地下建筑課程設計

1、<p><b>　　一．工程概況</b></p><p>　　某無壓引水隧道，長1600米，直徑6米，隧道埋深10～50米；經勘察，隧道80％將穿過石灰?guī)r，20％穿過石英砂巖，巖石的抗壓強度100～150MPa，45％～90％的節(jié)理和裂隙面充填方解石、白云石和粘土，部分節(jié)理處于不閉合狀態(tài)，縫隙寬度1～4mm，節(jié)理間距30cm～50cm之間，節(jié)理面粗糙。根據(jù)鉆孔資料得知石灰?guī)r的RQD

2、值為80～100之間。經測試巖體縱波速度為：4000～5000m/s。石英砂巖的RQD值為60～80之間。預計圍巖存在3組節(jié)理，主要節(jié)理走向與洞軸線夾角在30°～50°，傾角為40°～80°之間，傾向逆于隧道掘進方向。另外，預計隧道局部地段因隧道頂部位于水位線下，有中等滲入水流，水流量在10～15L/mim之間。</p><p>　　二．施工總方案的選擇與確定</p&

3、gt;<p>　　1. RMR法經驗設計</p><p>　　本工程各項參數(shù)根據(jù)RMR法評分如下所示：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　2.Q系統(tǒng)法經驗設計</p><p>　　Q系統(tǒng)法采用6個巖體相關參數(shù)，分別為巖體質量指標RQD，節(jié)理組數(shù)系數(shù)Jn，節(jié)理粗糙度系數(shù)Jr，節(jié)理蝕

4、變系數(shù)Ja，節(jié)理含水折減系數(shù)Jw和地應力折減系數(shù)SRF 。</p><p><b>　　Q= </b></p><p><b>　　表2</b></p><p>　　由表1所列可依次計算出=0.2475，=0.1925</p><p>　　根據(jù)《地下建筑工程設計與施工》（中國地質大學出版社）中提供的

5、Q系統(tǒng)“各種地下開挖工程的開挖支護比近似值”表，可知該隧道屬于“永久采礦坑道，水電輸水隧道（不包括高壓隧道），引水隧道，豎井，縱橫交錯的平巷等”，ESR值取1.6。則開挖的當量尺寸H可由下式得到：</p><p><b>　　H=L/ESR</b></p><p><b>　　得H=3.75。</b></p><p>　　

6、由=0.2475，=0.1925與H=3.75參照課本Q系統(tǒng)支護設計圖，選擇第30號支護系統(tǒng)。 </p><p><b>　　表3 </b></p><p>　　即使用間距為1m的快速預應力砂漿系統(tǒng)錨桿，并輔之以40mm厚的噴射混凝土。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　經

7、計算可知巖體屬Ⅲ類，不支護跨距3m，平均持續(xù)時間1周。如果采用鉆爆法施工，可有三種初期支護方案供選擇：</p><p>　　a.錨桿為主體：錨桿間距1.5~2m，需要時拱頂噴30mm混凝土；</p><p>　　b.拱頂噴100mm，邊墻噴50mm混凝土，必要時局部加鋼筋網和錨桿；</p><p>　　c.輕型支架，間距1.5～2.0m</p><

8、;p>　　3. 錨桿噴射混凝土技術規(guī)范（GBJ 86-85）設計</p><p>　　本工程實例的巖體特性符合GBJ 86-85中對Ⅱ類圍巖的規(guī)定，如下所示：</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　GBJ 86-85圍巖分類</p><p>　　則根據(jù)GBJ86-85有兩種支護方法可供選擇：

9、</p><p>　　a．80~100mm厚噴射混凝土。</p><p>　　b．50mm厚噴射混凝土，設置1.5~2.0m長的錨桿。</p><p>　　4. 施工方法與施工方案的確定</p><p>　　根據(jù)上述分析擬采用NATM法施工，雙向掘進方式（為方便排水本隧道擬安排進口順坡段施工，出口反坡掘進）將遇隧道頂部在水位以下地段時，由隧道

