竖井、水平隧洞开挖施工方案
XXXX水电站工程
竖井、水平隧洞开挖施工专项方案
中国XXXX集团XXXX股份有限公司
XXXXX水电站工程经理部
2020年10月10日
目录
1、编制依据 (3)
2、编制原则 (3)
3、工程概况 (3)
4、施工计划 (4)
4.1、施工进度计划 (4)
4.2、主要设备计划 (5)
4.3、材料计划 (5)
5、施工工艺技术 (6)
5.1、平洞施工 (7)
5.2、竖井施工 (10)
5.3、竖井、平洞爆破设计 (17)
5.4、通风降尘 (21)
5.5、出渣 (22)
5.6、喷锚支护 (22)
5.7、洞口支护、开挖 (23)
5.8、管道安装 (23)
6、施工安全保证措施 (27)
6.1、组织保障措施 (27)
6.2、技术措施 (27)
6.3、钻爆、清渣安全措施 (28)
6.4、吊运安全措施 (28)
6.5、竖井施工安全管理措施 (28)
6.6、井口提升设备安全要求 (29)
7、施工管理及作业人员配备和分工 (29)
8、验收要求 (30)
9、应急处理措施 (30)
9.1、体系建设 (30)
9.2、雨季施工措施 (30)
10、计算书及相关施工图纸 (30)
10.1、竖井、平洞相关机具设计参数： (30)
水电站工程输水隧洞施工专项方案
1、编制依据
（1）XXX水电站相关设计图纸输水隧洞工程施工设计图；
（2）国家及部门现行的有关施工技术规范与标准；
（3）现场的实际勘察情况；
2、编制原则
（1）确保质量、安全，争创优质工程，严格执行招标文件，确保工期的总体要求编制施工组织设计。
（2）施工总体布置在满足施工、确保质量、安全的前提下，布置合理紧凑，遵照环保法规和规范要求，做好环境保护和文明施工。
（3）尊重设计，服从监理，科学组织，合理安排，严格按照招标文件和有关规程、规范施工，采用成熟的新工艺、新技术，确保质量，降低造价，力求均衡生产，充分发挥机械效力，安全、优质、高效、全面完成本工程的施工任务。
（4）实行严格的质量、安全控制，制定质量保证措施和安全保证措施，在业主的领导下，形成文明施工的良好环境。
3、工程概况
竖井位于输水隧洞H1+141.305位置，两段设置R7500mm的竖弯管连接相邻管道，上平管中心高程为207.00，下平管中心高程为99.88，竖井长107.12m，断面直径3.8m，断面面积11.34m2。该段基岩为弱风化玄武岩，气孔较发育。以较硬岩为主，少量较软岩。围岩类别以Ⅲ类为主，局部气孔及裂隙密集发育地段为Ⅳ类。
支护结构：对Ⅲ围岩拱顶采用系统锚杆加喷混凝土支护；对Ⅳ类围岩采
用系统锚杆加钢筋网，并及时喷混凝土封闭。
洞身中Ⅲ围岩采用L=2m，Ф25锚杆，间距2m梅花形布设加固支护，Ⅳ类围岩采用L=2m，Ф25锚杆，间距1.5m梅花形布设，并加设?10@250*250钢筋网，喷射C25混凝土100mm厚加固支护。
工程数量表
水平隧洞位于H1+141.305-H1+238.802段，该段基岩为弱风化玄武岩，气孔较发育。以较硬岩为主，少量较软岩。围岩类别以Ⅲ类为主，局部气孔及裂隙密集发育地段为Ⅳ类。
支护结构：洞身中Ⅲ类围岩根据地质情况设置砂浆锚杆，锚杆采用L=2m 或L=3m，Ф25锚杆，间距1m或2m梅花形布设，加设?10@250*250钢筋网，喷射C25混凝土100mm厚加固支护。
Ⅳ类围岩设置砂浆锚杆，锚杆采用L=2m或L=3m，Ф25锚杆，间距1m、1.5m、2m梅花形布设，加设?10@250*250钢筋网，喷射C25混凝土100mm或150mm厚加固支护。
4、施工计划
4.1、施工进度计划
4.2、主要设备计划
4.3、材料计划
5、施工工艺技术
