建设工程—大跨度地下厂房首层快速开挖支护关键技术施工工法工艺.docx

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1、蚀变及断层发育复杂地质条件下大跨度地下厂房首层快速开挖支护关键技术施工工法1、前言抽水蓄能电站地下厂房首层开挖过程中顶拱出现断层、节理、裂隙密集带及蚀变带发育，多处裂隙交互切割，局部形成不稳定块体，发生掉块，按长度计算其中In类围岩占比为61%,IV类围岩占比为39%,尤其厂右0+070.0000+137.OOO段主要以IV类围岩为主，为了选择适用于该条件下地下厂房施工的开挖支护方式，将地质条件的影响降低到最小，加快浅层、深层支护速度，同时推动抽蓄施工“零排放”，降低运输作业成本，改善洞室内作业环境，助力国家“碳达峰、碳中和”目标达成，特采用新能源设备进行开挖支护，采用预应力树脂-砂浆锚杆（3

2、2m11,L=9.0m）进行快速浅层支护，采用改造的多臂凿岩台车进行钻孔、卷扬机一体式穿索施工工艺进行锚索施工，加快深层支护进度。2、工法特点蚀变及断层发育复杂地质条件下地下厂房首层中导洞先行上下游侧耳跟进方式，同时当围岩蚀变及断层发育时，采用短进尺、弱爆破、强支护措施进行施工；地下厂房开挖出渣采用新能源电动装载机及电动自卸汽车，支护采用电动湿喷台车、电动三臂凿岩台车及电动混凝土搅拌运输车，改善洞内作业环境，以达到节能、减排、降噪、环保的目的；采用预应力树脂-砂浆锚杆（32mm、L=9.0m）施工，既满足了快速施加预应力的要求，又满足了耐久性要求，同时保证了在蚀变及断层发育复杂地质条件下的施工

3、安全。为保证地下厂房顶拱围岩稳定在顶拱布置有169束P=100OkN、L=25m的无粘结预应力锚索，采用改造的多臂凿岩台车进行钻孔、卷扬机一体式穿索施工工艺进行锚索施工，加快深层支护进度。3、适用范围本工法适用于大、中型抽蓄电站大跨度复杂地质条件下地下厂房首层开挖支护施工。4、工艺原理蚀变及断层发育复杂地质条件下地下厂房开挖支护施工过程中，首层开挖采用中导洞先行上下游侧耳错距施工方法；为保证开挖支护施工绿色环保同时缩短排烟时长，采用斗容电动反铲、斗容2.3m3电动装载机、21m3电动自卸汽车、9m3电动混凝土搅拌运输车及DW3-180电动多臂凿岩台车及HP33015电动湿喷车进行出渣、排险及支

4、护施工；同时在蚀变及断层发育顶拱部位，为及时施加浅层及深层预应力，采用预应力树脂-砂浆锚杆（32mmL=9.0m）和改造的多臂凿岩台车进行钻孔、卷扬机一体式穿索施工工艺进行施工。5、施工工艺流程及操作要点5.1 地下厂房首层开挖程序5.1.1 地下厂房首层开挖分块及顺序因厂房第一层断面尺寸较大（宽义高：26.5m10.0m）,根据洞身断面尺寸及围岩情况，采取横向分块的方法将厂房第一层洞室分割成中部（中导洞）（宽X高：10mX10.Om）和两侧耳（宽X高：8.25mX9.4m）、副厂房段侧耳（宽X高：7.50m9.4m）三部分进行施工。先对中导洞进行开挖，中导洞开挖50m后再进行侧耳区域扩挖，侧

5、耳扩挖时先进行上游侧耳区域（H区）的扩挖，上游侧耳区域开挖30m后开始下游侧耳区域（III区）扩挖。开挖顺序：I区-HI区-HII区。26.508.2510.008.25开挖顺序：中导洞开挖IT上游侧耳开挖ITl下游侧耳开挖图5.LIT地下厂房首层开挖分块示意图5. 1.2地下厂房首层开挖施工工艺流程1、施工工艺流程复杂地质条件下大跨度地下厂房首层中导洞及侧耳每一循环开挖支护施工工艺流程如下图所示。图5.1.2T首层开挖支护流程图2、首层开挖施工操作要点施工准备：在测量人员到来前需将钻爆台车、灯光等就位，并安排人员对掌子面松动石块进行清除。测量放线：每一循环作业前，采用莱卡全站仪TPS1201

