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        洞庫工程重難點分析與總體施工方案
        發布時間:2020-01-17

          摘    要: 本項目位于蘭州市城關區,項目施工所在地為軍事管制區,包含洞庫和營房工程。洞庫工程所在位置均為全風化泥巖,主洞為強~中風化砂質泥巖,圍巖等級Ⅴ級。洞庫圍巖級別差,且主洞開挖斷面較大;引洞不同斷面結構多,掘進時工序轉換頻繁。洞庫工程為制約本項目工期的關鍵工程,因此是本項目的重難點工程。

          關鍵詞: 洞庫; 開挖方案; 超前支護技術; 雙側壁導坑施工法; 施工工藝;

          Abstract: This project is located in Chengguan District, Lanzhou City. The construction site of the project is a military control area,including caves and barracks. The location of the cave storehouse is all weathered mudstone, the main cave is strong to moderate weathered sandy mudstone, and the surrounding rock is grade Ⅴ. The level of surrounding rock in the cave tunnel is poor, and the excavation section of the main tunnel is large; there are many different cross-section structures in the approach tunnel, and the process conversion is frequent during excavation. The cave project is a key project that restricts the construction period of the project, so it is the most difficult project of the project.

          Keyword: cavern; excavation scheme; advanced support technology; double-side guide pit construction method; construction technology;

          1、 概述

          本項目位于蘭州市城關區,城關區境位于蘭州盆地的東部,屬祁連山褶皺系的東延部分,黃河由西向東貫穿其間,將城區分割為南北兩部分。黃河以北為丘陵溝壑區,自北而南呈羽狀伸向黃河,將整個北部山區分割呈梁峁丘陵。海拔1600~2032m。黃河以南南部皋蘭山山地,海拔1900~2171m,其上為大面積黃土覆蓋,厚度約200m左右,山坡坡度較陡,一般15°~25°左右,頂部緩坡地帶部分為林地。蘭州城關區氣候干燥,降水量少,蒸發量大,光照充足,太陽輻射強,年日照2607小時,日照百分率59.4%,氣溫的年周期變化7月最高,平均22.2℃元月最低,平均為-6.9℃,無霜期179天,年平均風速2.8m/s,年最大風速21m/s,年降水量少,年際變化率大,季節分配不均,降水一般集中在4~9月,為284.3mm,占年總量的86.7%,尤其在7~9月,降雨量為192.8mm占年降水量的60.5%,年平均蒸發了為1437.7mm,為降水量的4.4倍。地表水主要為雨洪季節封閉洼地中匯集的大氣降水。地下水主要為基巖裂隙水,水量貧乏。

          洞庫工程所在位置均為全風化泥巖,主洞為強~中風化砂質泥巖,圍巖等級Ⅴ級。項目施工所在地為軍事管制區,包含洞庫和營房工程,洞庫工程包含2個洞庫和接進道路等附屬工程。其中KD-1洞庫引洞長413.11m,主洞長345.51m,建筑面積6309.1m[2],主洞使用面積3593.3m[2];KD-2洞庫引洞長395.87m,主洞長327.98m,建筑面積5982.35m[2],主洞使用面積3410.99m;接進道路長935m,寬3.5m,采用瀝青混疑土路面。道路兩側各設一條石砌泄洪明溝和一條石砌排水明溝,穿過道路的排水系統用圓管暗溝相連。主洞使用面積3410.99m[2],坑道結構形式為貼壁式被覆,初期支護采用噴錨支護。
         

        洞庫工程重難點分析與總體施工方案
         

          2 、工程重難點分析及應對措施

          2.1、 工程特點

          (1)本項目主要包含2個洞庫。洞庫掘進長度短,其中KD-1洞庫引洞長411.8m,主洞長346.8m,KD-2洞庫引洞長394.56m,主洞長329.28m,屬于常規性工程。