竖井、平洞施工工艺流程
整体顺序为：先施工平洞至竖井位置，然后使用反井钻机施工竖向导洞并扩孔，人工从井口扩孔至设计结构尺寸（边开挖边支护）。各阶段施工示意详见下图
第一阶段，下平段开挖施工第二阶段，反井钻机导洞施工
第三阶段，反井钻机扩孔施工第四阶段，人工扩挖施工5.1、平洞施工
5.1.1、断面结构形式如下：
水平隧洞采用全断面法一次性开挖，配4台YT-28气腿钻钻孔，L=2.5m ，?22中空六角钢钎，?40一字形钻头。火工品采用岩石防水乳化炸药以及毫秒差电导爆管起爆。
作
业平台水平隧洞待开挖区
竖井
水平隧洞由外向内开挖
水平主洞
9m
1.6m
1.9m
3.9m
1.4m
四轮农用车
扒渣机
水平隧洞由内向外出渣
水平主洞
9m
1.6m
1.9m
3.9m
1.4m
四轮农用车
扒渣机
竖
井位置
水平隧洞开挖至竖井位置
主洞
右岔洞左岔
洞
水平左、右岔洞开挖贯通
开挖方式采用钻爆法，平洞段出渣由扒渣机装渣至四轮农用车运送洞外出渣。
扒渣机外形尺寸（工作状态）：长9.2m、宽1.7m、高、2.3m
四轮农用车（柴油）：长3.9m、头高1.9m
平洞段内搭设简易支架以可拆卸活动支架为主，搭设高度一层（2m），主要用于施工锚杆及Ⅳ、Ⅴ围岩的挂网喷锚。
由于隧洞围岩类别不同，因此开挖根据施工实际情况确定开挖进尺。隧洞口及不良地质段，采用短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤测量的思想指导施工。
5.2、竖井施工
5.2.1、反井钻机钻进导孔施工工艺及过程
导孔钻进的过程，也是对地层的勘探过程，反井钻机虽然不是取芯钻进，但根据对钻进过程观测以及返出岩屑的情况，根据以往的经验，可以对地层有初步定性分析和了解，为扩孔钻进、孔壁维护以及最后扩挖到设计直径提供参考。导孔钻进也是反井钻井施工中最为关键的一个环节，导孔偏斜率直接关系到钻孔的成败，导孔成功就意味着反井施工成功了80%，所以必须高度重视。
1-动力水龙头，2-钻杆，3-导孔钻头，4-从泥浆泵压入的泥浆
5-从环形空间返回的携带岩渣泥浆，6-泥浆循环池，7-泥浆池
反井钻机导孔施工
（1）开孔
开孔钻进时，应首先将基础面凿出一个水平面，使导孔钻头能垂直开孔，调整动力头出轴转速为低转速，开孔钻杆选用直径与φ216mm的导孔钻头同等大小并且加工精细的稳定钻杆，再配合扶正器慢速开孔，第1根钻杆完全进入岩石后，再接上一根同样的钻杆继续钻进，第3根钻杆换用普通钻杆，这样继续钻进，始终保持稳定钻杆紧紧贴住孔壁，直至无法继续钻进时，提出所有钻杆，卸下第1和第2根特殊稳定钻杆，换上正常的稳定钻杆，配合正常的钻具组合，放入孔内，继续钻进，这样就结束了开孔，开始正常的导孔钻进了。
（2）导孔钻进
一般情况下，导孔钻进钻速高于开孔钻速，并且应将动力头出轴转速调整为高速，钻进过程中还需注意以下几点：
1）根据岩石地质条件调整合理的钻压和转速；钻进速度必须均匀，切忌忽快忽慢；
2）密切观察孔内的返浆量，发现问题要及时采取措施；
3）导孔钻进返出的岩渣应及时清理；
4）一根钻杆完成后，须等孔内的岩屑全部排出后，才能停泵接卸钻杆；
5）钻压控制，一般情况下，对于松软地层和过渡地层宜采用低钻压，对于硬岩和稳定地层宜采用高钻压。司机应能根据不同的岩层调节相应的钻压和转速，但不能使钻压和转速忽高忽低，不利于导孔的质量，另外，时刻注意返碴的情况，如遇到地层结构的变化极大或不稳定地层（即大裂隙或溶洞等），造成不返碴的时候，应进行处理。钻进导孔时，如发现钻具旋转困难，可能遇到裂隙或岩层塌落，此时应把钻具边旋转边提到一定高度，再慢速向下扫孔，反复扫孔。
