地下工程球冠圆柱体洞室施工技术-文档.doc

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地下工程球冠圆柱体洞室施工技术

　　球冠圆柱洞室多为煤矿井底车场交通枢纽中心洞室,球冠与圆柱半径较大,高度低,进出该洞室的通道断面较大,常采用螺旋形或分区域开挖,球冠与柱体采用预留光爆层光面爆破,球冠与柱体的轮廓线光面爆破质量易于控制,主体开挖能采用钻孔台车和大型机械设备出碴,施工速度快。在球冠与圆柱半径较小,高度较高,进出该洞室的通道唯一且断面较小的条件下,采用哪种施工顺序能确保快速施工,球冠与圆柱体的轮廓线开挖质量如何保证,是值得研究的。
　　一、工程概况
　　某地下洞室群工程洞室数量多、分布密集,结构特殊,交叉点多,开挖施工时易形成对围岩的重复扰动。球冠圆柱洞室设计参数为:圆柱体断面:R=8.02m,H=17.67m,球冠断面:R=9.88m,H=4.11m;施工通道设计参数为:宽为6m,高为5.6m,拱弧半径为4.2m;该洞室与相临洞室岩体间隔为9m。该洞室是该工程施工中难度最大的洞室。施工平面示意图如图1所示:
　　二、工程特点与施工难点
　　1.结构特殊。本工程属地下洞室群工程中具有特殊结构和使用功能的洞室,洞室顶部为球冠体,下部顺接圆柱体。球冠和圆柱半径小,高度较高,通道断面小且单一,并与洞室成90°相贯。无法凿岩台车钻孔,采用风枪作业,作业平台架设、通风、排碴困难。
　　2.平面位置特点。该洞室与周边相邻洞室仅9m,爆破作业对围岩进行重复扰动,在洞室的开挖施工过程中,需采用控制爆破技术,最低限度的减少对围岩稳定性的破坏。
　　3.施工控制严格。由于洞室功能特殊,爆破效果要求严格,不允许欠挖。在Ⅲ级围岩的地质条件下,需采用控制爆破技术,合理的施工顺序,保证成洞良好。
　　三、施工方案确定
　　球冠圆柱体洞室由开挖宽×高为8.24×8.69m的主通道和宽×高为6.04×5.7m通道进入洞室,由底部侧壁进入,该洞室的设计结构组成是选择施工方法的关键,即只能考虑由运输通道进入洞室底部侧壁开始组织施工。
　　该洞室开挖施工技术采用类比方法进行研究,第一种方案可采用全断面开挖的方法,即圆柱体由下向上全断面开挖,从侧墙预留施工通道,人工蹬碴作业,球冠体分层开挖,光面爆破。该种施工方法装载机在洞室底部出碴,初期支护随石碴高度下降,从上向下施工,但洞室排烟困难,作业环境差,施工放样难度大,准确度低,不便于机械化出碴,初期支护材料运输和施工困难。第二种方案即采用“一反两正”开挖法,此种方法由侧洞进入柱体,导坑拉槽,即用不断升高的汽车平台反挑到冠顶,再由冠顶两侧自上而下采用控制爆破开挖,利用导坑作为爆破后自然向下排石碴通道,利于底部机械装运作业,通风排烟时间短,支护作业紧跟,加快施工速度;球冠体采用沿切向分层精确光面爆破开挖,确保了球冠表面轮廓线开挖质量。同时后期扩挖施工顺序为从上向下正向作业,也为施工顺利进行提供可靠的安全保证。
　　四、施工方法与技术要点
　　(一)洞室开挖施工技术
　　将洞室分成Ⅰ、Ⅱ两部分,三大块分别开挖,先反向施工Ⅰ部导坑,再正向同时施工Ⅱ部左右部分。施工顺序如图2所示。
　　1.Ⅰ部施工。(1)用风钻沿运输通道开挖,完成与运输通道同高的Ⅰ-1部分;(2)以汽车升降平台为钻孔作业平台,用风枪钻孔,反挑Ⅰ-2层开挖,爆破后不出碴;(3)登碴开挖Ⅰ-3层,然后将碴全部出完;(4)用开挖Ⅰ-2层方法分别开挖Ⅰ-4层;(5)Ⅰ部球冠体开挖,先在拱脚处挑顶开挖Ⅰ-5部,再沿球冠切线向中间光面爆破开挖,进尺每循环1m;
　　(6)用同样方法分别开挖Ⅰ-6～8层;(7)利用汽车升降平台布设Ⅰ部冠顶锚杆进行网喷混凝土作业。
　　2.Ⅱ部施工。Ⅱ部自上而下分六层施工。(1)Ⅱ-1～3部利用汽车平台作业,沿冠顶顶部切线光面爆破,爆破后弃碴落入Ⅰ层底部并运出,与时进行拱部锚喷支护;(2)Ⅱ-1～3完成后,进行Ⅱ-4、5层光面爆破开挖与支护。
　　3.施工工艺流程。进入罐室通道开挖→罐室底层通道开挖→激光经纬仪定位→搭设脚手架→反向导坑开挖至起拱线→球冠导坑两侧拱脚挑顶开挖→球冠反向导坑挑顶开挖→球冠两侧正向光面爆破开挖→球冠初期支护→柱体两侧正向光面爆破开挖→柱体初期支护。
　　(二)钻爆参数优化技术
　　冠顶分两部分爆破使其成形,第一部分(Ⅰ-6部分)为通道顶部冠状体开挖,从两侧向顶部开挖;第二部分为两侧冠状体开挖,从顶部向两侧开挖。