10、一側的超前導洞排水降壓。</p><p>　　由于隧道斷面較小，所以采用全斷面開挖法，一次成巷，輔之以間距為1m長度為2.5m的快速預應力脹殼式系統(tǒng)錨桿并噴40mm厚的噴射混凝土，永久支護混凝土300mm 厚的施工方案。</p><p>　　隧道洞門采用超前錨桿和注漿固結法穩(wěn)固周圍巖體，并采用格柵剛架進行初期支護。為確保隧道按期、優(yōu)質、安全的完成施工，組織2個專業(yè)化隧道施工隊伍對隧道工程實

11、行專業(yè)化作業(yè)，抽調經驗豐富、專業(yè)性強的人員參加隧道施工，安檢。</p><p><b>　　隧道支護結構斷面圖</b></p><p><b>　　5. 防水設計</b></p><p>　　本工程局部地段滲水較嚴重，故應重視防水設計。根據(jù)實地情況，采用抹壓法和填塞法結合施工。</p><p>&l

12、t;b>　　a.抹壓法</b></p><p>　　在已充分濕潤的洞壁基層上，將已配好的第一遍涂料用鋼抹子或硬膠板均勻抹壓。抹壓時要按順序操作，緊密搭接，避免漏抹。在養(yǎng)護后即可進行第二遍施工。將調好的涂料用毛刷或毛滾子涂刷在第一層涂層上，待收水后并用手指輕壓不出現(xiàn)印痕時，再用水濕潤養(yǎng)護24h.</p><p><b>　　b.. 填塞法</b><

13、;/p><p>　　在大量漏水的情況下，應先排水，然后堵塞縫洞。施工時，先將縫寬鑿寬至20mm，深15～20mm，清除縫內浮灰，用水濕潤，然后于裂縫底部及四周，涂刷涂料，待干燥1h后，將配好的填塞料搓成條狀（或團狀），用力壓填于裂縫或孔洞內。填塞料要與基層面齊平。養(yǎng)護6h左右，將稀涂料涂刷于表面，并灑水養(yǎng)護。</p><p>　　二襯時為防止上部漏水流經砌縫滲入工程內部，應以膨脹防水水泥砂漿抹

14、面。在水泥砂漿內加入PVC膨脹劑，F(xiàn)NC硫化劑，微晶活性二氧化硅摻合料，采用迎水面2～3層防水砂漿抹面，可以達到良好的防水效果。同時在隧道內設置排水溝，將泄水孔泄出的水排出隧道。</p><p><b>　　三．鑿巖爆破設計</b></p><p>　　1.鑿巖機具與爆破器材選定</p><p>　　機具采用普遍使用的氣腿式風動鑿巖機YT-30

15、,擬用10臺，釬頭選用φ40mm的一字釬頭，釬桿采用合金中空的55硅錳鉬釬桿。炸藥采用2#巖石硝銨炸藥，選定毫秒微差非電導爆系統(tǒng)。</p><p>　　鑿巖機械生產率Vd=VФβ=0.25(m/min)，式中：Vd —鑿巖機械的實際生產率(m/min)；V—純鉆速(m/min)；Ф—同時開動干擾系數(shù)；β—工作時間利用系數(shù)</p><p><b>　　確定爆破參數(shù)：</b&g

16、t;</p><p>　　a.單位巖體的炸藥量</p><p>　　中等斷面隧道，故采用下式計算：</p><p><b>　　查表可得：</b></p><p>　　—隧道斷面面積 D=隧道凈空直徑+襯砌厚度 </p><p><b>　　故</b></p>

17、<p><b>　　—平均鑿巖深度； </b></p><p>　　—炮孔裝藥量充填系數(shù)；</p><p><b>　　—炮孔利用率；</b></p><p>　　—等效炸藥換算系數(shù)；</p><p>　　—巖體裂隙率的修正系數(shù)；</p><p><b&g

18、t;　　—自由面數(shù)量；</b></p><p><b>　　為普氏巖石堅固系數(shù)</b></p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)計算得：</b></p><p>　　每循環(huán)炸藥量則由式得=149.9</p><p>　　b．開挖斷面的炮孔數(shù)量及布置</p><p>&

