開挖方法優(yōu)化

富水大斷面斜井快速施工技術研究報告之六開挖方法優(yōu)化研究PAGE101前言1.1研究目的方斗山隧道斜井地質條件復雜，坡度陡，斷面大，通過對開挖方法的研究，加快斜井的開挖施工進度，確保斜井快速安全施工。1.2設計概況左線斜井全長708m，傾角24°，右線斜井全長781m，傾角22°，左線開挖斷面面積56.8～72.7m2。右線開挖斷面面積41.3～53.8m2,。初期支護采用φ22砂漿錨桿（L2.5~3.0M）+鋼筋網+C20噴射混凝土，開挖斷面見圖1-1《斜井開挖斷面示意圖》。右線斜井JYK0+038.200~JYK0+156.010共117.81米位于R-150m的曲線上。圖1-1斜井開挖斷面示意圖1.3斜井工程地質與水文地質1.3.1斜井通過地層主要有：泥巖夾砂巖，頁巖、灰?guī)r、巖溶角礫巖；1.3.2斜井分段工程與水文地質情況見表1-1《斜井左線水紋地質情況表圖》，表1-2《斜井右線水紋地質情況表》。表1-1斜井左線水紋地質情況表圖序號里程長度工程與水文地質質應特別注意的問問題1地表向下JZKK0+6447-+3302345m圍巖完整一般，出出水形式一一般為潮濕濕—滴水，局局部節(jié)理發(fā)發(fā)育為淋水水2JZK0+3002-+227230m為斷層帶，受FF4斷層影響響嚴重，圍圍巖破碎易易坍塌，出出水形式為為淋水、涌涌水、出水水量大于1100000m3/d。受斷層影響，可可能發(fā)生突突水、突泥泥災害。3JZK0+2772-+1114158m巖層傾角小，受受構造影響響嚴重，節(jié)節(jié)理發(fā)育、整整體性差，拱部無支護時易易產生大的的坍塌；暴暴雨及連續(xù)續(xù)降雨后，可可能發(fā)生涌涌水、突水4JZK0+1114-+008628m強巖溶含水段，出出水形式為為淋水或股股狀出水。5JZK0+0886-+000086m開挖后側壁基本本穩(wěn)定，富富含巖溶水水，局部巖巖溶發(fā)育段段可能有大大股狀水流流出，暴雨及連續(xù)降雨雨后，涌水水量很大，并并可能發(fā)生生突水現象象。表1-2斜井右線水紋地質情況表序號里程長度工程與水文地質質應特別注意的問問題1地表向下JYKK0+7225-+2877438m圍巖完整一般，出出水形式一一般為潮濕濕—滴水，局局部節(jié)理發(fā)發(fā)育為淋水水2JYK0+287--+257730m為斷層及影響帶帶，受F4斷層影響響嚴重，圍圍巖破碎易易坍塌，出出水形式為為淋水、涌涌水、出水水量大于1100000m3/d。受斷層導水影響響，并可能能發(fā)生突水水、突泥災災害。3JYK0+257--+1022155m受構造影響嚴重重，節(jié)理發(fā)發(fā)育、整體體性差，拱部無支護時易易產生大的的坍塌，側側壁有時失失穩(wěn)；暴雨雨及連續(xù)降降雨后，涌涌水可能性性很大，局局部突水發(fā)發(fā)生4JYK0+102--+072230m強巖溶含水段，出出水形式為為淋水或股股狀出水。5JYK0+072--+000072m開挖后，側壁基基本穩(wěn)定，富富含巖溶水水，局部巖巖溶發(fā)育段段可能有大大股狀巖溶溶水流出，暴雨及連續(xù)降雨雨后，涌水水量很大，并并可能發(fā)生生突水現象象。2開挖方案的比選2.1總體施工方案采用左右線同時施工，開挖支護單工序作業(yè)，斜井開挖支護完成后，再自井底向井口方向進行仰拱鋪底及襯砌等施工。左線斜井從井口JZK0+647至井下JZK0+000采用鋼絲繩牽引側卸式礦車有軌運輸系統(tǒng)施工，井下通風機房的聯絡通道由正洞開辟工作面施工；右線斜井從井口JYK0+725至曲線段終點JYK0+156.010采用有軌運輸施工，JYK0+038.200-JYK0+156.010共117.81米曲線段、JYK0+038.200-JYK0+000共38.2米直線段及井下通風機房的聯絡通道由正洞開辟工作面施工。采用雙筒絞車提升、四線雙軌運輸，鉆爆法開挖，復合式襯砌，全斷面襯砌，壓入式通風，反坡分級排水施工方案。2.2洞口平坡段隧道開挖方法主要有反臺階法、正臺階法、全斷面法施工。洞口段開挖由于地質條件較差，全斷面開挖容易引起洞口坍塌，正臺階法開挖當發(fā)生洞身變形時，易于采取加固措施，控制洞身變形，因此優(yōu)先考慮正臺階法開挖；采用裝載機配合自卸汽車出碴。2.3井身開挖2.3.1開挖方案采用全斷面開挖時，斜井掌子面后部存在一個斜坡面，易造成開挖臺架下滑，對施工安全不利，在斜坡面上施工對施工人員操作不利。因此井身開挖采用光面爆破、分上下兩部分施工。在距掌子面6m左右范圍內始終保持一作業(yè)水平面。開挖方法見圖2-1《開挖方法示意圖》。圖2-1開挖方法示意圖2.3.2出碴運輸方案⑴在距井口約30～150m內采用卷揚機提升運輸。洞碴外運采用履帶式挖掘機裝、專用礦車運碴，卷揚機提升運輸至洞口棧橋處卸碴，再由裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。