CN109296382B - 一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法 - Google Patents

一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，属于地下工程建设领域，本发明先进行主洞开挖支护，对支洞开口锁口后，再按照最远支洞、最近支洞、中间支洞的开挖顺序间隔开挖支护，并且支护紧跟开挖，第一顶拱层开挖采用光面爆破，底板预留保护层采用光面爆破。开挖支护技术成型质量好，洞室开口成型质量好，有效控制超欠挖，爆破开挖后、喷锚支护紧跟掌子面，其施工安全有保障，可有效控制超欠挖及围岩爆破松动圈；减少了发生岩体失稳、震裂、松动、塌方等安全事故，提高施工安全性及经济效益。

Description

一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法
技术领域
本发明属于地下工程建设领域，具体地说，涉及一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法。
背景技术
随着我国地下空间的开拓发展，在水利水电、公路、港口等地下工程建设中，洞室埋深大，岔口结构越来越普遍，大跨度平斜交四岔口随之出现。大埋深、高地应力、大跨度平斜交四岔口结构跨度大，岩柱较薄不易成型，斜交岔口宽度大，高度高，有的平斜交岔口宽度达30余米，高度达18米，诸如四川雅砻江两河口水电站尾水支洞与尾水隧洞四岔口，其洞室埋深大、地应力高，此类特殊结构的设计支护参数、开挖施工方法各不相同，不科学的设计支护参数、开挖支护施工方法，岔口部位开挖支护可能发生岩体失稳、震裂、松动、塌方等安全事故，存在较大的安全隐患，影响施工进度和经济效益。
因此，急需一种科学、合理的设计支护参数及安全、优质、高效的开挖支护方法。
发明内容
为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出了一种针对大埋深、高地应力、Ⅲ类围岩、大跨度地下洞室特殊结构特征以及施工过程中的应力分布特征，适用于大跨度地下洞室平斜交四岔口设计及施工的开挖支护方法，以减少发生岩体失稳、震裂、松动、塌方等安全事故，提高施工安全性及经济效益。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，具体步骤为：
1）选择主洞A的位置，并在同一侧分别设计3条相互平行且斜交于主洞A的支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD；
2）主洞A第一层沿设计轮廓线开挖支护至最远支洞ⅠB弯段起点；
3）主洞A第一顶拱层开挖支护完成后，对支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的开口进行锁口支护；
4）依据步骤1中的开挖支护方法，依次对最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD、中间支洞ⅡC的第一顶拱层进行开挖支护，行车电脑更分序、错距、间隔开挖方式；
5）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的第一顶拱层开挖支护完成后，进入第二层全断面开挖支护，第二层全断面开挖支护按照步骤2-4的开挖支护顺序进行，主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层；
6）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层采用光面爆破。
进一步，步骤1）中，采用手风钻配合钻爆台车造孔或采用大型凿岩钻爆台车造孔，实施光面爆破，并且支护紧跟开挖。
进一步，所述的支护紧跟开挖，形成平面多工序平行施工，支护采用三臂凿岩台车造孔，人工配合登高设备进行锚杆安装、注浆及挂网支护。
进一步，在各个开挖过程中，采用装载机或反铲装配合自卸车出渣，采用反铲进行清理底部岩面，以方便下一循环造孔，并保证开挖质量。
进一步，步骤5）中，第二层全断面开挖支护采用超前垂直预裂爆破、水平排炮爆破开挖方式。
本发明的有益效果：
本发明先进行主洞开挖支护，对支洞开口锁口后，再按照最远支洞、最近支洞、中间支洞的开挖顺序间隔开挖支护，并且支护紧跟开挖，第一顶拱层开挖采用光面爆破，底板预留保护层采用光面爆破。开挖支护技术成型质量好，洞室开口成型质量好，有效控制超欠挖，爆破开挖后、喷锚支护紧跟掌子面，其施工安全有保障，可有效控制超欠挖及围岩爆破松动圈；减少了发生岩体失稳、震裂、松动、塌方等安全事故，提高施工安全性及经济效益。
附图说明
图1为本发明开挖支护方法示意图；