          (2)洞庫工程所在位置均為全風化泥巖,主洞為強~中風化砂質泥巖,圍巖等級Ⅴ級,圍巖級別差,且主洞開挖斷面較大;引洞不同斷面結構多,施工時工序轉換頻繁。

          (3)本項目施工內容涵蓋了土建、電氣工程、火災報警、給排水、暖通、消防等工程,工程系統復雜,專業性強,協作單位多,各專業工種之間的穿插協作極為頻繁。

          2.2 、工程重難點和分析對策

          洞庫圍巖級別差,且主洞開挖斷面較大;引洞不同斷面結構多,掘進時工序轉換頻繁。洞庫工程為制約本項目工期的關鍵工程,因此是本項目的重難點工程。主要對策措施如下:

          (1)進場后首先組織2個洞庫進行施工,均采用雙端掘進,確保工期兌現。

          (2)嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、勤量測、早成環”的原則組織施工,確保施工安全。

          (3)加強超前地質預報和監控量測工作。

          (4)選擇合理的開挖方法,引洞采用下導洞適度超前全斷面方法開挖,主洞采用分臺階預留核心土開挖。

          (5)將洞庫工程納入項目風險管理,編制專項安全方案,組織施工人員進行學習,加強安全教育培訓和應急演練,積極主動預防。

          3 、總體施工方案

          3.1 、施工安排

          本洞庫明挖段、明挖暗埋段采用分級放坡開挖法施工;暗挖段引洞采用上下臺階法、主洞采用雙側壁導坑法施工,無軌運輸出碴。鋼筋、鋼架由鋼筋加工廠集中加工,運輸至作業面現場安裝;混凝土采用商品混凝土,運輸至現場泵送入模。

          3.2、 施工技術方案

          本工程重難點施工技術方案包括洞庫進洞施工方案、主洞開挖施工技術方案。本洞庫進洞均采用大管棚超前支護進洞,進入暗洞后采用上下臺階法開挖。

          3.2.1 、進洞施工方案

          進洞開挖前,首先測量放出邊、仰坡開挖線,仰坡坡腳2m外應施作臨時排水溝(排水溝采用C20混凝土或M10漿砌片石施工,結構尺寸為60cm×60cm梯形排水溝)。洞口邊、仰坡段施工時,土質巖體采用挖掘機縱向分段自上而下分層開挖。人工整修邊仰坡,邊坡坡率為1:1.1,仰坡坡率為1:1,按設計要求一次到位,挖掘機配合自卸車裝運棄渣。

          洞口段邊仰坡整修到位后,加固采用4m長的Φ25砂漿錨桿沿邊、仰坡按1m×1m間距梅花型布置,再掛設準8鋼筋網格間距20×20cm,最后施作C20噴射混凝土厚15cm,邊仰坡噴射混凝土內應設置泄水孔。

          洞庫進口均為全風化泥巖,巖體破碎,穩定性差,地質條件較差,采用Ф108洞口長管棚進洞,用每節長4m~6m的熱軋無縫鋼花管(Ф108mm,壁厚6mm),于洞庫拱部及起拱線下1m范圍內,環向間距中至中40cm,外插角為1~3°布置。大管棚一般施工的主要工序為:施工準備→架設拱架→安裝導向管→澆筑導向墻混凝土→鉆孔、清孔、驗孔→安裝管棚→注漿→結束。流程圖見圖1。

          圖1 超前管棚施工工藝流程圖
        圖1 超前管棚施工工藝流程圖

          3.2.2 、進洞施工方案

          KD-1,KD-2洞庫施工是全線的控制性工程,由于工程所在位置均為全風化泥巖,主洞為強~中風化泥巖,圍巖等級為Ⅴ級,且地下水主要為基巖裂隙水,水量貧乏,圍巖特性不易爆破,全洞開挖采用無爆破機械開挖。主洞采用雙側壁導坑開挖法(進洞后可根據實際圍巖情況調整),每循環開挖進尺1.2m。雙側壁導坑法施工工序詳見示意圖2,具體工序如下。

          (1)第1步:首先要對洞庫施作超前支護,這就要對上一循環架立完成的鋼架進行充分利用,即先用機械對圖2中(1)部進行機械開挖作業,在其上噴8cm厚度的混凝土封閉掌子面,并初噴4cm厚度的混凝土作為圖2(1)部導坑附近的初期和臨時支護,同時在上面架設I18臨時鋼架與I20b鋼架,且要設置鎖腳鋼管。在鉆設系統錨桿后,再復噴混凝土使施工達到設計厚度。