19、lt;b>　　計算公式：</b></p><p><b>　　查表5：</b></p><p>　　=30.9 =1.00</p><p><b>　　代入公式得：</b></p><p>　　炮孔間距a=12d =480mm，最小抵抗線索w=0.6，炮孔密集系數(shù)m=a/w

20、 =0.8，掏槽孔和周邊孔加密布置。實際布孔</p><p><b>　　炮孔布置圖</b></p><p><b>　　c．裝藥結構</b></p><p>　　根據(jù)鑿巖機釬頭直徑及一般工程經驗值，掏槽孔和輔助孔連續(xù)結構裝藥，為了獲得更好的光爆效果，周邊孔按不連續(xù)結構裝藥，底部加強裝藥。普通孔不偶合系數(shù)取1.2，光爆孔不

21、偶合系數(shù)取1.6。具體裝藥結構如下所示：</p><p>　　2.5m掏槽孔裝藥結構</p><p>　　2.5m輔助孔裝藥結構</p><p>　　如上圖所示，掏槽孔每孔裝藥12卷，輔助孔每孔裝藥11卷，周邊孔每孔裝藥9卷。</p><p><b>　　壓氣設計</b></p><p><

22、b>　?。╩3/min）</b></p><p>　　式中：—空壓機的備用系數(shù)，—風動機具所需風量，—管路及附件的漏耗損失，—同時工作系數(shù)，—海拔對空壓機生產能力的影響</p><p>　　帶入數(shù)據(jù)計算的Q=(1+0.8)(8*2.5+1.5*0.8)*1.0=38.2 m3</p><p>　　因此施工中采用四臺XP900（20m3/min）空壓

23、機，每個洞口個配兩臺。施工中的高壓風水管均采用φ150的鋼管，具體布置如下</p><p><b>　　隧道斷面管線布置圖</b></p><p><b>　　四．通風與防塵設計</b></p><p><b>　　1.確定通風方式</b></p><p>　　本隧道的塵氣來源

24、主要有：爆破有害氣體，鉆孔爆破出渣粉塵，洞內內燃機廢氣，施工人員呼出二氧化碳。通風與防塵設計的目的是為了保證施工人員供給足夠的新鮮空氣，保證15～30min內排除爆破有害氣體，保證洞內粉塵的質量濃度小于2～6mg/m3，沖淡內燃機廢氣，允許一氧化碳質量濃度小于20mg/m3 ,二氧化氮小于5mg/ m3。</p><p>　　綜合比較壓入式，抽出式和混合式三種通風方式，本工程推薦采用混合式通風方式：一組風機將新鮮

25、空氣經風管送入作業(yè)面，另一組風機將炮煙或污濁空氣經風管排出洞外。為防止在作業(yè)面附近形成渦流和炮煙擴散，這兩組風機應以抽出為主，壓入為輔。抽出風量應比壓入風量大20%～30%。抽出風管與壓入風管應布置在洞室兩側，且抽出風管在上部，壓入風管在下部。</p><p><b>　　2. 風量計算</b></p><p>　　壓入風量根據(jù)右式計算：= ，</p>

26、<p>　　式中： C = 一次循環(huán)爆破用最大藥量（kg）,C = 149.9kg；</p><p>　　S = 隧道斷面面積（m2），取35.05m2；</p><p>　　L = 壓風管口至工作面距離，取30m；</p><p>　　t = 通風時間（s）,取30min。</p><p>　　可得=142.82 m3/mi

27、n.</p><p>　　抽出風量根據(jù)右式計算： = （1.2~1.3）</p><p>　　可得=185.67 m3/min。</p><p><b>　　風筒選擇</b></p><p>　　推薦使用鋁皮風筒，可以減小通風阻力和漏風系數(shù)。</p><p>　　剛性風筒的漏風備用系數(shù)按經驗值取ρ

28、=1.5。</p><p>　　風筒的風阻按右式計算：R≈8аL/</p><p>　　式中： R—風筒的總風阻（千繆），</p><p>　　а—風筒的摩檫阻力系數(shù)，</p><p>　　L—風筒的全長（m）</p><p><b>　　d—風筒直徑（m）</b></p>&

