CN114233296B - 一种竖井泄洪洞水平段开挖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，步骤1、将泄洪洞水平段从上至下分为上层开挖段、中层开挖段、下层开挖段；步骤2、先采用全断面光面爆破开挖方法分层开挖上层开挖段的上层中导洞，再滞后扩挖上层中导洞两侧的扩挖段完成上层开挖段的挖掘；步骤3、采用全断面光面爆破开挖的方法按照泄洪洞水平段的上游端与下游端朝向泄洪洞水平段的中间的方向同步开挖中层开挖段；步骤4、采用梯段微差爆破开挖的方法先开挖下层开挖段的下层中导洞，然后采用预裂爆破开挖法开挖下层中导洞两侧的边墙段完成下层开挖段的挖掘；本发明具有有效提高泄洪洞水平段的施工效率以及施工安全性的有益效果。
Description
技术领域
本发明属于泄洪洞水平段挖掘施工的技术领域，具体涉及一种竖井泄洪洞水平段开挖方法。
背景技术
在水利水电工程中，泄洪洞是实现快速排出并缓冲水流不可或缺的结构。泄洪洞内部水流速度高、水流量大、受力复杂，因此在对泄洪洞进行施工时需要在保证施工效率的前提下，充分考虑泄洪洞施工的安全性。
现有的泄洪洞水平段的开挖施工大多直接采用全断面光面爆破开挖的方法，即直接针对泄洪洞水平段的开挖端面进行全断面光面爆破后直接进行开挖。上述现有方法虽然保障了泄洪洞水平段的施工挖掘效率，但是在泄洪洞水平段存在受力复杂的情况下，并未充分考虑泄洪洞水平段的施工安全性。在施工过程中通常需要对泄洪洞水平段内部结构进行复杂综合支护，这无疑降低了施工效率也增加了施工成本，同时仅仅通过支护结构，并不能完全保证泄洪洞水平段的施工安全性。
针对现有技术中泄洪洞水平段施工存在的安全性考量不足的缺陷，本发明公开了一种竖井泄洪洞水平段开挖方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，实现对泄洪洞水平段进行高效开挖的同时保证施工安全性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，包括以下步骤：
步骤1、将泄洪洞水平段从上至下分为上层开挖段、中层开挖段、下层开挖段；
步骤2、先采用全断面光面爆破开挖方法分层开挖上层开挖段的上层中导洞，再滞后扩挖上层中导洞两侧的扩挖段完成上层开挖段的挖掘，上层开挖段开挖完成后进行临时支护；
步骤3、采用全断面光面爆破开挖的方法按照泄洪洞水平段的上游端与下游端朝向泄洪洞水平段的中间的方向同步开挖中层开挖段，中层开挖段开挖完成后进行临时支护；
步骤4、采用梯段微差爆破开挖的方法先开挖下层开挖段的下层中导洞，然后采用预裂爆破开挖法开挖下层中导洞两侧的边墙段完成下层开挖段的挖掘，并在下层开挖段的底部施作底板保护层。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤2具体包括：
步骤2.1、按照上层中导洞的岩体主要应力的方向对上层中导洞进行分区得到若干上层中导洞子区域，然后沿平行于泄洪洞轴线的方向在一个上层中导洞子区域的开挖面上钻设轴向爆破孔并对当前上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
步骤2.2、选取相邻于已经开挖的上层中导洞子区域的未开挖上层中导洞子区域，沿平行于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的开挖面上设置轴向爆破孔，沿水平垂直于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的径深面上设置水平爆破孔，然后按照先爆破轴向爆破孔再爆破水平爆破孔的顺序对当前未开挖的上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
步骤2.3、重复上述步骤2.2至上层中导洞开挖完成，然后对上层中导洞施作临时支护；
步骤2.4、在上层中导洞两侧的扩挖段的开挖面上位于开挖轮廓线的区域内设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对两侧的扩挖段进行光面爆破，并滞后上层中导洞挖掘扩挖段至指定深度；
步骤2.5、将扩挖段扩挖至开挖轮廓线，然后对扩挖段进行临时支护。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤2.2中的轴向爆破孔与水平爆破孔之间交错间隔设置，所述轴向爆破孔的轴线与水平爆破孔的轴线之间的间距大于等于40cm。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤2.4中扩挖段的开挖深度滞后于上层中导洞的开挖深度的间距为80cm-100cm。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤2.1与步骤2.2中的轴向爆破孔外围均设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在下层开挖段的开挖端面上位于下层中导洞的开挖轮廓线的内部区域设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对下层中导洞进行梯段微差爆破开挖；
