发现,具有一定工程规模的地下工 程,应是长沙的楚墓、洛阳的汉墓、北京昌坪的 定陵等;第一座用于交通的铁路隧道是1887— 1889年修建在我国台湾,从基隆到台南的窄轨 (1067mm)铁路线上,长261m的师球岭隧道。 1907年我国杰出的工程师詹天佑先生,主持修建 了第一座由中国人自己设计和施工的现代隧道— —八达岭铁路隧道,长1091m。
高,设备配置要配套,注重整体实效。 7. 施工方法:在实践中不断改进和创新。 8. 施工组织管理:程式化与信息化。
主要内容
地下工程施工技术
➢ 地下工程发展概况 ➢ 地下工程施工技术发展现状 ➢ 地下工程施工的主要特点 ➢ 地下洞室群施工的关键技术 ➢ 四川大学开发地下洞室群施工仿真系统
(UCCSS)的主要特点
地下工程发展概况
1 地下工程发展概况
▪ 不同的“建筑世纪”代表了不同的社会发展水平,19世纪是 桥梁的世纪,20世纪是高层建筑的世纪,21世纪则是地下 空间的世纪。
地下工程施工的主要特点
3 地下工程施工的主要特点
地下建筑物由于布置在地下,无论在开挖、 支护、衬砌和施工组织等方面,都与地面露天 作业有很大的差别。
随着我国地下工程的大规模建设发展,地 下工程施工技术也呈现出新的特点,在总结前 辈、同行研究成果基础上,结合近年的研究与 实践,个人认为地下洞室群施工特点主要表现 在以下几个方面:
在建的雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞隧道掘进机 (TBM)掘进段直径12.4m、洞身长约16.7km,4 个上游调压井,开挖直径达28m,井深136.8m。
我国水电工程地下建筑物的发展趋势
地质条件比较复杂
受印度板块与亚欧板块的反复撞击作用,我国水能资源分 布集中的青藏高原及其次区域,大地构造环境比较复杂,不少 电源点处于大断裂带附近甚至为断裂带所夹持的地块中。同时, 受河流长期下切临空,岸坡卸荷等,两岸高陡山体的地质条件 往往也比较复杂。
施工过程动态、静态监测系统,地 质超前预报以及监测信息反馈分析技术 等为施工安全和运营安全提供了重要的 技术支持。遗憾的是采掘业透水、中毒 等事件还比较频繁。
地下工程施工技术发展现状
2.7 取得了较为丰富的
不良地质条件下施工经验
在不良地质条件下修建隧道方面,已经积累丰富的工程经验 和科技成果。如在青藏铁路的修建中,解决了在海拔4000m,40℃的高寒地区修建隧道的问题;在渝怀铁路的修建中,克服了 大涌水的困难,修建了圆梁山隧道;1996年建成的南昆铁路家竹 箐隧道,解决了高瓦斯、高地应力、大涌水三位一体的难题,填 补了我国在高瓦斯、高地应力隧道施工技术的空白。这些充分说 明我国能够在各种不良地质条件下修建隧道。
▪ 时至今日,人口爆炸、土地退化、资源短缺、环境脆弱等诸 多问题,使人类赖以生存和发展的地球表面不堪重负。
▪ 这种日趋严峻的态势,已引起广泛重视,世界各国除采取政 治、经济措施以保护现有的生存空间外,日益重视地下空间 的开发利用,并把地下空间当成一种新型国土资源,称之为 地下产业。例:庞大的城市排水地下工程、海底隧道工程。
地下工程施工技术发展现状
2.2 在规模方面实现了一系列的新突破
开挖跨度与高度方面,已完工的二滩、龙滩等跨度30m、 高度65m以上的地下厂房工程主要参数见下表:
目前,位居世界第一的开挖跨度33.4m、高87.5m的 金沙江向家坝地下厂房已于2009年5月完成开挖与支护。
地下工程施工技术发展现状
水利水电地下工程发展概况
水电站厂房地下式布置值得关注的问题
1. 渗流控制措施引起投资的增加。 2. 通风与照明增加运营成本。 3. 施工安全及支护加固需要增加投资。 4. 施工交通运输布置与施工顺序直接影响施工工期。 5. 高地应力、大流量渗(涌或突)水、岩体结构软
弱破碎、地层含(如瓦斯、H2S等)有害气体等不 良地质条件下的安全施工问题比较突出。
地下工程施工技术发展现状
2.2 在规模方面实现了一系列的新突破