29、lt;p><b>　　可得R≈3.1</b></p><p><b>　　選擇通風機</b></p><p>　　通風機供風量ρ=214.23 m3/min</p><p>　　壓入式通風機風壓H= 57.3mm水柱</p><p>　　抽出式通風機風壓=788.5mm水柱</p>

30、;<p>　　壓入式通風組可以選用軸流式通風機JF-61-2 型2臺；抽出式通風組可以選用軸流式通風機JF-62-2型3臺串聯(lián)工作。</p><p><b>　　降塵方案</b></p><p>　　采用如下四個措施來達到降塵的目的：</p><p>　　a.降塵 濕式鉆孔，水封爆破，噴霧降塵，水炮彈，爆渣灑水等。</p&

31、gt;<p>　　b.減塵 風壓，水壓符合規(guī)定，凈化水源，講求爆破效果等。</p><p>　　c.排塵 加強通風。</p><p>　　d.加強個人保護 佩帶防塵口罩。</p><p><b>　　五. 裝巖運輸設計</b></p><p>　　常用的隧道開挖機械配套方案如下所示：</p>

32、;<p>　　綜合考慮采用蟹爪耙斗裝載機+自卸汽車運輸方式。</p><p>　　蟹爪耙斗裝載機需要量由經驗得每個開挖工作面2臺，選用CAT966D裝載機；</p><p>　　自卸汽車需要量由右式=12輛，選用20t東風運輸汽車。</p><p><b>　　錨噴（網）支護</b></p><p>　　1

33、.錨噴（網）支護施工參數(shù)</p><p>　　結合本隧道的涌水，斷面面積小，巖層巖性一般且局部有強度較弱的物質充填的特點，推薦使用如下所列的錨噴（網）支護參數(shù)：</p><p><b>　　表6</b></p><p>　　錨噴（網）支護工藝與方法</p><p>　　錨桿施工時采用先錨后：鉆孔洗孔打入錨桿上孔閉塞抽真空

34、灌注砂漿。</p><p>　　錨桿施工時注意下列事項： </p><p>　　a.測量控制：根據(jù)設計參數(shù)、規(guī)范要求以及圍巖的節(jié)理走向，r出每一根錨桿的位置，現(xiàn)場控制中，如圍巖節(jié)理及走向、塊度不規(guī)則，可對錨桿的位置和方向作出適當?shù)恼{整，保證其有效的錨固作用；</p><p>　　b.打眼控制：錨桿眼的方向應與設計輪廓線或主體圍巖成垂直關系，成孔深度不應小于設計；

35、</p><p>　　c.安裝控制：提前準備并檢查安裝設備是否完好，錨桿數(shù)量和長度符合設和規(guī)范要求，并提前運送到工作面，準備好止?jié){設施.在注漿前檢查每一個錨桿孔的深度、角度是否正確，并用高壓風、高壓水洗孔，防止堵孔.錨桿插人孔內，安裝好止?jié){塞，注漿時，當孔口有漿液冒出時適當穩(wěn)定一會再拆除注漿管，堵塞錨桿口；</p><p>　　d.其他：錨桿施作完畢，48 h內，不準晃動、不準懸掛重物，以

36、保證錨桿與漿液的錨固效果；</p><p>　　e.質量檢驗：主要檢查根數(shù)為300根1組，或按每批錨桿數(shù)量的1%控制，且每組(批)檢驗數(shù)量不少于3根。拉拔力平均值大于等于設計拉拔力，每批組試件最小拉拔力應大于設計值的90%。</p><p>　　鉆孔時可采用MYT-100/400型液壓錨桿鉆機，參數(shù)如下所示：</p><p><b>　　表7</b&

37、gt;</p><p>　　注漿時采用M18-30中空注漿錨桿機。</p><p>　　噴砼時采用TK—500型濕噴機，主要技術參數(shù)如下所示：</p><p><b>　　表8</b></p><p>　　噴砼時的關鍵點在于水泥裹砂砂漿的拌制及兩條供料線的配合。水泥裹砂砂漿配制時先用一部分水把一半砂的表面濕潤，再投入全部

