水工隧洞开挖施工Word格式.docx
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(1)钻爆设计
①炮孔数目
炮孔数目N,按下式计算:
N=q×
s/rη
式中:
q——炸药单耗量,取q=1.25kg/m
S——
r——每米长度炸药的重量,2号岩石乳化炸药r=1kg/m
η——炮孔平均装药系数,取η
经计算,N=13,光面爆破或者预裂爆破需多增加周边孔16只及中空孔一只,共计30只(需根据断面实际情况进行调整孔网和炮孔数量)。
②每个炮孔的装药量
Ⅰ掏槽孔
Q1=η×
L×
r
η——炮孔装药系数,取η
L——
r——每米长度炸药量,r=1.0kg/m
Ⅱ辅助孔
Q2=η×
(装药系数η取0.6、孔深L取2.5米)
Ⅲ周边孔
Q3=q延×
(装药线密度q延取0.3kg/m、孔深L取2.5米)
Ⅳ地空孔
Q4=η×
(装药系数η取0.7、孔深L取2.5米)
以上设计参数需根据隧道爆破实际情况进行调整。
③设计的炮孔布置图
炮眼布置图
炮眼的布置及个数需要根据现场围岩的等级来确定,并且要满足隧洞的开挖断面设计形状、平整,布置炮眼应有较高的利用率,爆破后断面和轮廓复核设计要求、壁面平整,并保持围岩的稳定性和强度。
根据该实际情况,布孔个数在25---35个之间。
⒉
钻孔
钻孔直径¢42、周边¢32,钻孔深度控制在2.5---2.8米之间。
⒊
吹孔
对已经钻好的孔用风把孔内积水吹干,提高装药的质量和放炮的效果。
⒋
装药
隧洞开挖爆破装药量与单耗
炮孔
雷管段号
炸药
名称
数量(个)
孔深(m)
垂直夹角(度)
类型
每孔装药(节/孔)
每孔装药量(kg)
总装药量(kg)
中空孔
1
掏槽孔
4
2#乳化
10
2
8
辅助孔
7
5
周边孔
16
光爆小药卷
底孔
9
合计
33
说明:
(1)预计每循环进尺2.3m,循环方量15.64m3,预计炮孔利用率92%。
(2)炸药单耗2.47kg/m3(以Ⅰ、Ⅱ类围岩为准)。
(3)周边孔采用φ25*300小药卷,其余炮孔采用φ32*200药卷。
在洞内装药时根据围岩类别、岩层硬度、渗水情况来选择炸药类别、数量。
炸药分乳化和硝铵两种,同时在装药时要装密室。
⒌
堵塞
把已经装好的炸药用黏土、沙或混合材料封闭起来,保证炸药的
充分反应,使之放出最大能量。
⒍
引爆、检查
为了提高安全系数,施工中全部采用电雷管、专用线路引爆。
引爆时必须使用防暴器,不得使用其它线路来代替,同时切断电源保证安全。
引爆顺序为:
①掏槽孔②扩槽孔③崩落孔④底板孔和周边孔。
在引爆30分钟后,施工人员应到现场检查安全隐患,若发现
哑炮、瞎炮要及时处理,还应安排撬挖人员进入现场,人工撬除边顶危石并做好其他安全工作。
㈡光面爆破
光面爆破是根据设计图纸,沿开挖线布置小孔径,密间距的周边炮孔,采用空隙装药;
进行弱震爆破,炸除松动炮孔和周边孔间保护层的岩石形成光面,达到预期效果的爆破方法。
针对岩石坚固程度,初次选用如下爆破参数:
周边孔间距a=(15-10)d=(15-10)×
32mm=480~320mm
密集系数m=a/W=0.65~1.0,初
最小抵抗线W=600~400mm
岩石坚固
系数f
不偶合系数
k
装药量
q(g/m)
炮孔间距
a(cm)
最小抵抗线
W(m)
2~4
50~125
4~6
100~200
0.45~.035
6~10
150~250
在施工中可按照选定的参数总结每次爆破效果,测量半径和轮廓不平整,不断调整光爆参数。
2.施工的主要技术措施:
①—0.95内,岩石的牢固系数越小取值越大,反之,取值越小。
但W以不超过0.8m为宜,
