水利工程地下建筑工程
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第六章地下建筑工程
本章主要结合平洞的施工,介绍地下建筑工程施工中的洞室开挖、衬砌施工和喷锚支护等主要问题。
第一节地下建筑工程的施工程序
施工程序问题涉及到整个地下建筑物施工的全过程,要求在总体规划的基础上,安排各部位、各工种的先后施工顺序,以保证均衡、连续、有节奏地完成各项作业。
一、平洞的施工程序
开挖和衬砌(支护)是平洞施工的两个主要施工过程。处理好平洞开挖与临时支撑、平洞开挖与衬砌或支护的关系,以便各项工作在狭小的工作面上有条不紊地进行。
(一)平洞施工工作面
工作面的数目可按下式进行估算。
(6-1)
式中:[T]—平洞施工的限定工期,月;
L —平洞的全长,m;
N —工作面的数目;
V—平洞施工的综合进度指标,m/月;
lmax—施工支洞(或竖井)的最大长度(或高度),m;
v—施工支洞(或竖井)的综合进度指标,m/月。
(二)平洞的开挖程序
平洞开挖有全断面开挖、断面分部开挖和导洞开挖等方法。
(1)全断面开挖
全断面开挖是将平洞整个断面一次开挖成洞。衬砌或支护施工,须待全洞贯通以后或掘进相当距离以后进行,并视围岩开挖后允许暴露时间和总的施工安排而定。
全断面开挖一般适用于围岩坚固稳定,对应f≥8~10,有大型开挖衬砌设备的情况。目前国内外的全断面开挖高度一般为8~10m,主要由使用的多臂钻凿岩机或全断面掘进机的工作高度(直径)控制。采用全断面开挖方法,洞内工作场面比较大,施工组织因工作面宽而比较容易安排,施工干扰也较易解决,有利于提高平洞施工速度。
(2)断面分部开挖
断面分部开挖是将整个断面分成若干层(通常为二层或三层),分层开挖推进,分部开挖适用于围岩较差、洞径过大的平洞开挖。
如果围岩比较稳定,洞线又不太长,可先分部开挖掘进,贯通以后再进行衬砌;在地质条件较差,围岩允许暴露时间不宜过久条件下,可以采用上部开挖一段以后,将顶拱衬砌支护好,再进行下部开挖,以策安全。
分部开挖的主要优点是不一定需要大型设备,就能进行大断面洞室的开挖,比较机动灵活,能适应地质条件的变化。采用分部开挖、分部衬砌支护的措施,使施工组织比较复杂,施工速度受到影响。
断面分部开挖从开挖形态上通常分为台阶法开挖和导洞法开挖。
(三)平洞衬砌或支护施工
平洞开挖以后,除地质条件特别好,一般都要进行衬砌或支护。
若地质和设备条件允许,应尽量减少断面衬砌的分缝分块数目。
断面衬砌的顺序,常见的有自下而上、自上而下两种方式。前者先衬砌底拱(底板),后衬砌边拱(边墙)、顶拱,或边顶拱一次衬砌;后者先衬砌顶拱,在顶拱防护下衬砌边拱(边墙)、底拱(底板)。自下而上衬砌多用于地质条件较好的场合,自上而下衬砌适合于围岩自承能力较差的情况。
一般说来,当平洞沿线地质条件较好,断面不大,洞线不长时,多采用一次开挖或分部开挖成洞,然后进行衬砌支护的方式。如果开挖时遇到局部危岩,可用锚杆、挂网、喷混凝土或其它措施如木支架进行临时支撑。对于围岩较差的平洞,通常是按先拱后墙,先分部开挖拱部,随即在拱部断面中修筑拱圈,然后在拱圈的防护下开挖中部断面,修筑(边墙)和底拱(底板)。
三、地下厂房的施工程序
上世纪70年代以前,大断面地下厂房开挖多采取多导洞分层施工方法。自从鲁布革水电站地下厂房开始,大都采用喷锚支护技术、岩锚吊车梁结构和大型施工机械,简化了分部开挖程序,加快了施工进度。
地下厂房施工时通常可分为顶拱、主体和交叉洞等三大部分。
在松散破碎的不良地层中施工时,宜采用插钎、插板、喷锚支护或预灌浆等方法,先加固以后,再分部开挖,分部衬砌,并注意尽量减少对岩体的扰动。
四、竖井和斜井的施工程序
水利水电工程中的竖井和斜井包括调压井、闸门井、出线井、通风井、压力管道和运输井等。
1.竖井
竖井施工有全断面法和导井法。
(1)全断面法竖井的全断面施工方法一般按照自上而下的程序进行,该法施工程序简单,但施工时要注意:①做好竖井锁口,确保井口稳定;②起重提升设备应有专门设计,确保人员、设备和石渣等的安全提升;③涌水和淋水地段要做好井内外防水排水设施;④围岩稳定性较差或在不良地层中修筑竖井,宜开挖一段衬砌一段,或采用预灌浆方法加固后再进行开挖、衬砌;⑤井壁有不利的节理裂隙组合时,要及时进行锚固。
(2)导井法导井法施工是在竖井的中部先开挖导井,其断面一般为4~5m2,然后再扩大开挖。扩大开挖时的石碴,经导井落入井底,由井底水平通道运出洞外,以减轻出碴的工作量。
2.斜井
斜井是指倾角为6o~48o的斜洞。倾角小于6o的洞室,其施工条件与平洞相近,可按平洞的方法施工;倾角大于48o的洞室,施工条件与竖井相近,可按竖井的要求考虑
第二节钻孔爆破法开挖
地下建筑物开挖,目前广泛采用钻孔爆破法.
一、钻孔爆破设计
钻爆设计的主要任务是:
①确定开挖断面的炮孔布置,包括各类炮孔的位置、深度及方向;
②确定各类炮孔的装药量、装药结构及堵孔方式;
③确定各类炮孔的起爆方法和起爆顺序。
1.炮孔类型
开挖断面上的炮孔,按作用的不同,分为:
①淘槽孔;②崩落孔;③周边孔。
2.炮孔数目
初步计算常用公式为:
式中:N——一次掘进循环中开挖面上的炮孔总数;
Q——一次爆破的炸药用量,kg;
γ——单个炮孔每米装药量,kg/m;
d——药卷直径,cm;
Δ——炸药容重,kg/cm3
k——装药压紧系数,通常对硝铵炸药k=0.1,对硝化甘油炸药k=1.2;
α——炮孔的装药系数;
W——炮孔深度,m;
K——单位耗药量,kg/m3
S——开挖断面面积,㎡。
3.炮孔深度
炮孔深度的确定,主要与开挖断面的尺寸、掏槽型式、岩层性质、钻机型式、自有面数目和循环作业时间的分配等因素有关。
合理的炮孔深度,能提高爆破效果,降低开挖费用和加快掘进速度。二、钻孔爆破开挖轮廓的控制