施工-地下工程

地下建筑工程進廠交通洞尾水調(diào)壓室主廠房主變室引水洞進風(fēng)井母線洞排風(fēng)井出線井交通洞尾水洞地下廠房洞室群布置示意圖第五章地下建筑工程地下建筑物施工的主要內(nèi)容包括：測量放線，開挖出渣，襯砌（支護）和其它輔助工作。本章主要結(jié)合平洞的施工，介紹地下建筑工程施工中的洞室開挖、襯砌施工和噴錨支護等主要問題。a.施工條件差、工序多、工藝復(fù)雜；b.工作面小、干擾大；

(放炮、出渣、支護等)c.質(zhì)量要求高、防滲要求高、安全問題突出；

d.進度慢、時間緊、任務(wù)重；地下工程特點第一節(jié)地下建筑工程的施工程序第二節(jié)鉆孔爆破法開挖第三節(jié)掘進機開挖第四節(jié)襯砌施工第五節(jié)噴錨支護第六節(jié)地下工程施工輔助作業(yè)第一節(jié)地下建筑工程的施工程序在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，安排各部位、各工種的先后施工順序，以保證均衡、連續(xù)、有節(jié)奏地完成各項作業(yè)。一、平洞的施工程序二、地下廠房的施工程序三、豎井和斜井的施工程序一、平洞的施工程序平洞施工工作面，不僅影響施工進度，而且與施工布置有很大的關(guān)系。平洞開挖至少有進出口兩個工作面。如果洞線較長，則應(yīng)考慮開挖施工支洞或豎井等來增加工作面。施工支洞的布置要考慮沿線的地形地質(zhì)條件，運輸?shù)缆泛褪┕龅氐牟贾?，工程造價。優(yōu)先考慮利用永久性的支洞，如通風(fēng)洞、交通洞、母線洞、調(diào)壓井等。1、工作面的數(shù)目按下式來估算：式中，[T]—平洞施工的限工期，月；

L—平洞的全長，m；

N—工作面的數(shù)目；

V—平洞施工的綜合進度指標(biāo)，m/月；

lmax—施工支洞（或豎井）的最大長度（或高度），m；

v—施工支洞（或豎井）的綜合進度指標(biāo)，m/月。2、平洞的開挖程序平洞開挖有全斷面開挖、斷面分部開挖方法。（1）全斷面開挖

適用條件：圍巖堅固，有大型的開挖設(shè)備。

優(yōu)點：工作面大，施工干擾小。ⅠⅡⅢⅣ—開挖及襯砌程序（m）

斷面分部開挖是將整個斷面分成若干層（通常為二層或三層），分層開挖推進，分部開挖適用于圍巖較差、洞徑過大的平洞開挖。

（2）斷面分部開挖斷面分部開挖從開挖形態(tài)上通常分為臺階法開挖和導(dǎo)洞法開挖。導(dǎo)洞開挖法先掘進斷面的一部分（即導(dǎo)洞），而后擴大至全斷面。此法適用于斷面大、地質(zhì)條件差，又無大型機械設(shè)備的情況。導(dǎo)洞斷面大小和位置依巖石情況、出碴路線布置和裝運碴能力確定。當(dāng)隧洞較短時，可先將導(dǎo)洞全線挖通，然后再進行擴大開挖，這稱為導(dǎo)洞鉆進。導(dǎo)洞鉆進有利于通風(fēng)、測量和觀察全洞線巖石情況，同時可減少導(dǎo)洞開挖與擴大開挖作業(yè)之間的干擾。

（1）上導(dǎo)洞開挖（2）下導(dǎo)洞開挖（3）中導(dǎo)洞開挖（4）雙導(dǎo)洞開挖3、平洞襯砌或支護施工斷面襯砌的順序：自下而上、自上而下。前者先襯砌底拱（底板），后襯砌邊拱（邊墻）、頂拱，或邊頂拱一次襯砌；后者先襯砌頂拱，在頂拱防護下襯砌邊拱（邊墻）、底拱（底板）。自下而上襯砌多用于地質(zhì)條件較好的場合，自上而下襯砌適合于圍巖自承能力較差的情況。

如果開挖時遇到局部危巖，可用錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土或其它措施如木支架進行臨時支撐。二、地下廠房的施工程序地下廠房的特點是：跨度大、邊墻高，相鄰洞室距離近，交叉洞口多。大型洞室的施工，常采用先拱部后底部，先外緣后核心，由上而下、上下結(jié)合，留巖墻巖柱，跳格開挖，跳格襯砌支護等施工方法。地下廠房施工時通?？煞譃轫敼啊⒅黧w和交叉洞等三大部分。