图2为本发明开挖支护方法平面图；
图3为本发明开挖支护方法剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，具体步骤为：
1）选择主洞A的位置，并在同一侧分别设计3条相互平行且斜交于主洞A的支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD；
2）主洞A第一层沿设计轮廓线开挖支护至最远支洞ⅠB弯段起点；
3）主洞A第一顶拱层开挖支护完成后，对支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的开口进行锁口支护；
4）依据步骤1中的开挖支护方法，依次对最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD、中间支洞ⅡC的第一顶拱层进行开挖支护，行车电脑更分序、错距、间隔开挖方式；
5）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的第一顶拱层开挖支护完成后，进入第二层全断面开挖支护，第二层全断面开挖支护按照步骤2-4的开挖支护顺序进行，主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层；
6）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层采用光面爆破。
进一步，步骤1）中，采用手风钻配合钻爆台车造孔或采用大型凿岩钻爆台车造孔，实施光面爆破，并且支护紧跟开挖。
实施例
一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，具体步骤为：
如图1-3所示，主洞A、主洞A第一顶拱层开挖支护1、支洞锁口支护2，支洞ⅠB第一顶拱层开挖支护3、支洞ⅢD第一顶拱层开挖支护4、支洞ⅡC第一顶拱层开挖支护5、主洞A第二层开挖支护6、支洞锁口支护7、支洞ⅠB第二层开挖支护8、支洞ⅢD第二层开挖支护9、支洞ⅡC第二层开挖支护10、支洞中心线11、第一层与第二层开挖分层线12、底板保护层开挖分层线13。
1）选择主洞A的位置，并在同一侧分别设计3条相互平行且斜交于主洞A的支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD。
2）主洞A第一顶拱层沿设计开挖轮廓线开挖支护至最远支洞ⅠB的弯段起点，采用手风钻和钻爆台车造孔或采用大型凿岩台车(诸如三臂凿岩台车)直接造孔，周边按设计轮廓线实施光面爆破，周边孔及其他爆破孔距、装药、联网严格按爆破设计参数控制，且喷锚支护紧跟开挖。爆破孔孔径为Φ50mm或Φ56mm，周边孔孔距50～60cm，直段3m左右一个循环进尺，弯段1m左右一个循环进尺，周边光爆破孔采用竹片间隔装药，并由爆破技术员装药、联网，严格执行“三准”爆破制度，其喷锚支护紧跟开挖，以保证实现一排一支护，开挖爆破后至少要完成岩面初喷5cm厚、C25钢纤维混凝土及设计系统锚杆，随后，最多滞后2～3排炮挂钢筋网（一般挂φ6.5mm@15×15cm钢筋网）、喷C25混凝土至设计厚度15～20cm，系统锚杆施工时并注意锚杆孔向尽量与岩层夹角垂直。
3）主洞A第一顶拱层开挖支护完成后，对支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的开口进行锁口支护，至少设置2排锁口锚杆，但其角度有所不同。
4）依据步骤1中的开挖支护方法，依次对最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD、中间支洞ⅡC的第一顶拱层进行开挖支护，行车电脑更分序、错距、间隔开挖方式；采用光面爆破依次对最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD、中间支洞ⅡC的第一共顶层进行开挖及支护，支洞ⅠB、支洞ⅢD、支洞ⅡC转弯处1.0m左右一个循环进尺，直线段3m左右一个循环进尺，最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD可同步错距15m左右进行开挖支护；并在两个岩柱隔墩提前埋设部分临时或永久的收敛计、锚杆应力、多点位移计等安全监测仪器，以便监测岩柱隔墩应力应变情况，并及时优化调整支护参数。中间支洞ⅡC滞后最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD15m开挖距离左右进行开挖支护。
对支洞开口先进行锁口后开挖，保证支洞开口成型质量。并且，三个相邻最远支洞ⅠB、最近支洞ⅢD、中间支洞ⅡC采用分序、错距、间隔开挖的方式，能够确保岩柱稳定和成型。
