一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法技术

本发明专利技术公开一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法，尾水调压室穹顶使用手风钻配合钻爆平台分层、分区进行开挖，采用了先中导洞后两侧、分扇形条块、开挖区域逐步扩大、应力分期释放、穹顶对穿锚索支护跟进的开挖施工方法；设计轮廓线位置钻孔角度按照同心圆同一高程原理进行控制。使用本发明专利技术的开挖方法，能够提高开挖成型质量，节约了工程投资；通过有效控制洞室一次开挖成型最大跨度和应力的分区、分期调整释放，解决了复杂地质条件下的大直径洞室穹顶围岩稳定问题。

Method for excavating large tailrace surge chamber dome under complex geological condition

Large tail water of the invention discloses a method of excavation under complex geological conditions, adjustable pressure chamber dome, tailrace surge chamber dome using pneumatic drill with drill and blast platform of layered and divisional excavation, the first pilot, after both sides of fan-shaped blocks, the excavation area gradually expanded, the stress release and dome on the excavation stage the construction method of anchor in follow up; design contours of drilling angle according to a concentric circle at the same elevation control principle. The excavation using the method of the invention, can improve the forming quality of the excavation, save the project investment; through the effective control of a maximum span of excavation and stress zoning, adjust the release stage, to solve the large diameter dome rock tunnel stability under complicated geological conditions of the problem.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地下岩土工程施工
，具体是一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法。
技术介绍
常规地下洞室平洞开挖根据围岩的类别、设计开挖断面尺寸、施工条件、出渣方式等因素一般采用全断面开挖或分层、分区开挖的方案。尾水调压室穹顶施工通常采用“十字开挖法”、“预留核心岩柱法”或“先中导洞后两侧分条块开挖法”几种开挖方法。例如：三板溪水电站和头道河水电站采用了“十字开挖法”，锦屏二级水电站和乌东德水电站采用了“预留核心岩柱法”，分区开挖完成后随即进行系统锚杆和喷射混凝土的施工，最后完成预应力锚索施工。目前实际中会遇到某水电站尾水调压室穹顶最大开挖直径48m，达到世界已建和在建最大直径的圆筒型尾水调压室，具有洞室规模巨大、地质条件复杂、设计结构体型多变、质量要求高的工程特点，采用常规的开挖方法存在岩体松弛变型导致围岩安全稳定问题突出和穹顶球形曲面结构开挖体型成型难度大的问题。
技术实现思路
为解决实际工程施工所遇到的大直径穹顶开挖成型以及围岩稳定问题，本专利技术提供一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法，采用先中导洞后两侧、分扇形条块、开挖区域逐步扩大、应力分期释放、穹顶对穿锚索支护跟进的开挖方法。本专利技术通过下列技术方案实现。一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法，经过下列各步骤：（1）根据尾水调压室穹顶结构特点以及施工通道布置情况，将尾水调压室穹顶分为两层九区；所述两层九区是指以施工通道为分层界线，其底板以上至穹顶顶点部位为第Ⅰ层，其底板以下穹顶开挖范围为第Ⅱ层；第Ⅰ层根据实际施工设备的性能参数和结构设计体型又分为Ⅰ-1层和Ⅰ-2层；第Ⅰ-1层中导洞开挖范围为第①区，两侧范围按照径向进行分区，Ⅰ-1层的保护层开挖范围为第②区，第Ⅰ-2层的中部开挖范围为第③、④区，第Ⅰ-2层的外环预留保护层开挖范围为第⑤区；第Ⅱ层中部降坡道开挖范围为第⑥区，第Ⅱ层中部其它区域（不含降坡道）开挖范围为第⑦区，第Ⅱ层的外环预留保护层开挖范围为第⑧区，第Ⅱ层的预留斜坡道开挖范围为第⑨区；（2）穹顶开挖前首先通过锚固观测洞提前实施穹顶对穿预应力锚索造孔施工，穹顶开挖首先完成中导洞区域的开挖和支护施工，中导洞开挖结束后立即完成穹顶中心对穿预应力锚索的下索、张拉施工，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-1层保护层的开挖支护，Ⅰ-1层支护结束后，首先进行Ⅰ-2层中部区域的开挖，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-2层外环预留保护层的开挖支护；Ⅰ-2层支护完成后，采用降坡道的方式开挖至Ⅱ层底板高程，进行Ⅱ层中部区域的开挖；然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅱ层保护层的开挖支护施工；Ⅱ层全部支护完成后，再最后挖除预留的斜坡道；具体是：第Ⅰ层首先通过施工通道采用垫渣方式完成第Ⅰ层第①区范围内的开挖和支护施工，然后完成第②区范围内的开挖和支护施工，第②区支护完成后开始第③区、第④区的开挖施工；最后完成第Ⅰ层第⑤区范围内的开挖和支护施工；第Ⅰ层全部开挖支护完成后即转入第Ⅱ层开挖阶段；第Ⅱ层首先从尾水调压室穹顶与施工通道平交口位置按照12%的坡比采用降坡开挖的方式完成第⑥区的开挖，然后完成中部第⑦区的开挖，再开始第⑧区的开挖和支护施工，第Ⅱ层开挖支护基本完成后最后挖除第⑨区的预留斜坡道。