6）在还剩2-3m导孔钻透的时候，应逐渐降低钻压，并通知下平段隧洞进行警戒，不充许有人员或机械设备通过，以防发生事故。
7）导孔钻透后，停止水泵循环，但钻机不能停转，直到钻机转动平稳，扭矩变化不大、钻具上下自如时才能停钻。
8）在整个导孔钻进过程中，不得出现中途停电、停水等情况，如有临时停电必须提前通知钻机司机，进行停钻返渣工作，防止沉渣埋钻或卡钻事故发生。
5.2.2、反井钻机钻进扩孔施工工艺及过程
（1）扩孔施工过程
在安装扩孔钻头之前，需要确定井下透孔位置无锚杆等金属支护结构。如有锚杆，需要先行处理，才能进行扩孔作业。接上扩孔钻头，为了使大直径钻头平稳扩孔作业，在开始扩孔工作开始后，钻进参数设定为小扭矩、小钻压进行最初扩孔，待扩孔钻头完全入孔后，开始正常的扩孔钻进。首先进
行了多次系统参数调整试验，经对钻进参数对比后，选定了最合理的钻进参数确定为扩孔钻进的参数。
1-扩孔钻头，2-水平巷道，3-扩孔自由落下岩渣
反井钻机扩孔施工工艺
（2）扩孔钻进及故障排查
扩孔钻进时，为防止先导孔孔壁因扰动而塌落岩块，造成稳定钻具的堵塞等事故，需要将孔内稳定钻具全部提出，只保留扩孔钻头上部一或两根稳定钻具即可，钻进过程中其它还需注意的有以下几点：
1）拆去洗井液胶管，并把冷却器出水接到井口，供给扩孔钻头，以冷却扩孔钻头并消尘。
2）调节动力水龙头出轴转速为预定值，即低转速。
3）在扩孔钻头刚接触岩石时，因岩石表面不平整，为防止扩孔钻头剧烈晃动而损坏刀具，应采用低钻压、低转速，待扩孔钻头全部入孔后，方可进行加压正常钻进。
4）扩孔钻压的大小是根据地层的具体情况及钻井的深度而定的，从刀具的使用寿命来说，一般不宜超过300kN。
5）在扩孔钻进开始前，必须检查并处理距离钻孔中心2.25m范围内，工作面的平整情况和有无锚杆，对工作面凸起的岩石用风镐等找平，有锚杆要取掉。并以每小时0.5m的钻进速度慢速钻进，当钻头完全进入孔内后，进行正常的扩孔钻进。
6）扩孔钻进时，发现排渣不畅，钻头激烈晃动，压力不稳，钻进困难时，可能是有大块矸石落在刀具上挤压刀具所致，此时将刀具下放一定距离，多次高速旋转，将矸石甩掉，若无效果时，把钻头下放到底进行处理。
7）正常扩孔时，必须及时将岩渣清除运走，下孔口不能堵塞。扩孔时，工作人员绝对不允许到下口处5m范围内，防止落石砸伤，如果必须通过时，应用电话通知上水平，停止扩孔钻进，然后通过，通过后，再通知上水平，才能扩孔施工。
8）扩孔钻进时，时刻观察冷却水的供给情况，不允许打干孔，防止损伤钻头。
9）正常扩孔时要根据进尺速度和导孔记录进行钻压和旋转压力的调节，岩石较软时，要低钻压、高扭矩。岩石较硬时，要高钻压、低扭矩，经常卡钻时，要降低钻压，在将扩透时，必须降低钻压和扭矩，直到扩孔钻头露出。
根据反井钻机性能及以往施工经验，导孔计划每天进尺8m，扩孔计划每天进尺控制在10m，反井钻机施工工期为：110m/8m+110m/10m=25天。
5.2.3、扩挖剩余环形围岩
经过反井钻机扩孔后结构断面如下：
剩余环形围岩断面尺寸
（1）爆破设计原则
根据不同的围岩状况、振动控制条件、爆破成孔试验拟定爆破参数并依据实际施工需要进行调整。爆破尽量选用低爆速炸药，用非电毫秒雷管分段起爆。
（2）扩孔开挖炮眼布置图
炮孔布置图
按图一设置炮孔后，以最小抵抗线产生最不利块度如图所示，为1697mm ，而中间扩孔直径为1400mm ，所以爆破时有可能将扩孔洞口封堵。
图 1
图 2
按图二设置炮孔后，以最小抵抗线产生最不利块度如图所示，为918mm，块度尺寸小于2/3倍的扩孔直径。爆破后岩渣能顺利的从扩孔洞中掉落。炮孔深度1500mm。
（3）炸药用量
参照下平段水平隧洞爆破周边眼和辅助眼用炸药量，周边眼1.1kg/孔，辅助眼1.5kg/孔。