②边孔装药量较一般爆破装药量少一半以上,以保证弱震效果。
可间隔装药,形成空隙药包结构(即装一节0.25kg的药卷,再每隔0~20厘米装0.1kg的细药卷,可将药卷绑在竹片上减少炸药威力,亦可在炸药内掺入15%的锯木屑,导爆索连接。
或装直径Φ32半节的药卷,间隔装药,用导爆索串连绑扎在竹片上进行装药,非电毫秒雷管引爆,周边光面齐爆。
③光面爆破的起爆程序是先掏槽,次崩落,后周边,段内同时起爆,段与段间分段延期起爆。
㈢Ⅱ、Ⅲ类围岩施工支护
Ⅱ级围岩采用素喷施工支护,素喷C20早强砼封闭开挖轮廓,喷射砼厚8cm。
根据围岩情况和地质构造局部可设法向锚杆和挂网。
Ⅲ级围岩采用喷锚施工支护,拱部设φ25中空注浆锚杆,长3.0m,边墙设砂浆锚杆长3.0m,纵向间距1.0m,环向间距1.2m,拱墙部挂钢筋网(φ8),间距20×
20cm,喷C20早强速凝砼15cm厚。
围岩施工支护,在松软或破碎带,为了防止岩石冒落,超前于掘进工作面进行的支护。
利用锚杆将松动岩体或较软弱岩体联结在稳定的岩体上。
类别多样,为施工安全起见所设置的支护方法大体上有:
⒈系统锚杆:
系统锚杆有砂浆锚杆和中空注浆锚杆。
锚杆支护,超前锚杆是沿开挖轮廓线,以较大的外插角,向开挖面前方安装锚杆,形成对前方围岩的预锚固(预支护),在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。
超前支护、注浆加固围岩和堵截水,主要适用于围岩应力较小,地下水较少、岩体软弱破碎,开挖面有可能坍塌的隧道中,松散地层结构松散,稳定性差,若有地下水时则更甚。
(1)砂浆锚杆施工方法:
采用锚杆台车钻锚杆孔,人工安装锚杆。
利用高压风或水清孔,完成后采用后退式注浆,以保证孔内浆液饱满。
施工技术措施:
孔径要与锚杆直径相匹配,锚杆孔径应大于设计的锚杆直径15mm;
孔深一般比锚杆稍长一些(10cm以上);
孔向应按设计方向钻进,垂直岩面;
锚杆规格、长度、直径符合设计要求,锚杆杆体除锈除油。
(2)中空注浆锚杆:
施工方法同砂浆锚杆施工。
采用电动注浆机注浆,当注浆压力达到设计终压不少于20分钟,进浆量仍达不到注浆终量时,亦可结束注浆,并保证锚杆孔浆液注满。
最后在综合检查判定注浆质量合格后,用专用螺帽将锚杆头封堵,以防浆液倒流管外。
(3)技术措施:
①砂浆锚杆选用II级螺纹钢筋,钢筋直径16~25,长1.5~4m,一般采用Φ22㎜,按设计尺寸进行加工锚杆,并调直除锈。
②根据岩层走向选择眼位锚杆必须与岩体主结构面成较大角度布置,当主结构面不明显时,与隧道周边轮廓垂直呈梅花形布置。
在施工中可根据实际进行一定的调整。
局部锚杆的锚孔轴线方向应与可能滑动面的倾向相反,其与滑动面的交角应大于45°
。
③在钻眼中,间距:
不大于锚杆长度的二分之一(不良围岩不大于1.25m)
要专人指导和监督。
防止操作工人乱钻眼,少钻眼,不按技术要求施工。
保证开孔偏差小于10厘米,钻孔方位角偏差小于2°
④锚杆孔钻头直径比锚杆直径大15mm以上,锚孔必须达到设计深度。
⑤砂浆锚杆的水泥砂浆应采用标号不低于P.O.42.5的普通硅酸盐水泥。
砂采用最大粒径小于2.5mm的中细砂。
⑥——2.5Mpa。
⑦
每根锚杆的抗拔力不得低于设计规定,并不应低于50KN,每300根锚杆必须抽样一组进行抗拔立试验,每组不少于3根,并符合《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ--85)的规定。
⑧对于钢筋网施工,钢筋网沿开挖面铺设,与岩石距离3~5cm。
捆扎牢固,在有锚杆的部位应用焊接法把钢筋网与锚杆联结成整体。
2.
