小入口大断面洞室开挖施工工艺的制作方法

本发明属于大断面洞室开挖方法，特别是一种小入口大断面洞室开挖施工工艺。

背景技术：

目前大断面坚硬围岩洞室开挖主要采用全断面或者普通台阶法开挖施工，软弱围岩采用台阶法、cd、crd等工艺施工。但对于小入口大断面短进深洞室，受入口限制，大型装备无法进入，进洞时没有工作作业面，普通施工工艺受限。目前没有较好的开挖小入口大断面短进深洞室相关的施工技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种小入口大断面洞室开挖施工工艺，本发明工艺步骤合理，施工质量高，洞口成形好，施工进度快，工程安全性高，而且可以显著地降低施工成本。

本发明的目的是这样实现的：一种小入口大断面洞室开挖施工工艺,有以下步骤,1)测量放线，开挖到洞室入口处，根据围岩情况，测量确定导洞尺寸；

2)导洞开挖，按照设计导洞尺寸进行开挖，边挖边记录围岩状况，对围岩状况好的地段，可放大导洞尺寸，放大范围为在保证现有围岩状况下安全断面尺寸，对围岩速喷混凝土封闭后，继续开挖，对围岩状况较差地段适当缩小导洞尺寸，缩小的尺寸应确保断面尺寸对后续施工无影响；

3)导洞打钻，爆破采用直孔掏槽形式进行，根据设计炮孔布置，采用垂直岩壁打孔，打钻从导洞内垂直岩壁进行施工，打孔深度为剩余厚度除以施工炮孔利用率，依据洞室顶部形成尺寸精确计算钻孔角度及深度，设计打钻布孔方式，剩余厚度大于钻杆长度可按满钻施工；

4)装药爆破，按照布孔设计好的方式、段次、药量进行装药，采用反向装药，对于顶部垂直或倾角大于45度的炮孔，采用竹片绑扎装药，围岩破碎地段控制装药量，单孔装药应根据围岩状况进行调整，扇形孔口部可减少装药或间隔装药；

5)上台阶开挖，扩爆完成后，先对入口坡道进行修整，对入口顶部排险支护完成后，对洞室上台阶开挖，进行排险作业，测量福员，对欠挖部位修整，完成顶部支护；

6)下台阶开挖，上台阶施工完成后，对下台阶进行开挖，侧壁开挖以掘进机为主，边出渣边开挖，开挖侧壁应及时封闭围岩，按照设计要求进行支护。

小入口大断面洞室为入口廊道较小，其高度、宽度大于2.7m，满足一般设备通行，开挖洞室断面较大，其高度、宽度大于入口廊道尺寸，尤其适合于大于2.5倍以上大断面洞室。

导洞尺寸以满足凿岩设备垂直岩壁施工为主；大于或等于入口廊道尺寸；一次扩爆能完成洞室开挖尺寸为宜，围岩较差部位可预留一层待后期掘进机修整，以防止超挖。

掘进机掘进时，采用激光指向仪控制入口廊道和洞室的轴线和边线，以提高施工效率。

每个洞室断面安装3台激光指向仪，其中拱顶一台，腰线两台。

洞室掘进时，每推进20-40m，移动一次激光指向仪的位置。

扩爆钻孔深度以超欠挖20cm岩层厚度为基准，设计钻孔深度，在围岩较差地段可预留一层待后期用掘进机进行修整，以防止扩爆时超挖。

对导洞成洞质量要求高，要求预留光爆层的，应减去光爆层或后期福员修整预留厚度。

导洞应以速喷支护为主，速喷混凝土不能满足围岩稳定时，可适当进行锚喷支护。

扩爆完成后，幅员修整采用掘进机、光面爆破进行，出渣采取挖掘机配合运输矿车进行。

本发明主要针对入口廊道较小（其高度、宽度大于2.7m，满足一般设备通行），开挖洞室断面较大（其高度、宽度大于入口廊道尺寸，尤其适合于大于2.5倍以上）的大断面洞库工程施工所设计的施工方法。导洞扩爆开挖方法，是先开挖施工导洞，然后对导洞周围岩体进行扩爆，最后对廊道幅员进行修整、支护、出渣的施工方法。

洞室成型空间要求高时,控制洞室成型十分重要。可采用掘进机配合激光指向仪方法：掘进机掘进时采用激光指向仪导向的方式控制轴线及边线,掘进时注意底板开挖,严禁欠挖给后续施工带来不便。待掘进机掘出作业面后,不影响后续掘进施工时,安排测绘人员安装激光指向仪。指向仪以明确指导施工为宜,每个断面安装3台:拱顶一台及腰线位置两台。由于施工时洞室机械多，环境较差,指向仪穿透效果有限一般20-40m移动一次指向仪位置,为确保指向精准,防止意外碰撞移动,测绘人员应该对指向仪悬挂或贴警示标示，并经常对指向仪进行复测，及时进行调整，防止指向错误。