          (2)第2步:在圖2(1)部施工一段時間距離后,對圖2(2)部進行機械開挖,噴厚度為8cm的混凝土封閉掌子面,并在導坑附近要初噴厚度為4cm的混凝土,并架設I18臨時鋼架與I20b鋼架。在鉆設系統錨桿后,再復噴混凝土使施工達到設計厚度。

          (3)第3步:充分利用上一循環架立鋼架,對施作洞庫進行超前支護,對圖2(3)部進行機械開挖,相關步驟與工序與圖2(1)部相同。

          圖2 雙側壁導坑法施工工序示意圖
        圖2 雙側壁導坑法施工工序示意圖

          (4)第4步:開挖圖2(4)部,相關施工工序與步驟與圖2(2)部操作相同。

          (5)第5步:充分利用上一循環架立鋼架,對施作洞庫進行超前支護,對圖2(5)部進行機械開挖,在其上噴8cm厚度的混凝土封閉掌子面,并初噴4cm厚度的混凝土,此時鋼架架設要采用I20b拱部鋼架,最后在鉆設系統錨桿后,再復噴混凝土使施工達到設計厚度。

          (6)第6步:充分利用上一循環架立鋼架,對施作洞庫進行超前支護,對圖2(6)部進行機械開挖,并對導坑附近做初期及臨時支護,具體工序和步驟與圖2(5)部操作相同。

          (7)第7步:此時要對圖2(7)部進行機械開挖,并對其噴厚度為8cm的混凝土來封閉掌子面,并在上面安裝架設I18橫撐。

          (8)第8步:對圖2(8)部進行機械開挖,同樣要噴厚度為8cm的混凝土來封閉掌子面。在導坑底部,要初步噴厚度為4cm的混凝土,同時要安裝架設I20b鋼架并使鋼架封閉成環,最后要復噴混凝土,使其能達到設計厚度。

          (9)第9步:此時要對二次襯砌施工已經完成部分的兩側壁底部單元進行逐段拆除工作,范圍是6~8m之間。

          (10)第10步:對圖2IV部的仰拱進行混凝土灌注,并對圖2IV部的洞庫進行填充,此時要注意仰拱灌注與隧底填充理應分次施工作業完成。

          (11)第11步:最后,要充分以監控量測結果為依據,對之前架設的I18臨時鋼架與橫撐進行拆除,并充分利用襯砌模板臺車,盡快做到一次性就完成圖2V部襯砌的灌筑工作,此時要注意,襯砌與拱墻要在共同進行施工作業。

          3.3 、施工作業相關注意事項

          必須要注意要始終堅持洞庫施工的基本原則,即“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”。一是要盡量采用小炮開挖或者人工進行開挖作業,并對每次裝藥量進行嚴格精準的控制。二要始終保證鋼架基礎的穩定,對工序出現變化處的鋼架應同時架設鎖腳鋼管。三是要根據施工機具和人員等具體情況對開挖的導坑寬度與設置臺階的高度進行靈活調整。四是在對臨時鋼架拆除過程中要始終堅持拆除進度不能大于10m。五是要根據相關規范與設計標準圖的要求,對洞庫情況進行實時監測,根據監測結果及時判斷分析洞身結構的穩定情況,靈活調整支護參數,避免出現意外或事故,在確保工程進度不斷推進的同時保障施工作業人員的安全。

          4 、結語

          隨著科學技術的發展,人們開始將注意力由地上轉入地下。然而傳統的洞庫施工工藝在經濟性、安全性方面均無法達到人們的要求。由此,新的洞庫施工工藝及施工方法也不斷涌現。本文中提到的雙側壁導坑法施工技術遵循“弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則,結合大管棚超前支護,較好解決了不良地質條件下洞庫開挖安全性的難題,同時也是施工安全的重要保障,為該類地下工程開挖提供了參考和借鑒。

          參考文獻

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