喷混凝土支护,喷射混凝土有C25素喷混凝土、C25网喷混凝土、C25聚酯纤维喷混凝土三种类型。
混凝土与围岩共同工作,改善支护工作条件,也加固了围岩。
喷了混凝土,隔绝围岩与大气的接触,堵塞渗水通道,给围岩的自身稳定性创造了有利的条件。
开挖完成后应立即对岩面喷射砼,以防岩体发生松驰。
喷射砼采用湿喷工艺。
(1)施工方法:
喷射混凝土采用湿喷机,混凝土由洞外拌和站集中拌料,根据需要掺入聚酯纤维,混凝土运输车运到工作面。
喷射混凝土前,用水、高压风将岩面粉尘和杂物进行清洗,喷射作业分段、分片、由下而上顺序进行,严格按照喷射混凝土的施工规范进行混凝土的喷射。
初喷混凝土厚度3~5cm。
锚杆、钢筋网、钢架等安装完后进行复喷混凝土作业,喷至设计厚度。
(2)施工技术措施:
①喷射作业现场,应做好下列准备工作:
a用高压风水将受喷面冲洗干净;
对遇水易潮解、泥化的岩层,则应用高压风清扫岩面。
若受喷面被污染,应按设计要求进行处理。
b埋设控制喷射混凝土厚度的标志。
喷射前处理危石,检查开挖断面净空尺寸。
c作业区应安设充足的照明设施,具有良好的通风条件。
喷射作业前,应对机械设备、风、水管路、输料管路和电气线路等
进行全面检查,并进行试运转。
②喷射作业:
作业时,喷头宜垂直于受喷面,喷头距受喷面的距离为1.0~1.5m。
喷射顺序应自下而上,S型喷射方式分层喷射,分段长度不宜大于6m。
分层喷射时,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行,若终凝1h后再进行喷射时,应先用风水清洗喷层表面。
一次喷射厚度:
拱部为60~100mm,侧壁为80~150mm。
a有钢架时
;
钢架与围岩间的间歇必须用喷射混凝土充填密实,先喷射钢架与围岩间的间歇,后喷射钢架与钢架间的混凝土,各种形式的钢架应全部被喷射混凝土覆盖,保护层厚度不得小于40mm。
b对有涌水、渗水或潮湿的岩面喷射前应按不同情况进行处理:
大股涌水宜采用注浆堵水后再喷射混凝土;
小股水或裂隙渗漏水宜采用岩面注浆或导管引排后再喷射混凝土;
喷射时,应从远离渗漏水处开始,逐渐向渗漏水处逼近,将散水集中,安设导管,使水引出,再向导管逼近喷射;
大面积潮湿的岩面宜采用粘结性强的混凝土,如添加外加剂、掺合料以改善混凝土的性能。
c喷射混凝土的回弹率:
侧壁不应大于15%,拱部不应大于25%。
在喷射下台阶侧壁时,需将上半断面喷射时的回弹物清理干净,防止将回弹物卷入下部喷层中形成“蜂窝”而降低支护强度。
d喷射混凝土终凝2h后,应喷水养护,时间不得少于14d。
喷水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为度。
围岩条件不允许喷水养护或气温低于+5℃时时,宜采用喷雾养护。
e施工中经常检查出料弯头、输料管和管路接头,发现堵管时立即关机。
f在渗水严重地段,应先治水,防止岩面有流水或严重渗水破
坏砼强度及与岩石粘结强度。
3.
