一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法

摘要

本发明公开了一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法，步骤一、将洞库开挖面在竖直向上分为上下独立的两部分，起拱线以上的部分为上部分施工区，以下的部分为下部分施工区；步骤二、全断面开挖第一部，直至前方端头墙；步骤三、在第一部的前方端头墙处，向左右两侧开挖横向通道，直至到达第二部区域。步骤四、在左右侧的两个第二部区域内，反向向后由掌子面开挖导洞，直至出洞。步骤五、落底开挖第三部，直至前方端头墙处；步骤六、错步开挖左右两侧的第四部，直至前方端头墙处。步骤七、开挖第五部，直至前方端头墙处。该施工方法充分利用原围岩岩体代替人工材料作为洞库的临时支撑，节约材料成本。

说明书

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法。

背景技术

对于硬岩地层大跨地下洞库工程，当跨度不超过40m时，可根据围岩地层条件、洞库跨度尺寸、机械设备技术水平以及周边环境等因素，选择较为成熟的半断面法、台阶法、双侧壁导坑法、单岩柱支撑分部开挖法等施工方法，这些方法目前都较为成熟，并且已经形成技术标准规范。首先，根据地质勘察结果，确定地层的RQD值，并确定围岩级别，然后根据洞库断面的尺寸大小，初步确定开挖断面的分块形式和分块尺寸；在设计施工组织时，考虑到施工机械设备的技术水平，机械大臂的自由工作空间范围上、下限也是调整优化断面分块形式和分块大小的重要因素。

对于分块开挖的地下洞库工程，分块数量越多、每个开挖部的尺寸也越小、开挖爆破对围岩的扰动次数月越多，围岩劣化损伤加剧。但是，由于每个分块尺寸小，每个开挖部开挖后及时跟进临时支护稳定围岩变形，待所有开挖部都开挖支护完成后，再拆除临时支护，能够有效控制围岩变形，确保围岩稳定和施工安全，但是工程进度较慢、经济成本较高，如何做到安全性与经济性的最佳折中，是复杂地层条件下大跨度地下洞库工程确定分块形式和尺寸的出发点，尽可能做到确保施工安全的前提下，使工程建造成本降到最低。

对于硬岩地层条件下修建跨度超过70m的巨跨地下洞库，目前国内还没有成功的案例工程，更没有相应的技术标准和成熟的施工技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法，充分利用原围岩岩体代替人工材料作为洞库的临时支撑，节约材料成本

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法，适用于硬质围岩地层跨度大于70m，但小于75m的巨跨地下洞库，围岩级别属于Ⅱ级或Ⅲ级；洞库断面形式为：直墙拱形无仰拱扁平蛏型断面，边墙高度不超过10m，矢高不超过10m。

该施工方法包括如下步骤：

步骤一、将洞库开挖面在竖直向上分为上下独立的两部分，起拱线以上的部分为上部分施工区，以下的部分为下部分施工区；

将上部分施工区在左右方向上分为五个依次相邻的区域，中部设为第一部，左右两侧且靠近侧壁的区域为第二部，第一部和左右两侧的第二部间的区域为第四部；

在下部分施工区内，位于第二部下方的区域为第三部，位于第一部和第四部下方的区域为第五部；

步骤二、全断面开挖第一部，直至前方端头墙；

步骤三、在第一部的前方端头墙处，向左右两侧开挖横向通道，直至到达第二部区域，在第二部区域内，形成其纵向开挖方向上的开挖掌子面；

步骤四、在左右侧的两个第二部区域内，反向向后由掌子面开挖导洞，直至出洞；开挖后，第四部作为预留中隔岩柱支撑；

步骤五、落底开挖第三部，直至前方端头墙处；

步骤六、错步开挖左右两侧的第四部，直至前方端头墙处；并对已开挖段施做预应力锚索和系统锚杆；

步骤七、开挖第五部，直至前方端头墙处。

进一步地，在上部分施工区内，各部的跨度不超过15米，且其中，第一部和第二部的跨度最小为9米，第四部的跨度最小为5米。

进一步地，在步骤二中，在开挖过程中，实时对已开挖的第一部的拱部和两侧边墙围岩，施做C25喷射混凝土；对拱部施做预应力锚索支护和系统锚杆支护。

进一步地，在步骤三中，在开挖过程中，对已开挖段的横向通道顶部施做预应力锚索支护和系统锚杆支护。

进一步地，在步骤四中，左右两侧的第二部的开挖方式为错步开挖，两导洞跟进5m；对第二部已开挖段的拱部施做双层喷射混凝土、预应力锚索支护和系统锚杆支护。

进一步地，在开挖第三部前，对第四部沿纵向间隔施做左右向的预应力对拉锚索。

进一步地，预应力对拉锚索在竖直方向上成上下两层排布，且上下位置相对应，各层中的预应力对拉锚索均成水平设置。

进一步地，左右两侧的第三部落底掘进跟进距离为5m，且对第三部已开挖段的边墙施做双层喷射混凝土和系统锚杆支护。

本发明具有如下优点：1.充分利用原围岩岩体代替人工材料作为洞库的临时支撑，节约材料成本。2.每个分部跨度不超过15m，可以保证开挖后至支护结构承载前洞库自稳性；优先完成起拱线以上拱形部位的开挖支护，可以充分发挥成拱作用，改善洞库围岩受力状况，确保围岩稳定性，而且起拱线以下的第三部和第五部未开挖围岩可作为上部施工的作业平台；开挖起拱线以下的第三部和第五部时，施工空间宽敞，凿岩台车和大型机械设备作业效率高，可加快施工进度，具有一定经济效益。3.采用喷射混凝土、系统锚杆和预应力锚索作为洞库的初期支护系统，属于柔性支护，可以充分发挥围岩自承载能力。