5.2.4、清渣
竖井爆破后，由人工进行清渣作业，工人乘坐升降笼进入竖井，将安全带系在事先安装好的牛腿上，将渣土通过扩孔后的导孔弃入下平洞中。
竖井开挖及清渣示意图
5.2.5、竖向井身围岩段支护
放爆后撬除井壁松动岩块，再作支护施工，每向下扩挖一层，临时支护跟进一层。
洞身中Ⅲ围岩采用L=2m，Ф25锚杆，间距2m梅花形布设加固支护，Ⅳ类围岩采用L=2m，Ф25锚杆，间距1.5m梅花形布设，并加设?10@250*250钢筋网，喷射C25混凝土100mm厚加固支护。
5.2.6、安全措施
打孔作业及人工清渣时，工人必须正确佩戴安全带，并于安装在井壁上的牛腿柱分别独立连接，再进行作业。
施工时下平段禁止任何人员与车辆进入，并设专人看守。根据现场实际情况再增加其余安全措施。
5.3、竖井、平洞爆破设计
5.3.1、爆破设计原则
根据不同的围岩状况、振动控制条件、爆破成孔试验拟定爆破参数并依据实际施工需要进行调整。
爆破尽量选用低爆速炸药，用电毫秒雷管分段起爆。
当同一部位、同一种开挖眼用药量超过最大允许用药量时，则采用分段爆破的方法来减少对周边围岩的振动影响。
5.3.2、竖井开挖炮眼布置图
炮眼平面布置图（单位：m）
炮眼立面布置图（单位：m）
5.3.2.1、周边眼
根据光爆的原理，周边眼布置在竖井轮廓线内0.1m的圈径上。即周边眼圈径为3.6m，眼距600mm，炮眼数19个。
5.3.2.2、辅助眼
由于竖井断面尺寸较小，辅助眼设一圈，为周边眼的光爆创造条件，使周边眼的最小抵抗值W符合光面爆破的要求。因此该圈辅助眼与周边眼间的圈距应为：
W=E/M
式中：W—周边眼与辅助眼的圈距（mm）；E—按光爆要求确定的周边眼
孔间距（600mm）；M—光面爆破的炮眼密集系数，取0.85
计算得：
W=600/0.85=705mm，取700mm
则，辅助眼圈径为1.1m，炮眼数为12个。
爆破参数见下表：
炮孔参数表
钻爆参数表
表中均为计算数量，在施工中，可根据实际工程地质情况及现场试验进行参数的调整。
5.3.3、平洞开挖炮眼布置图
下平段隧洞炮孔布置图
5.3.3.1、平洞爆破孔径及孔深进尺
初步拟定爆破采用同一炮孔直径φ42mm，用2.5m进尺，钻孔深度2.5m。
5.3.3.2、装药结构
为更好地达到光爆效果，周边眼采用间隔装药结构，药卷用小直径药卷，其余炮眼采用直径φ32mm标准药卷。
5.3.3.3、炸药用量
Q=q×s×L
式中：q—爆破1m3岩石炸药用量（kg/m3），本隧洞以Ⅲ类围岩为主，基岩为弱风化玄武岩，平洞石方开挖中每方耗药量为1.636kg。则q=1.636kg/m3，S—断面积（m2），L—孔深（m）。
Q=1.636×12.51×2.5=51.26kg，取52kg
5.3.3.4、炮眼数目
N=α1+α2×S=28+1.28×12.51=44（个）
式中：α1、α2——由岩石可爆程度确定的系数，α1、α2分别取：28、1.28。
5.3.3.5、周边眼参数
q p=W×Lp×a×q×(0.6～1.2)
式中：q p—周边孔平均装药量（kg），w—周边孔最小抵抗线（m），a—周边孔孔距（m），Lp—周边孔孔深（2.5m），q—单位耗药量kg/m3取：a=(15-10)d=0.5，w=0.6
周边孔平均装药量：q p=0.6×2.5×0.5×1.636×0.9=1.1
装药集中度：q p/L=0.44kg/m
5.3.3.6、掏槽眼参数
掏槽孔的炸药量按下式计算：
q cut=1.9Q/N=1.9×（0.44×2.5）=2.1kg
式中：q cut—掏槽孔的炸药用量（kg/孔），Q—为每排炮孔进尺的炸药量