▪ 长隧洞方面,长21km乌鞘岭铁路隧道和长18.1km秦岭终南 山公路隧道已相继完建。目前,综合规模位居世界第一的雅 砻江锦屏二级水电站引水隧洞已开工建设。
▪ 大断面隧洞方面,已相继完建二滩、三峡右岸、龙滩、小湾、 拉西瓦、瀑布沟等开挖断面积大于500m2的水电站尾水洞工 程。开挖断面积位居世界第一的宽×高=24.3×38.15m的向 家坝水电站尾水隧洞正在施工。
数值仿真技术(如三维有限元)为地下工 程结构与施工安全以及运营安全评价提供了重 要的技术支持;
施工仿真系统为地下工程施工Baidu Nhomakorabea案优化决 策提供了技术支持;
工程管理系统、财务结算系统、质量与安 全监控系统等为地下工程高效、优质、经济地 建设作出重要的贡献。
地下工程施工技术发展现状
2.6 监控量测技术为施工安全和运营 安全提供了重要的技术支持
地下工程发展概况
1.3 我国水电工程地下建筑物的 发展趋势
工程规模巨大 地质条件比较复杂 施工进度快
工程规模巨大
我国水电工程地下建筑物的发展趋势
从工程规模上看,总的趋势是长、大、高、多,即 洞身长、跨度大以及直径大或断面大、边墙高、洞 室多。如:
在建的金沙江向家坝水电站右岸地下厂房工程长×宽 ×高=255.4×33.4×87.5m,引水隧洞开挖直径达 16.3m,尾水隧洞开挖断面宽×高=24.3×38.15m, 开挖跨度、高度、引水洞直径、尾水洞断面均居世界 第一位。
四川大学与中国水利水电第五工程局联合研究的不良地质条 件下大型调压井工程关键施工技术在开挖直径达31.4m、深 117.7m、上部55m岩体98%为Ⅳ类或Ⅴ类围岩(水电行业分类 标准)的四川福堂水电站调压井工程中应用,在保证了施工安全 前提下,使开挖工期由原规划的18个月缩短到12个月。
从某种意义上可以说,我国地下工程施工技术水平已步入世 界先进行业。
锦屏一级水电站地下厂房围岩具有高地应力低强度的特点。 锦屏二级水电站引水隧洞存在埋深大(最大埋深约2520m)、 高压大流量涌突水,上游调压井群地层含H2S有害气体等复杂 地质条件金沙江向家坝地下厂房处于软硬相间的砂岩中,开挖 成型控制难度比较大。随着开挖高度的增加,存在岩体蠕变的 可能。大渡河瀑布沟水电站地下厂房围岩地应力高,开挖过程 中已几次发生岩爆。
地下工程施工技术发展现状
2.1 先进的管理理念与组织模式
80年代,我国水利水电行业第一个国际招 标工程—鲁布革水电站地下引水发电系统工程 引进的日本大成公司在引水洞某标段的施工中 所带来的先进管理理念与组织模式,给我们上 了生动的一课。
那时,我们以数倍于大成公司的人力资源 配置,施工进度却不足其一半;今天,即便使 用自制简易的钻爆工架,在锦屏辅助洞施工中 也创造了月进尺300m的施工新记录。
▪ 我国部分采用地下厂房的在建及待建水电站见下 表。
水利水电地下工程发展概况
表2 我国部分采用地下 厂房的在建及待建水电

水利水电地下工程发展概况
水电站厂房地下式布置的主要优点是:
1. 为枢纽其他建筑物布置留出空间。 2. 充分利用围岩的承载能力。 3. 施工基本不受气候的影响。 4. 运行期不受滑坡、泥石流等山地灾害的影响。 5. 明挖工程量相对较少,有利于水土和环境保护。 6. 可为工程提供质量较优的石料。 7. 运营期免受雾化等影响。 8. 与挡水、泄水等其他工程施工干扰较小。 9. 运营环境温差变幅较小。 10. 具有较好的抗震与隐蔽性。
地下工程施工的主要特点
3 地下工程施工的主要特点
1. 施工组织:系统多工作面、立体多层次、平面多工序。 2. 施工交通运输布置:立面多层次、平面多方向、立体
交汇多环路。 3. 施工程序:化高为低、化大为小、化长为短。 4. 施工通风:减少排放、机械通风与自然通风相结合、
实时监控。 5. 施工排水:采用隔、堵、排及其组合措施。 6. 施工机械设备:大型高效施工设备国产化水平不断提
地下工程发展概况
1.1 交通隧道与城市地下工程发展概况