钢筋网施工
钢筋网人工洞外加工,洞内人工安装。
钢筋网一般采用φ8@200×
200mm,部分极其破碎洞段可根据监理指示采用φ8@150×
150mm或者φ8@100×
搭接长度不小于10cm。
安装过程中,将网片焊接在锚杆上,锚杆施作好后进行钢筋网的铺装,钢筋网应随高就低紧贴初喷面,用冲击孔打浅孔埋膨胀螺栓,钢筋网固定于螺栓上,并与锚杆尾部焊接。
①锚喷联合支护中的钢筋网的钢材质量、网格尺寸,应满足设计要求。
钢筋使用前应做除锈、除污处理。
②钢筋网的铺设应设在第一次喷射砼和锚杆施工后进行。
宜沿开挖面铺设,采用钢钎或木柱将网片顶至密贴岩面,并应与锚杆(或插筋、钢架)连接固定。
③采用双层钢筋网时,第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。
④喷混凝土时,减小喷头至受喷面距离和风压,以减少钢筋网振动,降低回弹。
⑤喷射混凝土必须填满钢筋与岩面之间的空隙,并与钢筋粘结良好。
钢筋混凝土保护层厚度应符合设计要求,锚杆、钢筋头不允许外露。
4.喷混凝土+锚杆支护,用于强度不高或完整性很差的岩层。
5.喷混凝土+锚杆+钢筋网支护,对于软弱的不良地质岩层的喷锚支护中,一般加设钢筋网以承受拉应力,提高喷混凝土层的强度,并减少温度裂缝。
6..必要时上台阶底部和中部设工字钢临时钢架,防止围岩坍塌。
㈣.Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖施工。
Ⅳ、Ⅴ类围岩根据实际情况选用台阶法钻爆施工。
,主要分上下台阶进行开挖,上台阶和下台阶间距控制在3m以内。
Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖、支护密切配合,在喷混凝土+锚杆+钢筋网支护的前提,增加钢拱架相结合并进行全断面喷锚。
断层带采用钢拱架结合超前小导管支护。
台阶法钻爆施工顺序如下:
隧洞台阶法施工工艺流程图
:
测量放线
→开挖上台阶(含翻碴)
→初喷上台阶、挂网支护
→
下台阶测量放线
→开挖下台阶(部分出碴)
→下台阶初喷、挂网
复喷上、下台阶砼
下一个循环
土方开挖为测量放线后直接采用挖机进行分层开挖,采用人工风镐配合挖掘机开挖,开挖时尽量减少对周围土体的扰动,挖后及时支护。
洞内开挖工程中,如含水量大,土方易掉块,应采用超前锚杆、超前排水的措施进行排水、超前支护。
2.Ⅳ、Ⅴ级围岩台阶法开挖爆破参数设计
炮眼直径d取42mm。
炮眼深度L=1.7m,掏槽孔比其它孔深0.3~0.5m。
不偶合系数:
根据经验,周边眼不偶合系数在1.5~2.0范围光爆效果最好。
据此周边眼选用Φ25mm药卷(长165mm,80g/卷)。
其它部位炮眼选用Φ32mm药卷(长200mm,重150g/卷)。
周边眼距E与抵抗线W:
E取50cm。
E/W一般为0.6~1.2,结合本隧道地质特征,
W取65cm。
线装药系数I:
周边眼线装药系数取为160g/m。
其它孔单孔装药量:
按公式q=k〃a〃w〃L〃λ计算
其它孔孔距a:
取a=18~25d
以上参数在实际施工中要根据具体地质作局部调整,完善爆破设计。
⒊掏槽方式:
采用楔形掏槽。
⑴装药结构:
周边眼采用空气间隔不耦合装药,光爆药卷每隔一定距离绑扎在定位竹片上,导爆索连接。
其它眼采用连续装药方式。
⑵起爆网路:
采用孔内微差控制爆破,电雷管起爆。
微差时间用1~11段非电毫秒雷管控制,起爆顺序为:
掏槽眼→扩槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼。
进行爆破试验并不断修正设计爆破参数,以达到最佳爆破效果。
成立爆破作业小组,实行定人、定位、定标准的岗位责任制,确保正常实施.
