文档介绍：影响大型地下洞室开挖的一些关键因素及其机理探析
【摘要】大型地下洞室的开挖过程是一个非常复杂的系统工程,它受到工程所处自然条件、施工技术水平及相应机械设备配置、通道条件、洞室空间结构形式、支护形式、施工安全、施工质量、环境控制等多重因素影响,且这些因素有时并不独立存在,而是相互影响,相互制约的,这在一定程度上增加了地下洞室开挖的难度,使不同大小及类型的地下空间在开挖方法及程序的制定上有着很大的不确定性,可以说“地下建筑没有一个通用的、定型不变的施工方法”。但是,这并不意味着地下洞室的开挖就完全没有规律可循了,如果我们掌握了其主要的影响因素,并且弄清这些因素之间相互的因果和制约关系,那么在施工程序拟定的过程中就能从总体上把握开挖涉及到的多方面问题,做到考虑周全,但又主次分明。
【关键词】地下洞室;施工顺序;应力状态;围岩稳定性;爆破震动;支护体系
0 引言
尽管国内在大型地下洞室的开挖方面积累了丰富的施工经验,而且也作了一定的理论和试验研究,但是对于大型地下洞室施工程序的选择和开挖方法的确定仍处于一种经验和半经验的状态。在使用了现代化施工机械的情况下,对于大型地下洞室的开挖缺乏比较全面的研究。
1 断面尺寸及体形特征
在围岩稳定性较好的情况下,洞室断面形式及大小对洞室开挖方法的影响是显著的,当施工机械和技术装备一定时,对于断面尺寸比较小的隧洞,可以采用全断面掘进,但对于跨度和高度比较大的洞室,则有可能只能采用分部开挖法。《水利水电地下开挖工程施工技术规范》中根据隧洞及洞室断面大小将其分为四类:
(1)小断面:;
(2)中断面:面积为20--;
(3)大断面:面积为50--12m;
(4)特大断面:面积大于120m2或跨度大于12m。
实际施工中,因根据洞室的形状特征及断面尺寸采用合适的开挖方法。
在使用现代化的施工设备以后,大断面隧洞开挖较多的使用了全断面方法,全断面开挖的最大断面达到了12×,而对特大断面洞室,台阶法成为优先考虑的方案,×。针对围岩地质条件比较好的隧洞,由表中对比可以得出如下结论:
(1)相对于同等大小的城门洞形隧洞,圆形隧洞基本上都没有采取全断面开挖,较多的使用了台阶分层开挖,而且在上半部分采用了导洞超前的方法,这样不仅有利于上部后续的支护作业,而且使隧洞一次开挖后的底面是平面,较好的解决了隧洞必须作为施工通道的问题;
(2)在使用三臂凿岩台车的情况下,对城门洞形隧洞,高度和跨度成为考虑施工方法的一个重要依据:高度和跨度均小于10m的隧洞,优先考虑使用全断面法;高度和跨度相当,且均在10-15m之间的隧洞,可以采用中下导洞超前全断面开挖法;高跨比大于1,且高度在10-15m之间的隧洞,使用台阶法比较适合;高度大于15m的特大断面隧洞,则必须使用台阶法开挖,且上层开挖要考虑导洞超前;另外,高跨比比较小,即矮宽型的隧洞,可以使用中导洞超前、两侧扩挖的方法(侧台阶法),这点对于台阶法分层后的上层仍然适用。使用台阶法开挖的洞室下层基本上都采用竖直孔梯段爆破,不仅加快了开挖速度,而且使爆破效率提高,降低了工程成本。
对于属于超大断面的地下厂房,一般采用台阶法分层开挖,施工中首