洞室爆破平洞设计开挖断面不宜小于 [特大断面洞室石方开挖]

　　【摘 要】地下工程施工必须把安全放在第一位，对于洞室石方开挖，洞脸的有效形成是安全进洞的第一步。特大断面洞室石方开挖，可采用分层分区台阶形开挖方式，为加快工程进度和降低施工成本，可在导洞形成后采用潜孔钻钻孔梯段起爆的方式进行开挖。
　　【关键词】长锚杆；护拱；钢桁架；分层分区；台阶法；开挖；洞脸
　　1.概述
　　地下工程施工必须把安全放在第一位，对于洞室石方开挖，洞脸的有效形成是安全进洞的第一步。特大断面洞室石方开挖，可采用分层分区台阶形开挖方式，为加快工程进度和降低施工成本，可在导洞形成后采用潜孔钻钻孔梯段起爆的方式进行开挖。
　　河口村水库1#泄洪洞长600m，为城门洞型，标准洞段开挖尺寸bh=11m×15.5m，断面积160m2，根据规范规定属于特大断面（≥120m2），其进口由于进水塔部分塔体深入洞内，形成了bh=27.02m×24.51m的城门型洞脸，面积632m2，被誉为“中原第一洞”。该洞进口部位原设计为bh=27.02m×22.39m的方形洞口，由于大跨度平顶洞口的稳定性较差且洞口位于Ⅳ类围岩区，施工中有出现坍塌的可能，进而危及作业人员安全，经反复与设计单位交流沟通，顶部按1/7.7起拱3.5m，侧墙高度下降1.38m。
　　2.支护系统的形成
　　2.1 原设计支护系统
　　由于进洞前需先做好洞脸围岩的安全支护工作，原开挖边坡上挂直径6mm、间排距0.15m的钢筋网片，并喷0.1m厚的C20混凝土，原设计洞脸上方设置两排排距1.6m、直径25mm、间距1.5m、长5.0m向上倾角150的锁口锚杆，洞口内部设置间距1.4m的钢桁架5榀，并在侧墙和顶板上围岩上安装直径32mm、长5m、间排距1.5m的系统锚杆，同时挂直径6mm、间排距0.15m的钢筋网片，然后喷0.2m厚的C20混凝土，详见图1。
　　2.2 实际支护采用的支护系统
　　由于锁口锚杆间排距较大、长度较短、数量较少，不能很好地锚固洞口上方的破碎围岩，且开挖后洞顶岩块有脱落的可能，鉴于这种情况，再次与设计单位交流沟通后，进一步优化了支护措施：
　　（1）从洞顶▽230.5m马道用90mm简易潜孔钻向下钻两排孔至第二榀和第四榀钢桁架位置，由于洞室尚未开挖，为保证长锚杆能与钢桁架连接在一起，钻孔深度要超过钢桁架位置1.0m以上，达18.23～21.47m，钻孔开口排距1.0m，间距1.5m，梅花状布置，钻孔经冲孔和洗孔后植入直径40mm的螺纹钢长锚杆，钢筋采用直螺纹机械连接，钢筋外漏0.5m，并注入纯水泥浆，为保证水泥浆的饱满度，浆液不可太浓，要能顺利地注入孔内，期间人工不断摇动钢筋，使浆液顺利下淌，直至灌满整个钻孔。
　　（2）增加2排锁口锚杆至4排，间距由1.5m缩短至0.5m，长度由5m增加至7m，直径由25mm改为22mm，均采用梅花状布置，杆端露出岩面0.3m，并在锁口锚杆的基础上安装4排Φ22环向钢筋，然后再用Φ22的斜拉钢筋进行连接，最后喷C20混凝土0.2m，形成一个稳固的洞脸护拱；
　　（3）其余支护措施不变。
　　经过优化后的支护系统如图2，其中详图1见图3，详图2见图4，洞脸护拱见图5和图3。
　　3.洞室石方开挖
　　支护系统确定并进行了长锚杆和洞脸护拱施工后，接下来进行洞室石方开挖工作。
　　3.1 洞口特大断面开挖
　　如前所述，洞口开挖面积632m2，然后渐变为标准断面。洞口开挖从洞顶中间部位开始，先开挖出一个高5m的导洞，然后扩挖两侧部分，下部采用90mm潜孔钻钻孔按层厚5m分层开挖，起爆顺序为单孔梯段起爆，由于单孔装药量较大，为避免影响周边围岩的稳定性及造成开挖面的不平整和超欠挖现象，两侧各预留2.5m用气腿式风钻钻孔进行光面爆破。接近基底时，为避免扰动进水塔基底围岩，下部4.5m全部采用气腿式风钻铅直布孔毫秒雷管分段起爆开挖，由于洞内其他洞段尚未完成开挖，出渣运输道路不能中断，故接近基底部分分为两个开挖区，开挖一侧时，另一侧作为出渣道路。开挖后及时按设计要求进行钢桁架支护和锚喷支护。进口分层分区开挖如图6所示（图中①为导洞，②和③为扩挖区，④、⑤和⑥为潜孔钻分层开挖区，⑦和⑧为气腿式风钻光面爆破开挖区，⑨和⑩为基底保护开挖区）。
　　3.2 标准洞段特大断面开挖
　　标准洞段为城门洞形，bh=11m×15.5m，面积160m2，采用三步五区法开挖（如图5所示），其中上层在钻爆台车上用气腿式风钻钻孔，楔形掏槽，设置掏槽孔30个、扩大孔30个、崩落孔27个、光爆孔55个、底板孔10个，连续装药，梯段起爆，循环进尺3m。
　　上层7.5m开挖前进30m后，下层的1、2区开始开挖，与上层交错前行。1、2区开挖再前进30m后，下层的3区和4区开始开挖，与上道的3个开挖区交错前行。这样，全断面就形成了五个开挖区。如图7。
　　为便于车辆出渣，开挖区台阶间用渣料填筑运输道路，坡比1：5，从图8中可以看出，当出渣道路占用两个开挖掌子面的时候，其余3个掌子面可以继续进行钻爆施工，出渣与开挖两不误，避免了相互干扰，极大地提高了工作效率。
　　4.结论
　　河口村水库1#泄洪洞自2011年4月开工，由于施工组织合理，安全保障措施到位，于2012年2月完成全洞段（600m）的石方开挖，累计完成石方开挖12.5万m3，未发生任何工程事故和安全事故，期间还平行进行了320m计15960m3边顶拱混凝土衬砌施工，取得了骄人的成绩，受到了多方的好评。

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