附图说明

图1为本发明中洞库开挖横断面图；

图2为本发明中洞库开挖平面图；

其中：1.第一部；2.第二部；3.第三部；4.第四部；5.第五部；6.预应力对拉锚索；7.预应力锚索支护；8.系统锚杆支护；9.端头墙。

具体实施方式

本发明一种巨跨地下洞库预留双岩柱支撑八部开挖施工方法，适用于硬质围岩地层跨度超过70m，但小于75m的巨跨地下洞库工程，且围岩级别属于Ⅱ级或Ⅲ级，即[BQ]在400～550之间；适用的洞库断面形式：直墙拱形无仰拱扁平蛏型断面，边墙高度不超过10m，矢高不超过10m；要求地下水位在洞库地板以下。

在施工时，先对洞库开挖面进行分区，如图1和图2所示，将洞库开挖面在竖直向上分为上下独立的两部分，起拱线以上的部分为上部分施工区，以下的部分为下部分施工区；

在上部分施工区中，中部区域设为第一部1，左右两侧的区域且靠近侧壁的部分为第二部2，在左右侧的第一部1和第二部2间的区域为第四部4；且在上部分中，各部的跨度不超过15m，其中，第一部1和第二部2的跨度最小为9米，第四部4的跨度最小为5米。

在下部分施工区，位于第二部2下方的区域为第三部3，位于第一部1和第四部4下方的区域为第五部5。

将洞库开挖面分区后，进行开挖，优先完成起拱线以上拱形部位，即第一部1、第二部2和第四部4的开挖支护，可以充分发挥成拱作用，改善洞库围岩受力状况，确保围岩稳定性，而且起拱线以下的第三部3和第五部5未开挖围岩可作为上部施工的作业平台；开挖起拱线以下的第三部3和第五部5时，施工空间宽敞，凿岩台车和大型机械设备作业效率高，可加快施工进度，节约节省费用。

具体开挖时，如下：

(1)采用光面爆破方法，全断面开挖第一部1。

(2)对已开挖的第一部1的拱部和两侧边墙围岩，施做C25喷射混凝土，厚度10cm；对第一部1拱部施做预应力锚索支护7和系统锚杆支护8，支护参数如下：锚索18m@4.8m×4.8m，预加力1200kN，系统锚杆6m@2.4m×2.4m；然后复喷15cm厚度的C25混凝土。

(3)将第一部1开挖至前方端头墙9后，向左右两侧开挖横向通道，直至到达第二部2区域，在第二部2区域内，形成其纵向开挖方向上的开挖掌子面。

在开挖过程中，对已开挖段的横向通道顶部施做预应力锚索支护7和系统锚杆支护8，支护参数如下：锚索18m@4.8m×4.8m，预加力1200kN，系统锚杆6m@2.4m×2.4m。

(4)向后反向开挖左右侧的第二部2导洞，左右两侧的开挖方式为错步开挖，两导洞跟进5m。

(5)对第二部2已开挖段的拱部施做双层喷射混凝土、预应力锚索和系统锚杆，支护参数：锚索18m@4.8m×4.8m，预加力1200kN，系统锚杆6m@2.4m×2.4m。

上述第二部2开挖后，洞库还未完全挖好，在上部分施工区内，只留下了第四部4未开挖，第四部4就作为预留中隔岩柱，作为洞库的临时支撑。

对第四部4沿纵向间隔施做左右向的预应力对拉锚索6，进行临时加固。预应力对拉锚索6在竖直方向上成上下两层排布，且上下位置相对应，各层中的预应力对拉锚索6均成水平设置。锚索参数：12m@4.2m×4.2m，预加力1200kN。

(6)落底开挖第三部3，左右两侧的述第三部3落底掘进跟进距离为5m。

(7)对第三部(3)已开挖段的边墙施做双层喷射混凝土和系统锚杆支护；支护参数为：锚索18m@4.8m×4.8m，预加力1200kN，系统锚杆6m@2.4m×2.4m。

(8)错步开挖第四部4，左右两侧开挖面跟进距离5m。并对已开挖段施做支护结构，支护参数为：锚索18m@4.8m×4.8m，预加力1200kN，系统锚杆6m@2.4m×2.4m。拆除第四部4支撑，改变了整个洞库的承载体系，原先作用在岩柱支撑的荷载转移到预应力锚索结构，因此，拆除支撑过程中，要做到及时跟进支护结构，同时加强监控量测，做到监测数据反馈指导施工。

(9)开挖第五部5，直至前方端头墙9处，即完成了洞库开挖。