技术人员做好施工方案及技术交底，传达到每名施工人员，确保每名施工人员都要熟练掌握施工步骤及施工方法。做好施工装备及施工材料计划，按时进场。做好施工计划及现场统筹协调，最大提高施工效率，减少不必要的窝工。

由于进入洞室入口廊道空间狭小，限制洞室内施工装备及施工方法。能进行洞室内施工的装备为阿特拉斯281、104台车、矿用运输车、三一260掘进机、小型挖掘机、锚杆台车等装备。做好现场协调管理，安排好施工工序，以提高施工效率，避免安全事故。

电水风气保障到位，入口狭小，管线布置要合理，以防止后期施工管线相互干扰。作业面送风，主要采用现有风机房离心风机，风量不够时洞室口部安装轴流风机抽风以加速洞室空气流动；电缆按照功能及布设先后悬挂洞室侧壁，照明线分左右两侧布设，掘进机电缆置于右侧壁，台车电缆置于左侧壁，尽量减少管线交叉；水管分左右两侧进入洞室，走在风管、电缆下方，气管走在水管下方。

施工质量控制措施：

（1)导洞开挖不宜过大，应根据大体围岩情况、洞室尺寸确定导洞开挖尺寸，以速喷支护为目标；

（2)钻孔保证孔低间距尽量均匀，以提高爆破质量；

（3)导洞开挖过程中记录围岩状况，根据实际围岩状况，确定后续扩爆孔深、密度及装药量；

（4)扩爆钻孔深度及装药量参考导洞各部位围岩状况，围岩较差，节理发育地段严控药量，围岩完整地段可相对增加药量；

（5)计算好钻孔深度，以超欠挖20cm为宜进行布孔设计，尽量减少超欠挖量，控制残孔率；

（6)围岩修整宜采用掘进机进行，边修整，边出渣、支护，确保洞室一次成型；

（7)采用爆破修整围岩时，宜平行作业面打钻光面爆破形式进行，确保围岩成型及稳定。

施工存在问题及解决办法：

（1)扩爆时哑炮处理

在扩爆时因不能进入作业面进行排险，存在哑炮的可能，不能及时排除，后期施工安全隐患。工程采取双雷管方式施工，经验丰富爆破手作业，尽量减少哑炮的可能性。掘进机后期施工先避开雷管部位开挖，发现存在药卷，及时排除，然后进行掘进。安全员及时观察，对操作手进行适当防护。

（2)围岩破碎，塌落造成超挖

在导洞开挖过程中做好数据登记，扩爆钻孔前设计好钻孔布孔及装药，对围岩破碎地段可以进行避让，预留塌落层，避免超挖。

（3)向上扩挖打孔时危险，装药困难

首先对导洞围岩支护进行检查，打钻感到破碎、软弱地段及时停止施工，支护完成后继续施工，并做好记录。对顶部角度较大或垂直的孔，可采用竹片装药，降低施工难度。安全员及时观察围岩状况，确保施工安全。

有益效果：

1、施工质量提高，开挖导洞，掌握围岩整体情况，然后针对围岩状况进行扩爆，洞室成形好，尤其是对成形要求高得工程，可采用预留光爆层，进行光面爆破的工艺进行施工，提高施工质量，对洞室成形要求不高的工程，能大大提高施工效率；

2、工程安全性提高，以往全断面法大断面洞室一次成形，地质状况不明，安全隐患大，先开挖导洞，可靠性高，对围岩具体状况掌握清楚，有利于施工安全，扩爆完成后，围岩静置释放应力，减小后期破坏作用，采取从下向上开挖顺序，在洞室支护成形前，施工人员大部分是在净距低的空间工作，降低人员伤亡风险；

3、施工进度快，导洞开挖完成，对整体围岩状况比较清楚，施工计划性增强，不确定性减少，采用此扩爆技术，能大大提高施工效率；

4、降低施工成本，先期激进型小端面开挖，前期投入少，根据导洞状况合理安排后续施工方案，材料机械进场有序，预见性提高，工序集中，可减少施工不确定因素，大大降低施工成本和工期。

本发明工艺步骤合理，施工质量高，洞口成形好，施工进度快，工程安全性高，显著地降低了施工成本。

附图说明

下面将结合附图对本发明做进一步的描述，图1为本发明工程结构平面图，图2为本发明工程结构立面图、图3为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

一种小入口大断面洞室开挖施工工艺，如图1、图2、图3所示，有以下步骤：

1)测量放线

开挖到洞室入口处时，确定导洞尺寸，围岩较好时，可适当放大导洞断面，围岩较差时，减小导洞尺寸，以速喷混凝土支护为基准，个别围岩破碎节理发育地段，可进行锚喷支护，剩余需扩爆围岩尺寸以打钻台车可作业尺寸为准，围岩破碎地带控制超挖以保证廊道尺寸；