38、水泥拌和均勻，使砂砂粒表面形成一薄層低水灰比水泥漿殼，接著加入剩余水和減水劑，稍加拌和即成。</p><p>　　鋼筋網安置時應提前除銹、除污、調直，鋼筋網宜在現(xiàn)場預制點焊成網片，也可就地綁扎，網與網之間搭接長度不小于20 cm，鋼筋網應在初噴一層混凝土后鋪設，并與錨桿綁扎牢固，同時保護層厚度不應小于2 cm。</p><p><b>　　七．混凝土澆注設計</b>&

39、lt;/p><p><b>　　被覆工程量的計算</b></p><p>　　隧道被覆混凝土截面積由右式可得：=6.76</p><p>　　被覆工程量由右式可得：=10672</p><p><b>　　2.模板的設計</b></p><p><b>　　模板的選型&

40、lt;/b></p><p>　　模板的種類很多，按拼裝方式分為：拆裝式和活動工具式；按制作材料分為：木模板，鋼模板，鋼木模板和混凝土模板。</p><p>　　本工程采用拆裝式模板，因為活動式模板用于洞室斷面不變的長隧道中，不適用于該工程。因而選擇拆裝式模板。它由模板和支撐系統(tǒng)組成。</p><p>　　拱架：它是模板的主要承載構件。本工程中采用鋼拱架，它的

41、優(yōu)點是重復使用次數(shù)多，占用空間小。</p><p>　　框架：也叫做側墻模架，既承受拱架部分傳來的垂直荷載，又承受側墻部分傳來的水平荷載，由立柱，縱梁和支撐組成。</p><p>　　模板：包括拱頂模板和側墻模板。模板一般為定型標準化模板。長度為拱架間距的2～3倍。</p><p><b>　　模板的安裝與拆卸</b></p>&

42、lt;p>　　為了保證洞室軸線方向和坡度準確，在安裝模板前應將洞室軸線，邊墻軸線和標高軸線測設在洞室底部和巖壁上，并在設置立柱的下方，近軸線方向和設計坡度澆注混凝土地梁，然后在混凝土地梁上測出側墻內線，作為力模的依據(jù)。模板的安裝順序由下到上，由框架，拱架到板進行。</p><p>　　模板的拆除時間，一般不承重的側墻模板，混凝土強度達到2.5MPa 后方可拆除。拱頂模板的拆除要達到設計強度的70%才能拆除。

43、</p><p>　　3.襯砌設計及混凝土選用</p><p><b>　　襯砌設備與工具</b></p><p>　　主要的設備為1.模板2.泥水泵3.混凝土攪拌機4.運輸車</p><p><b>　　混凝土設計</b></p><p>　　水泥的標號不應低于32.5 號

44、，用水量不得小于280kg /m3（無外摻料），水灰比不應大于0.6，灰砂比不應小于1：2.8（冬季施工時，應適當降低水灰比），砂率應高于普通防水混凝土5%～8%，混凝土中粒0.16 ㎜以下的砂，應占骨料總重的5%。每立方米混凝土中，粒徑0.315 ㎜一下的砂不得少于400kg，外加劑宜選用減水緩凝型，冬季施工時應摻用加氣劑。</p><p>　　砂以連續(xù)級配的河沙為好，細度模數(shù)2.4～3.0 為宜。砂率一般為3

45、6%～42%，卵石的最大粒徑不超過管徑的40%。碎石的最大粒徑不超過管徑的三分之一。</p><p>　　水泥用量一般為300kg/m3 。在工程實際中可以根據(jù)管道的情況調整。</p><p>　　4.攪拌，運輸，澆搗方法與注意事項</p><p>　　攪拌：使用自落式攪拌機，用于拌合低流動性混凝土和塑性混凝土。在鼓筒回轉工程中，將拌合物帶起，旋轉到頂部后，自由落下

46、，如此多次將混凝土拌合均勻。其轉速一般為15～18 轉/min。</p><p><b>　　注意事項:</b></p><p>　　①運輸過程中，不得產生分層離析現(xiàn)象，以免破壞混凝土的均勻性。</p><p>　?、?保證混凝土運至澆注地點時，仍具有較好的流動性，其塌落度的降低值不得超過原規(guī)定的30%。</p><p>