6、（精度1”）进行测量放线。放样需先将顶拱圆弧中心和周边有代表性的控制点标出，以保证开挖施工的准确性。布孔：施工技术人员根据测量放线成果及爆破设计，进行现场布孔，用红漆标出每个钻孔的孔位，以便钻孔施工。钻孔：采用钻爆台车配合YT-28手风钻钻孔，钻孔角度和孔深，必须符合爆破设计的规定，已造好的钻孔，需进行保护。对于因塌孔无法装药的钻孔，重新扫孔或补钻，钻孔经检查合格后方可装药。装药：爆破孔采用32mm药卷装药，炸药采用乳化炸药。光爆孔采用1/2直径的32mm药卷（20mm小药卷），光爆孔分层装药，通过竹片绑扎，导爆索传爆。联网爆破：爆破网络采用数码电子雷管布置孔内延时网络，起爆雷管引爆。通风排烟

7、：通过设置在通风兼出线洞口的2X132KW通风机，进行强制通风、排烟。安全处理：出渣之前，由专职负责安全人员对洞内各部位进行安全检查，并将掌子面边顶拱的松动岩体和危石采用电动反铲进行处理，避免事故发生。出渣：出渣采用斗容电动反铲、斗容2.3113电动装载机，2Im3电动自卸汽车出渣。清底：出渣即将完成时，采用电动反铲对掌子面及底板松动岩块进行粗清理，在下一循环施工前再由人工采用撬杠对松动渣块进行细清理，以便钻机的钻设和钻架就位。5.2地下厂房首层支护程序地下厂房首层支护工程主要包括：水泥砂浆锚杆、预应力砂浆锚杆、预应力树脂锚杆、预应力树脂-砂浆锚杆、普通预应力锚索、钢筋网、钢肋拱、喷混凝土、排

8、水系统。5.2.1首层支护流程1、易县抽蓄地下厂房首层支护顺序In类围岩支护措施：地质素描f系统砂浆锚杆（C28,L=6m,入岩5.82m）施工系统预应力砂浆锚杆（C32,L=9m,入岩8.8m）施工f初喷混凝土5cm一挂钢筋网（小820OnInl200mm）f分层分次喷混凝土至设计厚度（厚20Cm）锚索施工。IV类围岩支护措施：超前支护锚杆f初喷混凝土5cm系统砂浆锚杆（C28,L=6m,入岩5.82m）施工一系统预应力树脂-砂浆锚杆（C32,L=9m,入岩8.8m）施工破碎带加强预应力树脂锚杆（C32,L=9m,入岩8.8In）施工f挂钢筋网（6820OmmX20Omln）f锚杆节点挂网架

9、立筋（C12150OnImXI50OnIm）f钢肋拱施工（厂右0+070.000厂右0+137.000段）f分层分次喷混凝土至设计厚度（厚20Cnb缺陷部位厚35CIn）f锚索施工一随机加强锚索施工。2、地下厂房喷射混凝土施工工艺流程图图5.2.IT喷射混凝土施工工艺图3、地下厂房普通砂浆锚杆（C28,L=6m,入岩5.82m）施工工艺流程图图5.2.1-2普通砂浆锚杆施工工艺图4、地下厂房预应力砂浆锚杆（C32,L=9m,入岩8.8h）施工工艺流程图图5.2.1-3预应力砂浆锚杆施工工艺图5、地下厂房预应力树脂锚杆（C32,L=9m,入岩&8m）施工工艺流程图图5.2.1-4预应力树脂锚杆施

10、工工艺图6、地下厂房预应力树脂-砂浆锚杆（C32,L=9m,入岩8.8m）施工工艺流程图易蓄工程地下厂房顶拱出现断层、节理、裂隙密集带及蚀变带发育，多处裂隙交互切割，局部形成不稳定块体，需及时完成浅层支护施加预应力。预应力树脂-砂浆锚杆（C32mm,L=9.0m）锚固段使用超快速树脂药卷（填塞长度不小于2.3m）凝固时间为4.5分钟，锚杆在装入树脂并搅拌均匀后5分钟即可张拉施加预应力，自由段利用埋入的灌浆管及回浆管灌入强度等级为m30的水泥砂浆。既满足了快速施加预应力的要求，又满足了耐久性要求，同时保证了施工安全，缩短了施工时长。图5.2.1-5预应力树脂-砂浆锚杆施工工艺图7、地下厂房顶拱锚

11、索（100OKN级无粘结锚索，锚索长25m）施工工艺流程图锚索造孔：预应力锚索为100OKN级无粘结锚索，锚索长25m。采用改装了一条锚索钻臂的三臂凿岩台车进行钻孔。通过将DW3-180三臂凿岩台车一条钻臂加厚钻臂钢板、加大凿岩机功率及扭矩、加装钻杆夹紧双侧大油缸的改造优化方式进行锚索孔快速钻孔施工。锚索穿索：机械辅以人工将锚索运至孔口，在锚索孔两侧布置锚杆（625mm孔深1.52m）。在锚杆外露端头焊接弯钩，把定滑轮固定在弯钩上，3t卷扬机的钢丝绳的一端穿过定滑轮，并将钢丝绳和安全绳同锚索体用铅丝绑在一起（6080Cm绑扎一道）。每上升6080cm,人工剪断铅丝，使锚索与牵引钢丝绳安装绳分开