2)导洞开挖

按照测量导洞尺寸进行开挖，便开挖边记录围岩状况，对围岩状况好的地段可放大导洞尺寸（放大范围为在保证现有围岩状况下安全断面尺寸），以减少后续施工工程量，对围岩速喷封闭后继续开挖，对围岩状况较差地段，可适当缩小导洞尺寸，（缩小尺寸应确保断面尺寸对后续施工无影响，即不影响通行和正常后续施工），导洞尺寸缩放目的是在确保现有断面尺寸能满足速喷支护的前提下，尽量减少后期施工工程量，当速喷不能满足围岩稳定时，可适当进行锚喷支护，导洞尺寸以入口廊道尺寸到一次扩爆能完成洞室开挖尺寸为宜，经工程检验能满足围岩稳定性要求，开挖过程中逐一记录围岩状况，以便为后续扩爆装药提供施工依据；

3)导洞打钻

完成导洞施工后，按照导洞开挖时记录的围岩状况进行导洞扩爆作业，首先设计炮孔布置及装药，为提高施工效率，采用垂直岩壁打孔，这样可以大大提高一次爆破量，一般采用直孔掏槽，毫秒延时雷管以提高爆破精准度，在顶部设置空孔围绕空孔爆破形成临空面，打钻从洞内向洞外垂直岩壁进行施工，打钻深度以完成洞室开挖为目的，对成洞质量要求高需要预留光爆层的应减去光爆层或后期幅员修整预留厚度，不需要预留光爆层和后期修整的，围岩完整地段打钻可根据爆破施工水平和打钻水平而定，深度一般为剩余厚度除以炮孔利用率，围岩较差地段可减少钻孔深度及布孔密度以防止超挖，减少范围根据围岩状况而定，依据洞室顶部成型尺寸精确计算钻孔角度及深度，设计打钻布孔方式，尽量一次成型，减少施工超欠挖，提高施工质量，注意控制打钻精准度，以免钻孔底部间距不均匀影响爆破效果；

4)装药爆破

按照布孔设计好的方式、段次、药量进行装药，从内向外进行作业。严格按照操作规程进行作业，采取反向装药，顶部垂直或倾角较大孔，可采用竹片绑扎装药，围岩破碎地段控制装药量。单孔装药应根据围岩状况进行调整，以提高洞室成形质量。最大装药量应以爆破效率最高、围岩整体稳定性、洞室周围设备等综合因素考虑，确保施工安全高效；

5)上台阶开挖

上台阶是指扩爆完成后需要对顶部进行修整、支护所需要的工作平台，爆破完成以后，先对入口坡道进行修整，对入口顶部排险支护完成后，进行洞室上台阶开挖，首先进行排险作业，测量幅员，对欠挖部位进行修整，完成顶部支护，由于此种爆破方法扩爆完成后，顶部围岩会存在凹凸不平和岩石松动现象，幅员修整可采用掘进机、光面爆破等形式进行，出渣采取挖掘机配合运输矿车进行，注意施工调度和水电管线布置，按照设计要求进行支护；

6)下台阶开挖

上台阶开施工成后，对上台阶设施进行检查验收后，对下台阶进行开挖，侧壁开挖以掘进机掘进为主，边出渣边开挖，效率较高，欠挖较多围岩坚硬的情况下，可对欠挖部位进行爆破处理，注意控制药量和周围施工设施防护，开挖侧壁时应及时封闭围岩，按照设计要求进行支护。

实施例2

一种小入口大断面洞室开挖施工工艺，如图1、图2、图3所示，有以下步骤：

某工程为小入口大断面洞室工程，位于山体中，围岩较硬，洞室空间大（10m*10m),门洞型布置，进深80m，入口廊道1空间狭小（3m*3m)。

测试工程地质为花岗岩地质，入口廊道1断面狭小，洞室2断面大，进深短，且工期紧张，采取以往办法，无法达到快速安全高效完成施工任务，通过技术人员多次研究，最终制定导洞扩爆施工工艺，先进行导洞施工，扩爆后分上下台阶用掘进机进行幅员修整，最后按图纸要求进行支护。

首先根据围岩状况，确定导洞尺寸为4.5*4.5m，具体导洞尺寸可适当进行调整，由于围岩完整，断面不大，故可临时速喷完成初期支护，节约工期。完成导洞施工后，进行扩爆，扩爆打钻为垂直周围岩壁（或有固定角度倾角）发散状布孔，打钻尽量保证孔底分布均匀，提高爆破效果。为防止超挖，扩爆预留两米左右松动围岩，用掘进机处理，以保证安全性和施工质量。一次爆破量可根据实际情况进行调整，在确保安全的条件下，增大爆破量提高施工进度。

完成扩爆后对口部位置进行排险，修坡。采用掘进机对幅员及松动岩石进行修整，既能确保安全，又能提高成洞质量。边修整边支护，完成顶部设备安装，并且进行验收。上台阶完成施工并验收完毕后，进行下台阶出渣及修整侧壁、支护作业，完成洞室施工。

测试工程在确保安全的前提下，提前20天完成施工任务，大大降低施工成本。此技术在小入口大断面短进深洞室施工中应用成熟，取得不错的施工效果。