在松散破碎的不良地層中施工時，宜采用插釬、插板、噴錨支護或預(yù)灌漿等方法，先加固以后，再分部開挖，分部襯砌，并注意盡量減少對巖體的擾動。主廠房開挖程序示意圖三、豎井和斜井的施工程序豎井和斜井是水電站地下廠房中常見的建筑物，豎井和斜井高度較高，斷面相對較小，井線與水平夾角大于75°的為豎井；井線與水平夾角為40-75°的為斜井；洞線與水平夾角為6-40°的為斜洞。豎井施工特點：豎向作業(yè)，即豎向開挖、豎向出碴和豎向襯砌。豎井的另一特點是與水平隧洞相通，因此，可先挖通與豎井相連通的水平通道，為豎井施工創(chuàng)造條件。一般豎井施工有全斷面法和導(dǎo)井法。大鉆機開挖豎井（a）鉆導(dǎo)井；（b）導(dǎo)井?dāng)U大；（c）擴挖豎井吊罐法開挖豎井（a）自下而上開挖導(dǎo)井;（b）自上而下擴挖導(dǎo)井第二節(jié)鉆孔爆破法開挖施工順序：鉆孔→裝藥爆破→出渣及相應(yīng)的輔助工作地下工程鉆孔爆破的特點：1、鉆爆作業(yè)條件差；2、爆破自由面少；3、爆破質(zhì)量要求高。鉆爆設(shè)計的主要任務(wù)是：

①確定開挖斷面的炮孔布置，包括各類炮孔的位置、深度及方向；

②確定各類炮孔的裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)及堵孔方式；

③確定各類炮孔的起爆方法和起爆順序。

1、炮孔類型及布置開挖斷面上的炮孔，按作用的不同，分為：

①淘槽孔；②崩落孔；③周邊孔。

掏槽孔的作用是增加臨空面。它比其它孔深15-20cm，裝藥量比崩落孔多20%，或布置不裝藥的空心孔。崩落孔的作用是崩落巖石。其方向與開挖斷面垂直；孔底在同一平面。周邊孔的作用是控制輪廓。炮孔數(shù)目一次爆破的炸藥用量能合理地裝入該次爆破的全部炮孔中，用下式估算，其中：式中：

N—一次掘進循環(huán)中開挖面上的炮孔總數(shù)；

Q—一次爆破的炸藥用量，kg；

g—單個炮孔每米的炸藥用量，kg/m；

d—藥卷直徑，cm；

Δ—炸藥容重，kg/cm3；

k—裝藥壓緊系數(shù)；

α—

炮孔的裝藥系數(shù)；

W—炮孔深度，m；

K—單位耗藥量，kg/cm3；

S—開挖斷面面積，m2。炮孔深度：

炮孔深度的確定，主要與開挖斷面的尺寸、掏槽型式、巖層性質(zhì)、鉆機型式、自有面數(shù)目和循環(huán)作業(yè)時間的分配等因素有關(guān)。