　　施工中根据岩石完整性与坚硬程度以与实际爆破效果对爆破参数进行调整,主要调整参数为线装药密度,炮孔间距和孔口堵塞长度,当岩石坚硬完整、出现欠挖、炮根较多或孔口留有岩坎时,适当增加线装药密度,减少炮孔间距或减少孔口堵塞长度;当岩石完整性和坚硬程度较差、出现超挖或孔口岩台直角被削掉时,适当减少线装药密度或增加孔口堵塞长度。
　　球冠体Ⅰ部每循环进尺2m光面爆破,Ⅰ-6部分光面爆破参数见表1,球冠体Ⅱ部每循环进尺1m光面爆破开挖,爆破参数见表2。开挖钻爆设计如图3所示:
　　表1洞室Ⅰ-6部开挖爆破参数
　　炮眼名称
　　项目 掏槽眼 辅助眼 周边眼 合计
　　炮眼直径(mm) 40 40 40
　　炮眼间距(cm) 390 90 60
　　炮眼深度(m) 3 2.3 2.3
　　炮眼数量(个) 4 48 10
　　装药集中度(kg/m) 1.14 0.8 0.2
　　总装药量(kg) 13.68 88.32 4.6 106.6
　　不耦合系数 1.82
　　单位耗药量(kg/m3) 0.85
　　循环进尺(m) 2 面积S=63m2
　　表2洞室冠体Ⅱ-1部开挖爆破参数
　　炮眼名称
　　项目 掏槽眼 辅助眼 周边眼 底眼 合计
　　炮眼直径(mm) 40 40 40 40
　　炮眼间距(cm) 270 90 60 100
　　炮眼深度(m) 1.9 1.7 1.7 1.7
　　炮眼数量(个) 4 58 30 12 104
　　装药集中度(kg/m) 1.14 0.7 0.20 0.8
　　总装药量(kg) 8.66 69 10.2 16.3 104.16
　　不耦合系数 1.82
　　单位耗药量(kg/m3) 0.95
　　Ⅱ-1部面积 S=73m2
　　钻爆施工技术要点:
　　1.钻爆施工按新奥法原则实施,钻爆设计拱部为光爆,边墙为光爆和预裂相结合,同时增加爆破段数,减少一次性起爆药量,实施可控非电爆破。
　　2.钻孔台车就位要正确,台车车身轴线要与洞室轴线一致,以便于控制钻臂方位,台车钻孔要按孔位钻进,其偏离误差不能大于5cm,要有专人测控钻臂角度、方向,使其与钻爆设计相一致。特别是周边眼,要从严控制位置、方向、角度、深度,不合要求,则废孔重钻。风枪钻孔,同样进行控制,对于不平的掌子面,应根据岩面不平度调整钻孔深度,使炮眼底部(除掏槽孔外)处于同一垂直横断面上。
　　3.钻孔完成后,要专人对钻孔进行验收并记录。
　　4.装药前要对钻孔实施高压风清孔。
　　5.严格按装药设计进行装药,炸药、毫秒雷管、引爆管要经验收合格,制作起爆药包运送、装药时,要加强对导爆管的防护,严防破损而导致起爆失败。
　　6.所有装药后的炮孔,必须用胶泥认真堵塞,严禁不堵孔起爆。
　　7.导爆管联结要结实可靠,采用双起爆管路,确保起爆成功。
　　8.起爆前要由专人对装药、堵孔、联线进行检查、记录,确认合格后方能起爆。
　　9.每次爆破后,要验证效果记录资料,并进行分析,据以与时修正爆破设计,后一循环要处理先前一循环的欠挖部位。
　　10.钻爆施工,要严格执行各项安全规定,确保施工安全。
　　11.为减少超欠挖,减弱对围岩的扰动,保持围岩的自
　　稳,洞室施工必须采用高质量光面或预裂爆破。
　　施工实践证明爆破效果良好,周边轮廓符合设计要求,岩石壁面平整,洞室壁面起伏在15～20cm以内;爆破后,在保留的半壁面上无粉碎和明显新生裂隙,对围岩破坏轻微;光爆炮痕率在80%以上,减少了超欠挖,单位炸药消耗量也大为降低。
　　五、结语
　　球冠圆柱体洞室开挖施工工艺复杂,技术要求高,施工重难点多,施工中针对该洞室特殊结构功能要求进行深入研究,采取了一系列技术措施,该施工技术总体构思新颖,设计参数合理,结构安全可靠,工艺可操作性强,施工技术完善。
　　1.“一反两正”法施工球冠圆柱洞室在运输通道断面较小、球冠与圆柱半径较小的条件下,实现了快速施工,确保了工期目标的实现。
　　2.球冠体采用转圈削果皮(沿切向分层精确光面爆破)开挖,柱体采用竖向预裂爆破开挖,确保了轮廓线开挖质量。
　　3.分三块施工,增加爆破临空面,减少一次爆破装药量,确保相临洞室岩墙结构稳定,保证施工安全。
　　4.汽车升降平台的使用减少了工人劳动强度,缩短了工序循环时间。

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