CN111550249A - 一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法，包括：对整个穹顶范围的上部岩体采用锚杆进行预锚固；将竖井井筒沿上部开挖断面体型继续向下开挖一定深度，对于非倒悬部位的井壁进行锚喷支护；在倒悬穹顶区域的中部进行掏槽开挖，开挖完成后进行临时锚喷支护；在掏槽开挖形成的空间内，进行正反切扩挖并支护；在已开挖支护完成的区域内向两侧沿水平圆弧方向采用光面爆破开挖到设计体型，最终开挖完成。本发明保障了开挖体型的成型效果，减小了围岩扰动，实现了开挖过程中的即挖即支问题，保障了施工安全。

Description

一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法
技术领域
本发明涉及一种竖井开挖技术领域，具体是一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法。
背景技术
调压井是水电站建设中常用的一种构筑物，一般为山体内垂直向下开挖一定的深度形成井筒，其直径及深度等根据设计地质、水力工况等综合确定。调压井是将管道中的水流的惯性动能转化为调压井中水的势能(井中水位升高)，使得受水击(水锤)影响的管段尽可能短。调压井中的水位会往复的升降，并在水流阻力作用下逐步衰减。
国内外常见的竖井设计体型为圆形且井内上下断面基本保持一致，随着竖井井挖行业的技术进步和功能需求、设计方案的优化等因素影响，竖井在设计时其体型结构也逐渐的复杂，这就要求开挖施工方法进行不断的创新，以满足复杂体型结构的开挖体型保障以及施工期间的作业安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法，针对竖井内倒悬穹顶的体型特点，采用一系列的施工措施，保障了开挖体型的成型效果，减小了围岩扰动，实现了开挖过程中的即挖即支问题，保障了施工安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法，包括以下步骤：
步骤1：在倒悬穹顶开挖前对整个穹顶范围的上部岩体采用锚杆进行预锚固；
步骤2：将竖井井筒沿上部开挖断面体型继续向下开挖一定深度，对于非倒悬部位的井壁进行锚喷支护；
步骤3：在倒悬穹顶区域的中部进行掏槽开挖，开挖进尺小于等于倒悬体径向宽度的一半，掏槽顶部采用光面爆破开挖到设计轮廓线，开挖完成后进行临时锚喷支护；
步骤4：在掏槽开挖形成的空间内，向一侧沿水平圆弧方向进行扩挖，采用光面爆破逐渐扩挖到设计体型，即正切，开挖到设计体型的部位立即进行临时锚喷支护；
步骤5：进行反向扩挖，向另外一侧沿水平圆弧方向采用光面爆破将之前掏槽部位未开挖到设计体型的部分扩挖到设计体型，即反切，开挖完成后进行锚喷支护；
步骤6：在已开挖支护完成的区域内向两侧沿水平圆弧方向采用光面爆破开挖到设计体型，逐渐将整个圆弧穹顶开挖完成。
进一步地，在步骤4至步骤6的开挖过程中，采用短进尺光面爆破的开挖方法，每爆破进尺一次，支护一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)保障了倒悬穹顶部位的危险岩体的稳定；
2)满足了竖井内双曲面倒悬穹顶的设计体型要求，保障了开挖成型效果；
3)即挖即支保障了施工安全；
4)采用本开挖方法，开挖体型轮廓控制精度高，平均超欠挖控制在±10cm以内。
附图说明
图1是本发明一种含倒悬闸室的异形断面调压井立体剖切示意图。
图2是本发明一种含倒悬闸室的异形断面调压井平面图。
图3是图2中A-A处剖视图。
图4是图2中B-B处剖视图。
图5是本发明一种含倒悬闸室的异形断面调压井立体示意图。
图6是本发明一种含倒悬闸室的异形断面调压井混凝土浇筑结构示意图。
图7是本发明中倒悬穹顶开挖进程立面图。
图8是图7中C-C处剖视图。