⑶钻孔作业方法步骤:
①钻孔前,钻工要熟悉炮眼布臵图,严格按照钻爆设计实施。
②定人、定位、对周边眼、掏槽眼由经验丰富的司钻工司钻。
③严格控制炮眼间距,误差不得大于5cm,方向相互平行,严禁相互交错,软岩开挖轮廓要圆顺、符合隧道设计轮廓线尺寸的要求。
④严格控制周边眼钻孔外插角度,相邻两茬炮之间错台允许10~15cm。
⑷爆破作业的技术要求
①装药作业要定人、定位、定段别。
②装药前,所有炮眼必须用高压风吹净尘沫。
③严格按设计的装药结构和药量装药。
④严格按钻爆设计的联接网络实施。
超挖部分应用同级混凝土或同级片石混凝土回填,严格控制开挖断面,严禁欠挖,仅在岩石完整、抗压强度大于30Mpa,确认不影响衬砌结构的稳定和强度时,岩石个别突出部分(每平方米内不大于0.1平方米),可侵入衬砌,侵入量不大于5cm,拱脚、墙脚以上1米范围内严禁欠挖
4.支护
Ⅳ、Ⅴ级围岩喷锚施工支护紧跟开挖实施,采用钢拱架、注浆锚杆、挂网、喷射砼联合支护,断层带结合超前小导管支护。
即拱部设φ25中空注浆锚杆,长4.0m,边墙设砂浆锚杆长4.0,环向间距,拱墙部挂钢筋网(φ8),间距20×
20cm,喷C20早强速凝砼28cm厚,并加设型钢钢架。
注浆锚杆、挂网、喷射砼同Ⅱ、Ⅲ类围岩施工支护。
隧道钢架支护分为型钢钢架和格栅钢架两种,型钢钢架采用I22型I18型工字钢弯制而成,主要用于IV级、V级围岩段。
格栅钢架主要由四根Φ22主筋和其他钢筋制成,成正方形截面,用钢板连接而成,主要用于IV级围岩段,钢架是初期支护对软弱围岩的主要加固体,设计在V级围岩和IV级围岩型钢钢架安装间距一般为30cm~150cm。
在IV级围岩格栅钢架也有100cm和120cm两种安装间距。
钢架之间采用Φ22钢筋连接,单层钢筋网片靠钢架内侧焊接于锚杆上。
⑴工字钢拱架制作安装:
钢架由拱部,边墙各单元钢构件拼装而成。
各单元螺栓连接。
根据开挖方法和步骤分部分片安装,为了使左右侧支护上部拱架便于与下部连接,安装拱部钢架时在拱脚处垫上垫板和砂垫层并用锁脚锚杆锁固。
钢架间设置φ22mm的纵向连接钢筋,并按环向间距1.0m内外层交错设置。
钢支撑根据现场地质情况设置。
钢支撑在加工厂内采用型钢弯曲机进行成型加工,在胎模内分节焊接加工,加工好后运至现场组装,与系统锚杆焊接固定,应按《钢结构工程及验收规范》GB50205-95的规定执行,确保各类焊缝及螺栓连接质量。
格栅钢架在现场设计的工装台上加工。
工作台为δ=20mm的钢板制成,其上根据不同断面的钢架主筋轮廓放样成钢筋弯曲模型。
钢架的焊接在胎模内焊接,控制变形。
按设计加工好各单元格栅钢架后,组织试拼,检查钢架尺寸及轮廓是否合格。
⑵钢架安装技术措施:
a安装钢架前要准确吊中线,定拱部标高,控制钢架中心及半宽尺寸、高度,对拱脚支垫填实,每节之间采用4个螺栓进行连接,连接板应密贴。
同时每榀钢架拱脚处必须打设4根锁脚锚杆将其锁定。
b钢架按设计要求安装,安装尺寸允许偏差:
横向和高程为±
5cm,垂直度±
2°
,间距±
10cm。
钢架的下端设在稳固的地层上,拱脚高度低于上部开挖底线以下15~20cm。
c拱脚开挖超深时,加设钢板或混凝土垫块。
d安装后利用锁脚锚杆定位。