所述步骤（2）的穹顶开挖是采用手风钻配合钻爆平台进行开挖。所述步骤（2）的第②区、第⑤区、第⑧区均采用扇形分条块，按照同心圆同一高程的原理以长、短钎结合的方式进行水平光面爆破。所述步骤（2）的支护施工所用系统锚杆采用三臂凿岩台车进行造孔、人工配合平台车完成锚杆的注装施工，喷射混凝土采用大型湿喷车进行施工。所述步骤（2）的穹顶对穿锚索支护跟进是在开挖和支护施工期间，根据预应力锚索孔位点的出露范围，及时安排进行预应力锚索的穿索和张拉施工。中导洞开挖超过穹顶中心点的距离应满足预应力锚索施工的要求。本专利技术采用“先中导洞后两侧、分扇形条块、开挖区域逐步扩大、应力分期释放、穹顶对穿锚索支护跟进”的方式进行开挖，具有以下优点：一是通过先开挖中导洞，及时完成了穹顶中心位置的预应力锚索施工；与常规开挖方案相比较，通过提前实施吊顶锚索，减小了洞室一次开挖成型的最大跨度，减跨作用明显，有效控制了岩体的松弛变形范围。二是尾水调压室穹顶采用水平分层、平面分区的开挖方案，开挖区域逐步扩大，实现了围岩应力的分期调整和释放；与常规开挖方案相比较，由于围岩应力分多次进行调整，避免了地下洞室开挖卸荷后由于应力剧烈调整带来的一系列的安全问题。三是尾水调压室穹顶设计轮廓线位置第②、⑤、⑧区均按照“同心圆同一高程的原理”，采用“长、短钎”结合的方式进行水平光面爆破，解决了穹顶球形曲面结构开挖体型的问题；与常规开挖方案相比，由于开挖质量的提高，减少了后期喷射混凝土的补喷和回弹量，节约了工程投资。本专利技术的开挖方法，能够提高开挖成型质量，节约了工程投资；通过有效控制洞室一次开挖成型最大跨度和应力的分区、分期调整释放，解决了复杂地质条件下的大直径洞室穹顶围岩稳定问题。附图说明图1是本专利技术的分层和分区示意图。图2、图3、图4和图5分别是逐区开挖的示意图。图6为按照同心圆同一高程原理，采用长、短钎结合进行水平光面爆破的爆破孔结构示意图。图中：①―中导洞，②―Ⅰ-1层保护层，③―Ⅰ-2层中部开挖范围，④―Ⅰ-2层中部开挖范围，⑤―Ⅰ-2外环预留保护层，⑥―Ⅱ层降坡道开挖范围，⑦―Ⅱ层中部开挖区，⑧―Ⅱ层外环预留保护层，⑨―预留斜坡道。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术做进一步说明。实施例1（1）根据尾水调压室穹顶结构特点以及施工通道布置情况，将尾水调压室穹顶分为两层九区；所述两层九区是指以施工通道为分层界线，其底板以上至穹顶顶点部位为第Ⅰ层，其底板以下穹顶开挖范围为第Ⅱ层；第Ⅰ层根据实际施工设备的性能参数和结构设计体型又分为Ⅰ-1层和Ⅰ-2层；第Ⅰ-1层中导洞开挖范围为第①区，Ⅰ-1层的保护层开挖范围为第②区，第Ⅰ-2层的中部开挖范围为第③、④区，第Ⅰ-2层的外环预留保护层开挖范围为第⑤区；第Ⅱ层中部降坡道开挖范围为第⑥区，第Ⅱ层中部其它区域（不含降坡道）开挖范围为第⑦区，第Ⅱ层的外环预留保护层开挖范围为第⑧区，第Ⅱ层的预留斜坡道开挖范围为第⑨区；（2）穹顶开挖前首先通过锚固观测洞提前实施穹顶对穿预应力锚索造孔施工，穹顶开挖首先完成中导洞区域的开挖和支护施工，中导洞开挖结束后立即完成穹顶中心对穿预应力锚索的下索、张拉施工，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-1层保护层的开挖支护，Ⅰ-1层支护结束后，首先进行Ⅰ-2层中部区域的开挖，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-2层外环预留保护层的开挖支护；Ⅰ-2层支护完成后，采用降坡道的方式开挖至Ⅱ层底板高程，进行Ⅱ层中部区域的开挖；然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅱ层保护层的开挖支护施工；Ⅱ层全部支护完成后，再最后挖除预留的斜坡道；具体是：第Ⅰ层首先通过施工通道采用垫渣方式完成第Ⅰ层第①区范围内的开挖和支护施工，然后完成第②区范围内的开挖和支护施工，第②区支护完成后开始第③区、第④区的开挖施工；最后完成第Ⅰ层第⑤区范围内的开挖和支护施工；第Ⅰ层全部开挖支护完成后即转入第Ⅱ层开挖阶段；第Ⅱ层首先从尾水调压室穹顶与施工通道平交口位置按照12%的坡比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法，其特征在于经过下列各步骤：（1）根据尾水调压室穹顶结构特点以及施工通道布置情况，将尾水调压室穹顶分为两层九区；所述两层九区是指以施工通道为分层界线，其底板以上至穹顶顶点部位为第Ⅰ层，其底板以下穹顶开挖范围为第Ⅱ层；第Ⅰ层根据实际施工设备的性能参数和结构设计体型又分为Ⅰ‑1层和Ⅰ‑2层；第Ⅰ‑1层中导洞开挖范围为第①区，两侧范围按照径向进行分区，Ⅰ‑1层的保护层开挖范围为第②区，第Ⅰ‑2层的中部开挖范围为第③、④区，第Ⅰ‑2层的外环预留保护层开挖范围为第⑤区；第Ⅱ层中部降坡道开挖范围为第⑥区，第Ⅱ层中部其它区域开挖范围为第⑦区，第Ⅱ层的外环预留保护层开挖范围为第⑧区，第Ⅱ层的预留斜坡道开挖范围为第⑨区；（2）穹顶开挖前首先通过锚固观测洞提前实施穹顶对穿预应力锚索造孔施工，穹顶开挖首先完成中导洞区域的开挖和支护施工，中导洞开挖结束后立即完成穹顶中心对穿预应力锚索的下索、张拉施工，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ‑1层保护层的开挖支护，Ⅰ‑1层支护结束后，首先进行Ⅰ‑2层中部区域的开挖，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ‑2层外环预留保护层的开挖支护；Ⅰ‑2层支护完成后，采用降坡道的方式开挖至Ⅱ层底板高程，进行Ⅱ层中部区域的开挖；然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅱ层保护层的开挖支护施工；Ⅱ层全部支护完成后，再最后挖除预留的斜坡道；具体是：第Ⅰ层首先通过施工通道采用垫渣方式完成第Ⅰ层第①区范围内的开挖和支护施工，然后完成第②区范围内的开挖和支护施工，第②区支护完成后开始第③区、第④区的开挖施工；最后完成第Ⅰ层第⑤区范围内的开挖和支护施工；第Ⅰ层全部开挖支护完成后即转入第Ⅱ层开挖阶段；第Ⅱ层首先从尾水调压室穹顶与施工通道平交口位置按照12%的坡比采用降坡开挖的方式完成第⑥区的开挖，然后完成中部第⑦区的开挖，再开始第⑧区的开挖和支护施工，第Ⅱ层开挖支护基本完成后最后挖除第⑨区的预留斜坡道。...