图中：调压井井筒1；倒悬闸室穹顶2；倒悬闸室3；发电洞4；引水洞5；调压井边坡6；交通洞7；阳角8；阴角9；预锚固锚杆10；辐射穹顶锚杆11；井壁系统锚杆12；掏槽13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1至图6所示某工程调压井，其开挖直径最大为50.8米，开挖跨度最大为62.4米，开挖深度为133.2米，上部开挖断面面积为1458.9m2，下部为1999.7m2。此调压井具体结构为：调压井上部为调压井井筒1，所述调压井井筒1由圆柱与横截面为扇形的柱体相交而成，调压井井筒1的横截面结构为：由一条左圆弧、一条直线段、一条右圆弧和另一条直线段依次首尾相连接而成，且左圆弧的半径小于右圆弧的半径，直线段与左圆弧相接处为阳角8，直线段与右圆弧相接处为阴角9；在所述调压井井筒1的下端，调压井井筒1前方具有引水洞5，后方具有发电洞4；在所述调压井井筒1下端后方扩挖有倒悬闸室3，所述倒悬闸室3的倒悬闸室穹顶2为向外凸出的双曲穹顶；在所述倒悬闸室3内还具有交通洞7。
以上述调压井为例，采用本发明中的双曲倒悬穹顶开挖方法对其进行开挖，如图7和图8所示，将其双曲倒悬穹顶闸室开挖共分6个区进行开挖，具体开挖方法如下：
(1)、大井开挖至EL513.7高程后停止开挖，然后对整个穹顶范围的上部岩体(竖井井壁)采用
Figure BDA0002491407130000031
L＝12m、@1m×1m锚杆进行预锚固，EL表示高程，@表示间距。
(2)、将竖井井筒沿上部开挖断面体型继续向下开挖至EL510.2(Ⅰ区开挖)，开挖层高3.5米，对于上游井筒非闸室范围的井壁进行系统锚喷支护。
(3)、在倒悬穹顶区域的中部进行掏槽开挖(Ⅱ区开挖)，开挖进尺2.8米，掏槽顶部采用光面爆破开挖到设计轮廓线，开挖完成后进行临时锚喷支护。
(4)、在Ⅱ区开挖完成的基础上，进行Ⅲ区开挖，首先沿着一侧采用光面爆破逐渐扩挖到设计体型(正切)，然后进行反向开挖，向另外一侧沿水平方向采用光面爆破将之前掏槽部位未开挖到设计体型的部分扩挖到设计体型(反切)，开挖到设计体型的部位立即进行临时锚喷支护。
(5)、在Ⅲ区开挖支护完成的基础上，向两侧沿水平圆弧方向采用光面爆破开挖到设计体型(Ⅳ区开挖)，逐渐将整个圆弧穹顶开挖完成。
(6)、因穹顶设计为双曲面，为保证成型曲线，在上述(2)～(5)开挖过程中采用短进尺光面爆破的开挖方法，每爆破进尺一次，支护一次。
(7)、倒悬穹顶部位开挖支护完成后，整个大井进行Ⅴ区开挖，开挖至EL506.7，开挖层高度3.5米，开挖支护方法同竖井开挖支护方法。
(8)、Ⅴ区开挖支护完成后，穹顶下部的空间才具备液压钻造孔和锚杆安装的空间要求，此时采用T35液压钻机进行双曲穹顶锚杆的钻孔工作，在钻机工作之前，将钻机活动节进行改造，使设备具备向上钻孔的能力。钻孔完成后安装辐射状穹顶锚杆，锚杆采用
Figure BDA0002491407130000041
L＝6m、@1×1m，入岩5.9m系统锚杆，锚杆安装完成后进行挂网及喷锚工作，直至完成整个穹顶的永久支护工作，非闸室穹顶区域支护方法同竖井开挖支护方法。
(9)、进行Ⅵ区的开挖支护工作，方法同其他部位竖井开挖支护方法，直至完成整个大井的开挖支护工作。
本发明方法针对双曲倒悬穹顶闸室部位提出结构面稳定性评价、水平锁角预锚加固、径向开槽、环向水平光爆、辐射状岩锚加固的开挖程序，减少了围岩扰动影响，保证了成型效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在倒悬穹顶开挖前对整个穹顶范围的上部岩体采用锚杆进行预锚固；
步骤2：将竖井井筒沿上部开挖断面体型继续向下开挖一定深度，对于非倒悬部位的井壁进行锚喷支护；
步骤3：在倒悬穹顶区域的中部进行掏槽开挖，开挖进尺小于等于倒悬体径向宽度的一半，掏槽（13）顶部采用光面爆破开挖到设计轮廓线，开挖完成后进行临时锚喷支护；
步骤4：在掏槽（13）开挖形成的空间内，向一侧沿水平圆弧方向进行扩挖，采用光面爆破逐渐扩挖到设计体型，即正切，开挖到设计体型的部位立即进行临时锚喷支护；
步骤5：进行反向扩挖，向另外一侧沿水平圆弧方向采用光面爆破将之前掏槽（13）部位未开挖到设计体型的部分扩挖到设计体型，即反切，开挖完成后进行锚喷支护；
步骤6：在已开挖支护完成的区域内向两侧沿水平圆弧方向采用光面爆破开挖到设计体型，逐渐将整个圆弧穹顶开挖完成。
2.根据权利要求1所述的一种竖井内双曲倒悬穹顶开挖方法，其特征在于，在步骤4至步骤6的开挖过程中，采用短进尺光面爆破的开挖方法，每爆破进尺一次，支护一次。
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徐进鹏等: "错动带及柱状节理条件下的大尺寸调压井穹顶施工工法研究", 《水电与新能源》 *

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