步骤4.2、扩挖下层中导洞至下层中导洞的开挖轮廓线，并对下层中导洞进行临时支护；
步骤4.3、在下层中导洞两侧的边墙段的开挖端面上设置平行于泄洪洞的轴线的轴向爆破孔，然后对边墙段进行预裂爆破开挖。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4.3中，所述边墙段的开挖深度滞后于下层中导洞的开挖深度的间距为40cm-80cm。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4.1中的轴向爆破孔外围设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述临时支护为临时锚杆支护、临时拱架支护、临时挂网喷射砼支护中的任意一种。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明将泄洪道水平段从上之下依次分为上层开挖段、中层开挖段、下层开挖段，采用分层爆破开挖的方式对泄洪道水平段进行开挖，在保证施工进度的同时有效保证泄洪道水平段的开挖安全性；
（2）针对上层开挖段，将上层开挖段分为上层中导洞与两侧的扩挖段，按照先开挖上层中导洞再开挖扩挖端的顺序对上层开挖段进行全断面光面爆破开挖，同时针对上层中导洞按照主要应力方向将上层中导洞分为若干上层中导洞子区域，并采用轴向爆破孔与水平爆破孔结合的方式对上层中导洞进行分区域爆破开挖，不仅有效提高上层中导洞的施工效率，同时使得上层中导洞岩体受力均匀且粉碎度达标，以便进行后续扩挖与出渣；
（3）针对中层开挖段，本发明采用从两端向中间同步进行全断面光面爆破开挖的方式对中层开挖段进行挖掘，大大提高了中层开挖段的施工效率；
（4）针对下层开挖段，本发明通过先对下层中导洞进行梯段微差爆破开挖，再对下层中导洞两侧的边墙段进行预裂爆破开挖，在保证了下层开挖段的施工效率的同时，有效保证下层开挖段的开挖稳定性，进而提升整个泄洪洞水平段开挖的安全性。
附图说明
图1为本发明的步骤流程示意图；
图2为泄洪道水平段开挖示意图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
步骤1、将泄洪洞水平段从上至下分为上层开挖段、中层开挖段、下层开挖段；
泄洪洞总高度为15.6m，宽度为11.2m，下层开挖段为距离地面高度范围为0m≤H3≤2m的区域，中层开挖段为距离地面高度范围为2m＜H2≤8.1m，上层开挖段为距离地面高度范围为8.1m＜H1≤15.6m。需要说明的是，上层开挖段包括泄洪洞顶部弧段以及两侧的边墙。
步骤2、先采用全断面光面爆破开挖方法分层开挖上层开挖段的上层中导洞，再滞后扩挖上层中导洞两侧的扩挖段完成上层开挖段的挖掘，上层开挖段开挖完成后进行临时支护；
将上层开挖段分为中间的上层中导洞以及位于上层中导洞两侧靠近边墙开挖轮廓线的扩挖段。首先开挖上层中导洞，在上层开挖段的开挖端面上位于上层中导洞的开挖轮廓线区域内沿平行于泄洪洞轴线的方向设置若干轴向爆破孔。轴向爆破孔包括沿上层中导洞开挖轮廓线内侧设置的周边爆破孔、靠近上层中导洞中间区域的辅助爆破孔、靠近上层中导洞底部区域的底部爆破孔。相邻的周边爆破孔之间的间距小于等于40cm，相邻的辅助爆破孔之间的间距为70cm-80cm，相邻的底部爆破孔之间的间距为70cm-80cm。周边爆破孔采用竹片间隔装炸药，导爆索联结，周边爆破孔的装炸药量为周边爆破孔深度的20%，辅助爆破孔的装炸药量为辅助爆破孔深度的60%，底部爆破孔的装炸药量为底部爆破孔深度的80%。上层中导洞的开挖进尺为1.5m-3m，辅助爆破孔、周边爆破孔的深度为1.5m-3m，底部爆破孔的深度小于等于3m。填装炸药为φ20×200mm的乳化炸药，爆破材料采用非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆。按照掏槽眼、辅助爆破孔、周边爆破孔、底部爆破孔的顺序对上层中导洞进行全断面光面爆破开挖，然后将上层中导洞扩挖至上层中导洞开挖轮廓线。然后在上层开挖段的开挖端面上对应两侧的扩挖段的开挖轮廓线区域内部按照上述方式设置轴向爆破孔，然后对两侧的扩挖段进行全断面光面爆破开挖，然后对扩挖段进行扩挖至开挖轮廓线。
步骤3、采用全断面光面爆破开挖的方法按照泄洪洞水平段的上游端与下游端朝向泄洪洞水平段的中间的方向同步开挖中层开挖段，中层开挖段开挖完成后进行临时支护；通过两端朝向中间同步开挖的方式对中层开挖段进行开挖，能有效提高中层开挖段的施工效率。