e超挖较大时,拱背喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,
钢架与初喷混凝土务必紧密接触。
但应留3~4cm间隙作混凝土保护层,控制其变形的进一步发展。
f钢架与钢架之间采用φ22钢筋纵向连接,间距严格安设计要求施做,钢架应与设计径向锚杆的尾部焊接牢固,以便形成整体受力结构。
g安装完成后喷混凝土覆盖。
钢架架立后应尽快施作喷射混凝土,并将钢架全部覆盖,使钢架与喷混凝土共同受力。
喷射混凝土应分层进行,每层厚度5-6cm左右,先从拱脚或墙脚向上喷射,以避免回弹料虚掩拱脚(墙脚)而不密实,强度不够,造成拱脚(墙脚)失稳。
⑶钢支撑验算
Ⅳ、Ⅴ级围岩施工中钢支撑间距布置,一般为0.3~m,根据需要,具体结构验算如下:
在不稳定、极不稳定的围岩
a、垂直均布荷载可初步按下式确定
q=0.45*2s-1γw
查V级围岩容重γ为17~20KN/M2,取最大值20KN/M2。
s=5
∴q=0.45*24*20*0.6=86Kpa
b、判断深、浅埋,并计算垂直均布荷载
等效高度hq=q/γ
在矿山法施工条件下Ⅳ~Ⅵ级围岩深、浅埋分界深度
∵现场施工埋深普遍大于9m,即接近或者超过分界深度
∴按深埋最不利情况分析,根据公式qmax=γBt/(4λtanθ)
查表知tanθ≈
λ=(tanβ-tanΨg)/{tanβ[1+tanβ(tanΨg+tanθ)+tanΨgtanθ]}
其中,Ψg=45度,tanΨg=1,
tanβ=tanΨg+[(tan2Ψg+1)tanΨg/(tanΨg-tanθ
代入上式得λ=0.27圆拱受力最大宽度为Bt=3m
∴qmax=γBt/(4λtanθ
c、最大应力验算,确定型钢规格
∵·
M
Q235钢设计强度为215Mpa(1Mpa=1000KN/M2)
根据力学公式δ=M/W
∴截面抵抗矩W=M/δ·
M/(215000KN/M2)
=0.0.427*10-3m3
=427cm3
按每延米2榀工字钢钢架计算,每榀钢架的截面抵抗矩为427/2=213cm3
查工具表知20a工字钢的最大截面抵抗矩为237cm3>213cm3
∴可采用20a工字钢每延米布置2榀钢架。
5.超前小导管施工
⑴在不良地段,对断层破碎带、软弱夹层等地质施工
①采用打超前小导洞首先穿过断层破碎带以探明其影响规模同时通过开挖导洞更好的了解破碎带围岩的实际情况对正确处理断层影响带提供可靠的原始地质资料。
②采用超前锚杆进行预支护在预支护的保护下采用“短进尺、弱爆破、强支护、常观察”的施工原则进行施工。
破碎带较软弱时预支护稳定后、可直接采用挖掘机或人工挖除。
③~紧跟进行喷混凝土固壁或钢支撑施工直至通过断层影响带。
施工过程中经常检查支护情况发现异常及时进行加固处理。
⑵小导管布设工艺:
①材料选用与制作:
采用Φ42热轧钢管,长~m,,钢管前端呈尖锥状,尾部焊上φ6mm的加劲箍,除尾部50~100cm不布眼作为止浆段,其余均在管壁上每隔15cm交错钻眼,眼孔直径6~8mm
,小导管在结构件加工工厂制作。
②安装:
环向间距30cm/40cm,纵向每2榀钢
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