【技术特征摘要】
1.一种复杂地质条件下大型尾水调压室穹顶的开挖方法，其特征在于经过下列各步骤：（1）根据尾水调压室穹顶结构特点以及施工通道布置情况，将尾水调压室穹顶分为两层九区；所述两层九区是指以施工通道为分层界线，其底板以上至穹顶顶点部位为第Ⅰ层，其底板以下穹顶开挖范围为第Ⅱ层；第Ⅰ层根据实际施工设备的性能参数和结构设计体型又分为Ⅰ-1层和Ⅰ-2层；第Ⅰ-1层中导洞开挖范围为第①区，两侧范围按照径向进行分区，Ⅰ-1层的保护层开挖范围为第②区，第Ⅰ-2层的中部开挖范围为第③、④区，第Ⅰ-2层的外环预留保护层开挖范围为第⑤区；第Ⅱ层中部降坡道开挖范围为第⑥区，第Ⅱ层中部其它区域开挖范围为第⑦区，第Ⅱ层的外环预留保护层开挖范围为第⑧区，第Ⅱ层的预留斜坡道开挖范围为第⑨区；（2）穹顶开挖前首先通过锚固观测洞提前实施穹顶对穿预应力锚索造孔施工，穹顶开挖首先完成中导洞区域的开挖和支护施工，中导洞开挖结束后立即完成穹顶中心对穿预应力锚索的下索、张拉施工，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-1层保护层的开挖支护，Ⅰ-1层支护结束后，首先进行Ⅰ-2层中部区域的开挖，然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅰ-2层外环预留保护层的开挖支护；Ⅰ-2层支护完成后，采用降坡道的方式开挖至Ⅱ层底板高程，进行Ⅱ层中部区域的开挖；然后按照“扇形条块法”分区域完成Ⅱ层保护层的开挖支护施工；Ⅱ层全部支护完成后，再最后挖除预留的斜坡道；具体是：第Ⅰ...

【专利技术属性】
技术研发人员：和孙文，曾理，周涛，陈芝焕，张发斌，董罗刚，贺斌，彭正良，方越，王鹏飞，王林涛，
申请(专利权)人：中国水利水电第十四工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53