47、;　?、?從攪拌機出料到震搗固定完畢的全過程，不得超過混凝土的初凝時間。</p><p>　?、?混凝土灌注與搗固要求：混凝土必須有秩序和均衡地分層澆筑，便于搗固和模板受力均勻，不至于模板偏移；必須保證混凝土澆注的連續(xù)性；澆注不得使用離析混凝土，保證混凝土的均質性和密實性；搗固手應相互搭接1m ， 避免結合部位漏搗；搗固手應作到“快插慢拔，梅花布點，垂直插入，禁止用搗固棒傾斜攤料”，搗固質量“內實外光，表面翻漿”

48、；澆注時及時制作強度試塊，檢驗混凝土強度。</p><p>　　⑤. 混凝土的養(yǎng)護和支模；混凝土澆注形成后，應及時進行養(yǎng)護，洞室內養(yǎng)護不少于7d，破碎段不少于10d，出入口不少于20d，每天噴水次數(shù)以保證混凝土濕潤為度；當混凝土終凝后即可拆除擋頭板，模板拆除按規(guī)定執(zhí)行；拆模應保證混凝土表面不至造成邊角、棱和表面破損，如發(fā)現(xiàn)缺陷、麻面等應及時補救</p><p><b>　　八．施

49、工方案</b></p><p>　　灌注順序具體如下：沿隧道軸線從中間向兩坑口；優(yōu)先被覆塌方地段和石質較差的部位；應采用防滲混凝土整體被覆；多個作業(yè)面應穿插進行。被覆作業(yè)組織及施工方案如下所示：</p><p><b>　　表8</b></p><p><b>　　共計59人。</b></p>&

50、lt;p>　　主要技術措施和施工要求:</p><p>　　被覆材料要求:合理選用水泥品種；選用質量好的砂石；控制和掌握砂石含水率；碎石應級配均勻；</p><p>　　混凝土攪拌和運輸要求：嚴格按設計施工配合比配料；控制水灰比，保證混凝土的和易性；保證混凝土連續(xù)施工，不間斷；保證混凝土的均勻性，流動性，避免產生離析，泌水，砂漿流失等現(xiàn)象。</p><p>　

51、　混凝土灌注與搗固要求：混凝土必須有秩序和均衡地分層澆筑，便于搗固和模板受力均勻，不至于模板偏移；必須保證混凝土被覆的連續(xù)性；澆注不得使用離析混凝土，保證混凝土的均質性和密實性；搗固手應相互搭接1m ， 避免結合部位漏搗；搗固手應作到“快插慢拔，梅花布點，垂直插入，禁止用搗固棒傾斜攤料”，搗固質量“內實外光，表面翻漿”；被覆時及時制作強度試塊，檢驗混凝土強度。</p><p>　　混凝土的養(yǎng)護和支模；混凝土被覆形

52、成后，應及時進行養(yǎng)護，洞室內養(yǎng)護不少于7d，破碎段不少于10d，出入口不少于20d，每天噴水次數(shù)以保證 混凝土濕潤為度；當混凝土終凝后即可拆除擋頭板，模板拆除按規(guī)定執(zhí)行；拆模應保證混凝土表面不至造成邊角、棱和表面破損，如發(fā)現(xiàn)缺陷、麻面等應及時補救。</p><p>　　九． 施工組織與計劃</p><p>　　1.施工勞動組織設計</p><p>　　隧道施工是工程

53、的重點。為確保隧道按期、優(yōu)質、安全的完成施工，抽調經驗豐富、專業(yè)性強的人員參加隧道施工，配足人員，設備選型、配套上把握“先進、適用、合理”的原則。人員具體分配情況見表12，投入機械設備見表9。</p><p>　　表10 投入機械設備一覽表</p><p><b>　　，</b></p><p>　　2. 掘進作業(yè)循環(huán)

54、設計 </p><p>　　本隧道計劃每個洞口平均月成洞60m 左右，具體掘進作業(yè)循環(huán)見表11。 </p><p><b>　　九．工程進度設計</b></p><p>　　本隧道采用雙向掘進，襯砌緊跟進行的施工方案，具體進度水平見表12。</p><p>　　表12 進度水平安