合理的炮孔深度，能提高爆破效果，降低開挖費用和加快掘進速度。式中：

T—一個循環(huán)作業(yè)內(nèi)各工序所需時間的總數(shù)，h；

T=Φt1+Nt2+t3+t4+t5

φ—鉆孔與裝巖出渣平行作業(yè)系數(shù)，不平行取1；

t1—開挖面上的鉆孔時間，h；

N—開挖面上的炮孔總數(shù)；

W—炮孔深度，m；

v—一臺鉆機的鉆孔速度，m/h；

m—同時工作的鉆機臺數(shù)；

t2—每個炮孔的裝藥時間，h；

t3—爆破后通風(fēng)散煙時間，h；

t4—出渣時間，h；

S—開挖斷面面積，m2；

η—炮孔利用系數(shù)；

p—裝巖出渣生產(chǎn)率，m3/h；

t5—準(zhǔn)備工作和交班時間，h。2、鉆孔爆破開挖輪廓的控制

鉆孔爆破開挖輪廓的控制主要取決于周邊孔的布及其爆破參數(shù)的選擇。沿設(shè)計開挖線布置小孔徑、密間距的周邊孔，采用低密度、低爆速、低猛度和高爆力的光爆炸藥，不耦合裝藥或間隔裝藥，進行弱震爆破，炸除沿洞周留下的厚度為最小抵抗線的光爆層，形成光面。二灘電站鉆孔爆破循環(huán)作業(yè)工序有鉆孔準(zhǔn)備、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)排煙、安全檢查、出渣、延長運輸線路和風(fēng)水電管線等。掘進一次的工序組合，稱為循環(huán)作業(yè)。在一晝夜中的循環(huán)次數(shù)應(yīng)為整數(shù)，因此，常采用的循環(huán)時間為4、6、8、12h等。工程實例第三節(jié)掘進機開挖全斷面隧道掘進機(TunnelBoringMachine,簡寫為TBM)是一種專用的開挖設(shè)備。它利用機械破碎巖石的原理，完成開挖、出碴及混凝土（鋼）管片安裝的聯(lián)合作業(yè)，連續(xù)不斷地進行掘進。掘進機開挖方向的控制，多采用激光制導(dǎo)掘進機施工示意圖掘進機工作循環(huán)掘進機的應(yīng)用掘進機的應(yīng)用及其優(yōu)缺點目前已生產(chǎn)的掘進機大多適用于圓形斷面，地質(zhì)條件良好、巖石硬度適中、巖性變化不大的隧洞優(yōu)點：

1、能使掘進、出碴、襯砌支護等作業(yè)平行連續(xù)地進行，工作條件比較安全，節(jié)省勞力，整個施工程能較好地實現(xiàn)機械化和自動控制；

2、在地質(zhì)條件單一、巖石硬度適宜的情況下，可以提高掘進速度；

3、掘進機挖掘的洞壁比較平整，斷面均勻，超欠挖量少，圍巖擾動少，對襯砌支護有利。缺點：

（a）設(shè)備復(fù)雜、昂貴，安裝費時；

（b）掘進機不能靈活適應(yīng)洞徑、洞軸線的走向、地質(zhì)條件與巖性等方面的變化；

（c）刀具更換、風(fēng)管送進、電纜延伸、機器調(diào)整等輔助工作等占用時間較長；

（d）掘進機掘進時釋放大量熱量，工作面上環(huán)境溫度較高，因此要求有較大的通風(fēng)設(shè)備。

第四節(jié)襯砌施工地下洞室開挖后，為了防止圍巖風(fēng)化和坍落，保證圍巖穩(wěn)定，往往要對洞壁進行襯砌。

襯砌類型有現(xiàn)澆混凝土或鋼筋混凝土襯砌、混凝土預(yù)制塊或條石安砌、預(yù)填骨料壓漿襯砌等。1、平洞襯砌的分縫分塊及澆筑順序平洞很長，通常要分段澆筑。當(dāng)結(jié)構(gòu)上有永久伸縮縫時，可以利用永久縫分段；當(dāng)永久伸縮縫過長或無永久伸縮縫時，則應(yīng)設(shè)施工縫分段。分段澆筑的順序。襯砌施工在橫斷面上也常分塊進行。跳倉澆筑分段流水澆筑分段留空檔澆筑橫斷面分塊澆筑2、隧洞襯砌模板3、襯砌混凝土的澆筑和封拱

1）隧洞襯砌內(nèi)的鋼筋，是在洞外制作，運入洞內(nèi)安裝綁扎。扎筋工作，常在立好模板并預(yù)留端部擋板的時候進行。鋼筋是靠預(yù)先插入巖壁的錨筋固定。

2）隧洞混凝土澆筑能力的關(guān)鍵是混凝土的運輸組合。

3）在澆筑頂拱時，澆筑段的最后一個預(yù)留窗口的混凝土封堵，稱為封拱。封拱工作,常采取以下兩種措施：封拱盒封拱、混凝土泵封拱。采用封拱盒封拱1）隧洞灌漿有回填灌漿和固結(jié)灌漿。前者的作用是填塞圍巖與襯砌間空隙，所以只限于拱頂一定范圍內(nèi)；后者的作用是加固圍巖，提高圍巖的整體性和強度，所以其范圍包括斷面四周的圍巖；2）水工隧洞灌漿應(yīng)按先回填后固結(jié)的順序進行，回填灌漿應(yīng)在襯砌混凝土達到70%設(shè)計強度后盡早進行?；靥罟酀{結(jié)束7天后再進行固結(jié)灌漿。4、隧洞灌漿灌漿孔的布置第五節(jié)噴錨支護噴錨支護是噴混凝土支護、錨桿支護、噴混凝土錨桿支護、噴混凝土錨桿鋼筋網(wǎng)支護和噴混凝土錨桿鋼拱架支護等不同支護型式的統(tǒng)稱。