步骤4、采用梯段微差爆破开挖的方法先开挖下层开挖段的下层中导洞，然后采用预裂爆破开挖法开挖下层中导洞两侧的边墙段完成下层开挖段的挖掘，并在下层开挖段的底部施作底板保护层。
所述临时支护为临时锚杆支护、临时拱架支护、临时挂网喷射砼支护中的任意一种。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示，所述步骤2具体包括：
步骤2.1、按照上层中导洞的岩体主要应力的方向对上层中导洞进行分区得到若干上层中导洞子区域，然后沿平行于泄洪洞轴线的方向在一个上层中导洞子区域的开挖面上钻设轴向爆破孔并对当前上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
如图所示，上层中导洞的岩体主要应力方向为水平方向，则将中层上导洞沿水平方向分为A1、A2两个上层中导洞子区域，然后在上层中导洞子区域A1的开挖端面上设置轴向爆破孔，然后对上层中导洞子区域A1进行全断面光面爆破开挖至指定深度。
步骤2.2、选取相邻于已经开挖的上层中导洞子区域的未开挖上层中导洞子区域，沿平行于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的开挖面上设置轴向爆破孔，沿水平垂直于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的径深面上设置水平爆破孔，然后按照先爆破轴向爆破孔再爆破水平爆破孔的顺序对当前未开挖的上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
由于上层中导洞子区域A1的开挖，此时上层中导洞子区域A2中岩体的开挖端面与径深面均处于暴露状态，在上层中导洞子区域A2的开挖端面上设置轴向爆破孔，在上层中导洞子区域A2的径深面上沿水平方向设置水平爆破孔。然后按照先爆破轴向爆破孔后爆破水平爆破孔的顺序对上层中导洞子区域A2进行光面爆破，然后对上层中导洞子区域A2开挖至指定深度。通过轴向爆破孔与水平爆破孔结合起爆的方式能够提高上层中导洞的开挖施工效率，同时能够使得上层中导洞的岩体进一步粉碎，有助于对上层中导洞的开挖以及后续出渣。同时上层中导洞按照主要应力方向划分上层中导洞子区域，使得爆破开挖按照主要应力分布方向进行，使得爆破开挖过程中岩体受力相对均匀。
步骤2.3、重复上述步骤2.2至上层中导洞开挖完成，然后对上层中导洞施作临时支护；若上层中导洞被分为若干上层中导洞子区域，则按照上述开挖方式依次对若干上层中导洞子区域进行开挖，直到整个上层中导洞开挖完成。
步骤2.4、在上层中导洞两侧的扩挖段的开挖面上位于开挖轮廓线的区域内设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对两侧的扩挖段进行光面爆破，并滞后上层中导洞挖掘扩挖段至指定深度；
步骤2.5、将扩挖段扩挖至开挖轮廓线，然后对扩挖段进行临时支护。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述步骤2.2中的轴向爆破孔与水平爆破孔之间交错间隔设置，所述轴向爆破孔的轴线与水平爆破孔的轴线之间的间距大于等于40cm。相邻的轴向爆破孔的轴线与水平爆破孔的轴线之间的间距大于等于40cm，且轴向爆破孔与水平爆破孔之间交错间隔设置，即轴向爆破孔与水平爆破孔之间不能相互贯通。
所述步骤2.4中扩挖段的开挖深度滞后于上层中导洞的开挖深度的间距为80cm-100cm。
所述步骤2.1与步骤2.2中的轴向爆破孔外围均设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图2所示，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在下层开挖段的开挖端面上位于下层中导洞的开挖轮廓线的内部区域设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对下层中导洞进行梯段微差爆破开挖；轴向爆破孔与下层中导洞的开挖轮廓线之间的间距大于等于40cm，下层中导洞的轴向爆破孔采用CQD潜型孔钻进行造孔，孔径为φ90mm，相邻的轴向爆破孔之间的间距为1.9m、排距为2m、钻孔深度为5.5m-6.1m。然后在轴向爆破孔的内部填充炸药对下层中导洞进行梯段微差爆破开挖，然后将下层中导洞扩挖至开挖轮廓线。
步骤4.2、扩挖下层中导洞至下层中导洞的开挖轮廓线，并对下层中导洞进行临时支护；
步骤4.3、在下层中导洞两侧的边墙段的开挖端面上设置平行于泄洪洞的轴线的轴向爆破孔，然后对边墙段进行预裂爆破开挖。在下层中导洞两侧的边墙段的开挖端面上设置轴向爆破孔，并在轴向爆破孔靠近下层中导洞的一侧设置均匀排列的缓冲爆破孔，相邻的轴向爆破孔之间的间距为80cm，相邻的轴向爆破孔与辅助爆破孔之间的间距为85cm。轴向爆破孔装炸药采用不耦合间隔法，引线采用竹片导爆索连接，装炸药密度为300g/m-350g/m。缓冲爆破孔采用CQD潜型孔钻造孔，孔径为φ80mm，相邻的辅助爆破孔之间的间距为1.8m。然后在轴向爆破孔和辅助爆破孔的内部填充炸药对边墙段进行预裂爆破开挖，然后将边墙段扩挖至开挖轮廓线。
