地下洞室开挖工法

地下洞室开挖工法

1 前言

由导流洞、引水洞、调压洞（井）、地下厂房、尾水洞、灌浆洞、交通洞等地下洞室是水工中的主要组成部分，由于各洞室的岩性、断面尺寸、埋藏深度等主体结构各有不同，因此在不同的地下洞室开挖施工中，其施工工艺、施工方法就各有不同。

为提高洞挖施工技术，组织有关施工技术人员，在借鉴国内其他地下洞室开挖施工经验的基础上，结合“新奥法”技术的运用，进行专题研究，提出了具体的洞室安全优质施工技术措施及施工工艺，以及设备配置和施工组织，以实现洞挖施工的高质量与高效率。

为保证洞挖的施工质量，简化施工工序，在尾水洞地下洞室开挖施工中，有关施工技术人员，开展科技创新，不断摸索创新洞挖岩壁“钻孔定位一条线”的施工工艺，不断提高钻孔精度，改进爆破装药结构，取得了较好的施工技术成果，受到了业主及监理的高度评价。同时，为规范施工程序、强化过程管理、提高洞挖质量、细化安全管理的控制点，在总结施工经验的基础上，结合工程实践，形成了地下工程洞挖施工工法。

由于采用了“钻孔定位一条线”的施工工艺，使得洞挖过程中较大超挖与欠挖的现象大为减少，其围岩的洞壁不仅美观，而且还节省了混凝土的填筑与修补的工作量，故有明显的社会效益和经济效益。

2 工法特点

（1）洞挖钻孔采取多臂凿岩台车及自制移动平台配手持式气腿钻机相结合的施工技术，围岩条件较好的洞段及大断面的地下洞室采用多臂凿岩台车钻孔，围岩条件较差的洞段及较小断面的地下洞室采用自制移动平台配手持式气腿钻机钻孔，采取多段微差爆破，周边光面爆破，降低围岩振动破坏等一系列技术的施工，使本工法具有技术领先、操作性强的特点。

（2）利用灵活机动的挖掘、运输机械，及配套排险和及时支护的施工设备和工器具，保障洞挖施工的质量和按期施工要求。

（3）利用先进的测量与激光定位系统进行洞挖质量控制与检查，使得洞挖过程中较大超挖与欠挖的现象大为减少，大幅稳定提高工程施工质量。

（4）洞室周边采用小直径乳化炸药间隔均匀装药，使洞室岩壁更加平整光滑，成型围岩更加接近设计边线。

（5）本工法施工工艺简捷、可操作性强。

3 适用范围

适用于8～120m2的地下洞室以及地下厂房分层开挖施工。

4 工艺原理

根据地下洞室不同的岩性、地质条件、隧洞断面尺寸、隧洞结构形式、隧洞长度及工期要求等，可采用二臂、三臂凿岩台车或采用自制移动平台配手持式气腿钻机钻孔，及相应的喷锚支护设备、出渣运输设备，按照施工组织设计中的钻爆参数进行施工，隧洞中特殊地质洞段需进行“超前预测，超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤测量”等措施，确保围岩的稳定，避免围岩塌方。”的特殊处理措施，同时在洞挖钻爆施工中，采用试验检测、激光导向定位系统及现场过程定点监控等进行质量多参数控制。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1施工程序

5.1.1 总的指导方针

突出洞内开挖重点，主攻出碴通风难点，强化锚喷支护关键，把握衬砌焦点，狠抓工期主要矛盾。实施施工技术精益求精，施工工艺精雕细刻，施工质量争创极品，施工成本精打细算全过程控制，确保各项目标的实现。

5.1.2 总的指导原则

紧紧围绕“快速施工”一个核心，打好“快速掘进”、“快速支护”攻坚战，强化配置“开挖钻爆”、“装碴运输”、“锚喷支护”、“衬砌灌浆”几条机械化作业线。以先进的大型机械设备配套和技术手段为基础；以科学管理、合理组织、强化调度指挥为手段；在Ⅴ、Ⅳ级围岩地段突出一个“快”字，做到一个“稳”字，确保工期、质量、安全、效率各项目标的实现。

隧洞开挖每循环施工作业见图5-1、5-2。

图5-1 超前导洞洞挖作业循环作业流程图

图5-2 正常洞挖作业循环作业流程图

5.2施工要点

为保证洞脸的安全稳定，各洞室在初进洞时，第1～5个循环先开挖2.5×2.5m～4×4m的中导洞，中导洞掘进8～10m后，两侧扩挖跟进，并采取一扩一支护。各隧洞全断面掘进时，可根据围岩变化情况，初喷和锚杆施工紧跟掌子面，挂钢筋网和复喷砼滞后开挖面30～50m，与开挖平行作业。

Ⅳ类、Ⅴ类围岩采取超前小导洞（2.5×2.5m～4×4m）的施工方法进行施工，超前小导洞超前6～8m，然后采取全断面扩挖跟进，周边光爆开挖成型。在围岩地质情况恶劣的洞段，洞室顶拱可采取超前管棚灌浆支护。支洞在初进洞6～8m 范围内，采取先中间导洞、后跟进扩挖的施工方法；Ⅱ类、Ⅲ类围岩及正常隧洞采取全断面开挖。

5.2.1 测量放样

（1）导线控制网测量采用全站仪进行，施工测量采用免棱镜全站仪配水准仪进行。

（2）测量作业由专业人员实施，每个循环钻孔前进行设计规格线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底；断面配断面仪测量，测量滞后开挖面10～15m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。

（3）放样内容包括：洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。

5.2.2 爆破设计

5.2.2.1爆破设计原则

（1）采用光面爆破，根据地质条件选择合理循环进尺。

（2）选择合理的掏槽形式（直眼或楔形掏槽）。

（3）选择品种规格合适的炸药及其它火工材料。

（4）合理选择周边孔间距及最小抵抗线。

（5）严格控制周边孔的装药量，采用不耦合间隔装药结构。

（6）选择合理单响药量，控制爆破质点振动速度。

5.2.2.2火工器材的选择

（1）炸药：乳化炸药。

（2）雷管：引爆采用1～15段非电毫秒雷管，起爆采用毫秒电雷管。

（3）其它：导爆索。

5.2.2.3掏槽形式

主要采取直眼掏槽及楔形掏槽，为确保循环进尺，掏槽孔及底板孔超钻掘进进尺10～20cm 左右。附图5-3及表5-1为两种掏槽形式。

表5-1 地下洞室钻孔掏槽方式表 （二）楔形掏槽

矩形楔形斜眼掏槽

（一）直形掏槽

附图5-3为两种掏槽形式