洞室開挖后，洞室周圍的巖體（圍巖）將向著臨空面變形，變形是隨時間而增大，增大到一定程度，圍巖將產(chǎn)生坍塌。因此，在圍巖產(chǎn)生一定變形前，應(yīng)及時采用既有一定剛度又有一定柔性的薄層支護結(jié)構(gòu)，使支護與圍巖緊密地粘結(jié)成一個整體，既限制圍巖變形又可與圍巖“同步變形”,從而加固和保護圍巖，使圍巖成為支護的主體，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，增加了圍巖的穩(wěn)定性。一、噴錨支護原理

根據(jù)圍巖不同的破壞形態(tài)采用不同的支護型式。圍巖的破壞形態(tài)主要可歸納為局部破壞和整體破壞。

1.局部破壞：通常采用錨桿支護，有時根據(jù)需要加作噴混凝土支護。

2.整體破壞：常采用噴混凝土錨桿支護、噴混凝土錨桿鋼筋網(wǎng)支護和噴混凝土錨桿鋼拱架支護等不同支護型式。二、噴錨支護型式

錨桿是錨固在巖體中的桿件，用以加固圍巖，提高圍巖的自穩(wěn)能力。工程中常用錨桿有金屬錨桿和砂漿錨桿，其錨固方式基本分為集中錨固和全長錨固，錨桿的布置有局部錨桿和系統(tǒng)錨桿。三、錨桿支護錨桿施工

噴混凝土是將水泥、砂、石等集料，按一定配比拌和后，裝入噴射機中，用壓縮空氣將混合料壓送到噴頭處，與水混合后高速噴到作業(yè)面上，快速凝固而成一種薄層支護結(jié)構(gòu)。

噴混凝土的施工方法有干噴和濕噴。四、噴混凝土施工這種支護結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，它既可以適應(yīng)圍巖的變形；可以充填巖石的縫隙，使之成為整體，提高圍巖的自身承載能力；還能封閉圍巖，防止風(fēng)化，緩和應(yīng)力集中。噴混凝土施工工藝濕噴工藝流程噴混凝土施工工藝目前常用噴射混凝土有：素噴混凝土、鋼纖維噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。

鋼纖維噴射混凝土是在噴射混凝土中加入鋼纖維，彌補了素噴混凝土的脆性破壞缺陷，改善了噴射混凝土的物理力學(xué)性能。

鋼筋網(wǎng)噴射混凝土是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射素混凝土。主要用于軟弱破碎圍巖，更多的是與錨桿構(gòu)成聯(lián)合支護，在我國隧洞工程中應(yīng)用較多。五、施噴注意事項（1）噴射時應(yīng)分段（不超過6m）、分部（先下后上）、分塊（2m×2m）進行，先墻后拱；（2）噴頭與受噴面的傾斜角度不大于10°，距離受噴面0.8-1.2m。噴頭移動可采用S形往返移動前進，也可采用螺旋形移動前進；（3）噴射時一次噴射厚度不得太薄或太厚；（4）若設(shè)計噴射混凝土較厚，應(yīng)分2-3層噴射；（5）噴射混凝土的養(yǎng)護應(yīng)在其終凝1-2h后進行，養(yǎng)護時間不得小于7d；（6）冬季施工時，噴射混凝土作業(yè)區(qū)的氣溫不得低于5℃；混凝土強度未達到設(shè)計強度的50%時應(yīng)注意采取保溫防凍措施；（7）回彈物料的利用。采用干法噴射混凝土?xí)r，應(yīng)及時將潔凈的尚未凝結(jié)的回彈物回收后，摻入混合料重新攪拌，但摻量不宜超過15%，且不宜用于頂拱。第六節(jié)地下工程施工輔助作業(yè)

通風(fēng)、散煙、除塵、排水、照明和風(fēng)水電供應(yīng)等，是地下工程施工中的輔助作業(yè)。做好這些輔助作業(yè)可以改善施工人員作業(yè)環(huán)境，為加快地下工程施工，創(chuàng)造良好的條件。一、通風(fēng)、消煙及除塵

通風(fēng)、消煙及除塵的目的是為了控制洞室內(nèi)有害氣體和巖石粉塵的含量。這在長洞施工中尤其重要。洞室通風(fēng)后，空氣的質(zhì)量應(yīng)符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

1、衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求洞內(nèi)的氣溫不能超過28oC，并且洞內(nèi)的風(fēng)速也需滿足表6-7中的規(guī)定。

洞內(nèi)通風(fēng)方式有自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩種。自然通風(fēng)只適用在長度不超過40m的短洞。實際工程中多采用機械通風(fēng)。

機械通風(fēng)的基本形式有壓入式、吸出式和混合式三種。2、通風(fēng)方式機械通風(fēng)方式通風(fēng)量