▪ 改革开放以来,伴随我国经济的腾飞,地下工程施 工技术有了飞跃,地下工程的建设得到大规模的发 展。据有关统计数据,至2002年底,我国共修建铁 路隧道5711座,总长达2833km,公路隧道2700余 座,总长达704km;北京、上海、天津、广州、南 京、深圳相继建成了超过100km的地下铁道,目前 还有超过25个城市拟建设地下铁道;近年来采用沉 管法修建的穿越珠江、甬江、长江的隧道。极大地 提高了我国修建水下隧道的技术水平。
2.3 大型高效施工机械为地下工程 施工提供了条件保障
多臂钻、潜孔钻、自动装药车、盾构 机、TBM掘进机等大型高效施工机械,为 地下工程安全、快速施工提供了条件保障。
多臂钻钻孔
CTQ160潜孔钻 车
460PC 潜孔钻车 施工现场
盾构机
TBM掘进机
Tunnel Boring Machines
地下工程施工技术发展现状
▪ 大直径竖井方面,2003年12月四川福堂水电站调压井完工, 实现开敞式竖井开挖直径30.0m突破之后,开挖直径36.0m 的四川吉渔水电站调压井已于2006年完工。埋藏式竖井继 最大开挖直径37.0m的澜沧江糯扎渡水电站尾水调压井之后, 开挖直径28.0m、深136.8m的锦屏二级水电站上游调压井 群(4个)已开工建设。
2.4 打破行业局限、 优势互补的格局初步形成
较早前,四川太平驿水电站长引水隧洞 施工中铁道行业与水电行业就已联合。
近期,在具有世界级规模和难度的雅砻 江锦屏二水电站引水隧洞工程已由铁道行业 与水电行业组建的联营体中标建设。
地下工程施工技术发展现状
2.5 计算机仿真等技术的应用 信息化施工水平不断提高
▪ 我国部分采用地下厂房的已建装机容量大于 100MW的水电站见下表。
水利水电地下工程发展概况
我国部分采用地下厂房的已建装 机容量大于100MW的水电站
水利水电地下工程发展概况
▪ 据统计,目前我国水电开发的主要河流大渡河、 雅砻江、金沙江中上游在建及待建的水电站厂房 80%以上为地下式布置。大渡河龚嘴以上目前 规划梯级电站中仅深溪沟水电站厂房为地面式, 雅砻江卡拉至官地河段的梯级电站全部为地下厂 房,金沙江向家坝至乌东德4个梯级电站全部为 地下厂房。
施工进度快
我国水电工程地下建筑物的发展趋势
随着现代大型施工机械设备的问世,施工 技术水平的提高,以及施工技术与组织管理科 技成果的广泛应用,我国水利水电地下工程施 工进度明显加快。如:
长×宽×高=294.1×30.7×70.175m的瀑 布沟水电站地下厂房创造了开挖支护工期仅为 24个月的国内施工记录。
地下工程施工技术发展现状
地下工程施工技术发展现状
1. 先进的管理理念与组织模式 2. 在规模方面实现了一系列的新突破 3. 大型高效施工机械为地下工程施工提供了条件保障 4. 打破行业局限、优势互补的格局初步形成 5. 计算机仿真等技术的应用,信息化施工水平不断提高 6. 监控量测技术为施工安全和运营安全提供了重要的技术支持 7. 取得了较为丰富的不良地质条件下施工经验
地下工程施工技术发展现状
2 地下工程施工技术发展现状
水电站地下工程方面,继加拿大邱吉尔瀑 布水电站地下厂房、巴西和委内瑞拉伊泰普水 电站地下厂房之后,大型工程建设的报道较少。 国外交通隧道施工水平一直处于领先地位。
地下工程施工技术的发展是和国家经济发 展相关的。随着我国经济的持续快速发展,地 下工程施工技术也取得了长足的进步。
▪ 目前我国已具有修建各种地质条件下的地下工程的 能力,在许多方面已达到世界先进水平。
地下工程发展概况
1.2 水利水电地下工程发展概况
▪ 水电站地下厂房是结构最复杂、规模最庞大 的洞挖工程。
▪ 我国水能资源分布集中的西南地区,地形地 质条件比较复杂,不少电源开发点多具有山 高谷深的地形特点。受地形以及枢纽布置约 束,不少发电厂房采用地下式。
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