12、。其中以钢丝绳作为主要牵引力，安全绳则为辅助牵引力。最后剩余23m时则用手提葫芦将锚索送入孔内。图5.2.1-6地下厂房顶拱锚索安装示意图图5.2.1-7无粘结预应力锚索施工工艺流程图5.2.2首层支护操作要点1、喷射混凝土施工操作要点(1)本工程地下厂房喷射混凝土采用湿喷法施工，设备采用HP3-3015电动湿喷车。(2)喷射混凝土作业按分段分片依次进行，喷射顺序自下而上；分层喷射时，后一层须在前一层混凝土终凝后进行，若终凝Ih后再行喷射，必须先用风水清洗喷层面；喷射作业紧跟开挖工作面，混凝土终凝至下一循环放炮时间不能少于4ho(3)喷射施工时，喷嘴按螺旋形轨迹一圈压半圈的方式沿横向移动，层层

13、喷射，确保厚度，使混凝土均匀密实，表面平整，喷嘴与喷射面尽量保持垂直，以减少回弹，确保喷混凝土的质量。喷射混凝土初凝后，立即洒水养护，持续养护时间不小于7天。2、普通砂浆锚杆(C28,L=6m,入岩5.82m)施工操作要点(1)本工程普通砂浆锚杆均采用先注浆后插杆施工方法。(2)严格按照施工图纸采用莱卡全站仪TPS1201(精度1”)进行测量放点布孔，并在岩壁用红油漆做好明显的标记，采用DW3-180型多臂台车造孔。(3)砂浆采用m30水泥砂浆配合比进行拌制，水泥砂浆锚杆施工稠度80mm100min,砂浆拌和均匀，搅拌时间不小于2分钟，随办随用，浆液在初凝前用完。(4)将注浆管插入距孔底510

14、cm,边注浆边缓慢匀速拔出注浆管，并及时用止浆塞堵住孔口，以免浆液溢出。(5)安装锚杆前，在锚杆上做出孔深长度标记，顶拱锚杆安装采用人工与移动式锚杆作业平台结合，借助移动式锚杆作业平台将锚杆插入孔内，插入锚杆后利用木塞固定。3、预应力砂浆锚杆(C32,L=9m,入岩8.8m)施工操作要点(1)布孔、钻孔及砂浆配比、稠度同普通砂浆锚杆。(2)预应力砂浆锚杆锚固段先注浆后插锚杆，张拉锁定后二次注浆施工工艺。(3)根据预应力树脂锚杆生产性试验确定9m预应力砂浆锚固段长度3m,在进行锚固段注浆前，在距离注浆管管口6m处做好标记，将注浆管插入距孔底5、IOCn1,边注浆边缓慢匀速拔出注浆管至看到标记时，

15、停止注浆，微停并缓慢拔出注浆管，及时进行锚杆安装，插入锚杆后利用木塞固定。(4)钻孔形成后，在孔口周围30CmX30Cm范围用M20水泥砂浆抹平，保证垫板安装紧密，水泥砂浆找平后，需等待3天，使砂浆强度达到要求，保证其强度能承受锚杆张拉的最大荷载。(5)锚固段注浆完毕后，待锚固段砂浆强度达到要求后，进行锚杆张拉，等强时间不少于7天。张拉设备采用已经率定好的扭力扳手，率定后的扭力扳手扭矩拧紧螺帽的扭矩不小于750Nmo通过扭力扳手拧螺帽，拧到设计值时，会发出声音，即张拉至设计值。预应力砂浆锚杆锁定后48h内，若发现预应力损失大于锚杆设计值的10%时，即损失值大于IOkN时，要进行补偿张拉。4、预应力树脂锚杆(C32,L=9m,入岩&8m)施工操作要点(1)布孔、钻孔及孔口砂浆抹平同预应力砂浆锚杆。(2)根据预应力树脂锚杆生产性试验确定，预应力树脂锚杆锚固段为2.0m,锚固段填充超快速树脂药卷IOT2支，自由段填充中速树脂药卷22支。人工在支护台车上将树脂药卷放入锚杆孔口，采用PVC管推入孔内，重复此过程，先将锚固段超快速树脂药卷填充完毕，再填充自由段中速树脂药卷。(3)当确定树脂卷已经到填满孔内后，将锚杆尾部采用专用套具与DW3-180型多臂台车钻臂连接，开动凿岩台车，旋转锚杆，同时将杆体匀速推进至孔底。锚杆推至孔底后，旋转搅拌树脂25s后。及时在孔口将杆