⑵距井口超過150m至井底采用雙筒絞車提升、雙線四軌運輸。洞碴外運采用履帶式挖掘機裝、專用礦車運碴，雙筒絞車提升運輸至洞口棧橋處卸碴，再由裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。2.4井底開挖斜井礦車是以礦車重力的分力作為動力行走至井下的，由于井底是處于平坡，礦車只能到達井底，在平坡段無法行駛，斜井井底及地下風機房由正洞向井底開挖，井底聯絡通道采用全斷面開挖，送、排風道由于斷面大、開挖高度高，采用多功能臺架分兩臺階開挖。右線JYK0+038.200-JYK0+156.010共117.81米曲線段、JYK0+038.200-JYK0+000共38.2米直線段，由井口向井度施工絞車有軌出碴系統(tǒng)出碴難度大，需增加卷揚機進行摘掛鉤操作，施工安全隱患大。由正洞開辟工作面，從井底向上施工，井底正洞出碴。出碴由正洞采用裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。3開挖施工工藝研究3.1洞口段正臺階法開挖施工工藝根據設計開挖斷面的大小，上半斷面高度為4.0m，采用拼裝式臺架開挖上半斷面，下部臺階高度3.0~4.0m，臺階長度5.0m。正臺階法施工方法見圖3-1《正臺階法施工方法示意圖》。開挖時1部和2部同時鉆眼，同時裝藥爆破，同時出碴，減少上下部相互之間的施工干，出碴后先進行下半斷面的初期支護，再進行上半斷面初期支護。正臺階法施工藝見圖3-2《正臺階法施工藝框圖》。圖3-1正臺階法施工方法示意圖施工準備施工準備下半斷面初期支護拱部初期支護下半斷面開挖上半斷面開挖下一循環(huán)測量放線圖3-2正臺階法施工藝框圖3.2井身開挖施工工藝井身開挖分上下兩部分施工，下部為6m長左右的水平面，上下部開挖平行作業(yè)，開挖方法見圖施工藝見圖3-3《井身開挖施工工藝框圖》。施工準備施工準備下半部分初期支護上半部分初期支護下半部分打眼、裝藥上半部分打眼、裝藥下一循環(huán)測量放線上下半部分同時爆破通風、清除危石初噴混凝土出碴圖3-3井身開挖施工工藝框圖⑴導線點引入井身內控制洞身中線，測量放線采用全站儀進行放線，高程用經緯儀進行測量。⑵鉆眼爆破：上半部分用模塊式拼裝簡易作業(yè)臺架作施工平臺，人工手持風鉆打眼，光面爆破，采用斜眼掏槽技術；下半部分與上半部分同時鉆眼，同時裝藥。⑶出碴：上下半部分一次出碴完成，分階段采用不同的出碴方式：出碴方法見圖3-4《出碴方法示意圖》。①在距井口約30～150m內采用卷揚機提升運輸。洞碴采用履帶式挖掘機配合專用礦車裝運至洞外，再由裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。②距井口超過150m至井底采用雙筒絞車提升、雙線四軌運輸。洞碴采用履帶式挖掘機裝配合專用礦車裝運至洞外，再由裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。⑷通風采用壓入式通風方式，每個洞口設37KW×2軸流式風機壓入式通風，直徑1.2米軟風管進洞。⑸初期支護采用“噴、錨、網、噴”＋鋼拱架（斷層破碎帶及其影響帶）支護體系，上半部分利用開挖臺架為作業(yè)平臺。圖3-4出碴方法示意圖①初期支護施工程序為：初噴混凝土封閉圍巖→測量定位→鉆孔→錨桿支護→掛設鋼筋網→安設拱架→復噴混凝土。②開挖斷面達到要求尺寸及時出碴后，立即噴射混凝土4～5cm，打設錨桿，按設計要求安裝拱架、掛鋼筋網、分層噴射混凝土直到設計厚度。③每座斜井均配備2臺PZ-5混凝土噴射機，噴射混凝土由洞外攪拌機拌制，農用車配合皮帶輸送機輸送至軌行運輸車（掛在礦車后面），軌行運輸車運輸至作業(yè)面，人工上料，混凝土噴射機進行噴射作業(yè)。⑹初期支護達到設計要求后進入下一循環(huán)。3.3井底開挖施工工藝斜井井底從正洞向井底開挖，井底聯絡通道采用簡易臺架全斷面開挖。出碴由正洞采用裝載機配合自卸汽車裝運至棄碴場。施工工藝見圖3-5《全斷面施工工藝框圖》施工準備施工準備初期支護打眼、裝藥下一循環(huán)測量放線爆破通風、清除危石初噴混凝土出碴圖3-5全斷面施工工藝框圖4施工方法的優(yōu)化4.1井身開挖井身開挖方案在采用拱架支護時，每榀拱架須多次接腿，不利于施工進度的加快，由于接腿開挖長度一次達到6.0m，也不利于施工安全。因此，在有拱架支護地段，掌子面后面的平坡段長度延長到10米后，進行一次平坡段撿底開挖，當平坡段長底減少到4~6m時再進行上半部做好開挖。施工方案調整后，對施工安全得到了有效的保證，施工進度明顯加快。4.2右線曲線段開挖右線曲線段由下往上開挖，由于人員在掌子面下部施工，由下往上鉆眼，當掌子面巖塊受風鉆振動影響掉落時，及易對施工人員造成傷害；爆破后松動巖塊人員無法進入清理；出碴時，碴堆容易滾落對機械造成損壞。在曲線段施工仍由斜井洞口往下施工，對曲線段運輸進行研究，采用“五花地棍”約束鋼絲繩的運動方向，實現了單一絞車提升運輸施工，有效解決了增加卷