5）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD的第一顶拱层开挖支护完成后，进入第二层全断面开挖支护，第二层全断面开挖支护按照步骤2-4的开挖支护顺序进行，主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层；采用超前沿两侧边墙轮廓线一次性预裂爆破至底板高程，水平排炮爆破开挖，底板轮廓线预留1.5m厚保护层。第二层全断面开挖支护采用预裂爆破有利于开挖轮廓的形成质量及释放应力。
6）主洞A、支洞ⅠB、支洞ⅡC、支洞ⅢD底板预留保护层采用光面爆破。
在本发明中，所述的支护紧跟开挖，形成平面多工序平行施工，支护采用三臂凿岩台车造孔，人工配合登高设备进行锚杆安装、注浆及挂网支护。
在各个开挖过程中，采用装载机或反铲装配合自卸车出渣，采用反铲进行清理底部岩面，以方便下一循环造孔，并保证开挖质量。
本发采用分层开挖，为下一层开挖增加了一个临空面，有效控制了爆破振动，并注意弯段进尺按照短进尺控制。
本发明先进行主洞开挖支护，对支洞开口锁口后，再按照最远支洞、最近支洞、中间支洞的开挖顺序间隔开挖支护，并且支护紧跟开挖，第一顶拱层开挖采用光面爆破，底板预留保护层采用光面爆破。开挖支护技术成型质量好，洞室开口成型质量好，有效控制超欠挖，爆破开挖后、喷锚支护紧跟掌子面，其施工安全有保障，可有效控制超欠挖及围岩爆破松动圈；减少了发生岩体失稳、震裂、松动、塌方等安全事故，提高施工安全性及经济效益。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，其特征在于：具体步骤为：
1）选择主洞（A）的位置，并在同一侧分别设计3条相互平行且斜交于主洞（A）的支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅱ（C）、支洞Ⅲ（D）；
2）主洞（A）第一层沿设计轮廓线开挖支护至最远支洞Ⅰ（B）弯段起点；采用手风钻配合钻爆台车造孔或采用大型凿岩钻爆台车造孔，实施光面爆破，并且支护紧跟开挖，支护紧跟开挖，形成平面多工序平行施工，支护采用三臂凿岩台车造孔，人工配合登高设备进行锚杆安装、注浆及挂网支护；爆破孔孔径为Φ50mm或Φ56mm，周边孔孔距50～60cm，直段3m左右一个循环进尺，弯段1m左右一个循环进尺，周边光爆破孔采用竹片间隔装药；
3）主洞（A）第一顶拱层开挖支护完成后，对支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅱ（C）、支洞Ⅲ（D）的开口进行锁口支护；至少设置2排锁口锚杆，但其角度有所不同；
4）依据步骤1）中的开挖支护方法，依次对最远支洞Ⅰ（B）、最近支洞Ⅲ（D）、中间支洞Ⅱ（C）的第一顶拱层进行开挖支护，行车电脑更分序、错距、间隔开挖方式；采用光面爆破依次对最远支洞Ⅰ（B）、最近支洞Ⅲ（D）、中间支洞Ⅱ（C）的第一共顶层进行开挖及支护，支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅲ（D）、支洞Ⅱ（C）转弯处1.0m左右一个循环进尺，直线段3m左右一个循环进尺，最远支洞Ⅰ（B）、最近支洞Ⅲ（D）同步错距15m左右进行开挖支护；并在两个岩柱隔墩提前埋设部分临时或永久的收敛计、锚杆应力、多点位移计，以便监测岩柱隔墩应力应变情况，并及时优化调整支护参数；中间支洞Ⅱ（C）滞后最远支洞Ⅰ（B）、最近支洞Ⅲ（D）15m开挖距离左右进行开挖支护；
5）主洞（A）、支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅱ（C）、支洞Ⅲ（D）的第一顶拱层开挖支护完成后，进入第二层全断面开挖支护，第二层全断面开挖支护按照步骤2-4的开挖支护顺序进行，主洞（A）、支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅱ（C）、支洞Ⅲ（D）底板预留保护层；采用超前沿两侧边墙轮廓线一次性预裂爆破至底板高程，水平排炮爆破开挖，底板轮廓线预留1.5m厚保护层；第二层全断面开挖支护采用预裂爆破有利于开挖轮廓的形成质量及释放应力；第二层全断面开挖支护采用超前垂直预裂爆破、水平排炮爆破开挖方式；
6）主洞（A）、支洞Ⅰ（B）、支洞Ⅱ（C）、支洞Ⅲ（D）底板预留保护层采用光面爆破。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度地下洞室平斜交四岔口开挖支护方法，其特征在于：在各个开挖过程中，采用装载机或反铲装配合自卸车出渣，采用反铲进行清理底部岩面，以方便下一循环造孔，并保证开挖质量。
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