下层中导洞与边墙段开挖完成后，在下层开挖段的底部施作底板保护层，底板保护层的厚度为1.5m-2m，底板保护层的开挖采用YT-28型手风钻造水平光爆孔进行爆破施工。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，所述步骤4.3中，所述边墙段的开挖深度滞后于下层中导洞的开挖深度的间距为40cm-80cm。
所述步骤4.1中的轴向爆破孔外围设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将泄洪洞水平段从上至下分为上层开挖段、中层开挖段、下层开挖段；
步骤2、先采用全断面光面爆破开挖方法分层开挖上层开挖段的上层中导洞，再滞后扩挖上层中导洞两侧的扩挖段完成上层开挖段的挖掘，上层开挖段开挖完成后进行临时支护；
步骤3、采用全断面光面爆破开挖的方法按照泄洪洞水平段的上游端与下游端朝向泄洪洞水平段的中间的方向同步开挖中层开挖段，中层开挖段开挖完成后进行临时支护；
步骤4、采用梯段微差爆破开挖的方法先开挖下层开挖段的下层中导洞，然后采用预裂爆破开挖法开挖下层中导洞两侧的边墙段完成下层开挖段的挖掘，并在下层开挖段的底部施作底板保护层；
所述步骤2具体包括：
步骤2.1、按照上层中导洞的岩体主要应力的方向对上层中导洞进行分区得到若干上层中导洞子区域，然后沿平行于泄洪洞轴线的方向在一个上层中导洞子区域的开挖面上钻设轴向爆破孔并对当前上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
步骤2.2、选取相邻于已经开挖的上层中导洞子区域的未开挖上层中导洞子区域，沿平行于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的开挖面上设置轴向爆破孔，沿水平垂直于泄洪洞轴线的方向在未开挖上层中导洞子区域的径深面上设置水平爆破孔，然后按照先爆破轴向爆破孔再爆破水平爆破孔的顺序对当前未开挖的上层中导洞子区域进行全断面光面爆破，然后对当前上层中导洞子区域开挖至指定深度；
步骤2.3、重复上述步骤2.2直至上层中导洞开挖完成，然后对上层中导洞施作临时支护；
步骤2.4、在上层中导洞两侧的扩挖段的开挖面上位于开挖轮廓线的区域内设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对两侧的扩挖段进行光面爆破，并滞后上层中导洞挖掘扩挖段至指定深度；
步骤2.5、将扩挖段扩挖至开挖轮廓线，然后对扩挖段进行临时支护；
所述步骤2.1与步骤2.2中的轴向爆破孔外围均设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
2.根据权利要求1所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述步骤2.2中的轴向爆破孔与水平爆破孔之间交错间隔设置，所述轴向爆破孔的轴线与水平爆破孔的轴线之间的间距大于等于40cm。
3.根据权利要求1所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述步骤2.4中扩挖段的开挖深度滞后于上层中导洞的开挖深度的间距为80cm-100cm。
4.根据权利要求1所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
步骤4.1、在下层开挖段的开挖端面上位于下层中导洞的开挖轮廓线的内部区域设置平行于泄洪洞轴线的轴向爆破孔，然后对下层中导洞进行梯段微差爆破开挖；
步骤4.2、扩挖下层中导洞至下层中导洞的开挖轮廓线，并对下层中导洞进行临时支护；
步骤4.3、在下层中导洞两侧的边墙段的开挖端面上设置平行于泄洪洞的轴线的轴向爆破孔，然后对边墙段进行预裂爆破开挖。
5.根据权利要求4所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述步骤4.3中，所述边墙段的开挖深度滞后于下层中导洞的开挖深度的间距为40cm-80cm。
6.根据权利要求4所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述步骤4.1中的轴向爆破孔外围设置有爆破缓冲孔，所述爆破缓冲孔的外围设置有预裂孔。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种竖井泄洪洞水平段开挖方法，其特征在于，所述临时支护为临时锚杆支护、临时拱架支护、临时挂网喷射砼支护中的任意一种。
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