大型地下洞室高边墙开挖施工方法与流程

本发明涉及水利水电工程。更具体地说，本发明涉及一种大型地下洞室高边墙开挖施工方法。

背景技术：

1、到目前为止，我国已建成的水电站地下厂房已经超过100座，而装机容量超过100mw的地下厂房超过30座。伴随着装机容量需求的增大，地下厂房及相关洞室开挖规模巨大，具有典型高边墙特征。

2、对于陡倾小夹角、薄层岩体的不良地质而言，高边墙大变形所致的局部失稳以及施工技术难等问题优为突出。其中，洞室岩层走向与洞轴线夹角较小，以20°至30°为主，部分小于20°甚至近平行，岩层总体陡倾下游，上游边墙为顺向结构，下游边墙为反向结构。常规钻孔爆破开挖后，高边墙表层岩体层面易张开，岩体变形，随着应力调整，层面张开逐步向内发展，层面性状逐步变差，岩体变形增大，对高边墙的稳定极为不利。

3、因此，如何设计大型地下洞室高边墙开挖施工方法，以解决上述技术缺陷是值得深思的。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种大型地下洞室高边墙开挖施工方法，包括以下步骤：

3、步骤一、于洞室的其中一个开挖断面上确定洞室顶点后，从洞室顶点开挖，并沿洞室长度方向推进开挖，形成贯通洞室长度、高度不大于13.0m的顶层空间，对顶层空间两侧以及顶部的岩体支护，形成顶层高边墙；

4、步骤二、于顶层空间的下端岩体中轴线的一侧向下开设多个第一导孔，将弯曲装药装置装设于第一导孔内并爆破开挖，开挖深度为4.0～6.0m，且两侧预留有4.0～6.0m厚的保护层，然后再对两侧的保护层同时爆破开挖，得到第一层空间，对第一层空间的两侧岩体支护，形成ⅰ层高边墙，其中，所述弯曲装药装置的弯曲部朝向岩体中轴线；

5、步骤三、继续下挖，于ⅰ层高边墙的下端岩体中轴线的另一侧开设与第一导孔相对的多个第二导孔，并通过第二导孔重复步骤二中的开挖操作，得到第二层空间，并支护形成ⅱ层高边墙；

6、步骤四、重复步骤二和步骤三，沿洞室高度方向自上至下交替形成所述ⅰ层高边墙和所述ⅱ层高边墙，直至完成洞室高边墙的开挖和支护。

7、优选的是，所述顶层空间、所述第一层空间和所述第二层空间的岩体支护方法相同，所述岩体支护的施工方法包括以下步骤：

8、爆破开挖完成形成洞室空间，于洞室空间的两侧的岩体倾斜钻孔，得到多个锚孔；

9、于锚孔内安装锚杆并灌浆，然后挂网覆盖岩体表面，高压喷射砂浆形成高边墙。

10、优选的是，当支护所述第一层空间和所述第二层空间的岩体时，所述锚杆为加固锚索，所述加固锚索包括：

11、内钢绞线，其上贯穿套设有多个变形球；

12、外环钢绞线，其包括多个首尾相连的l形的变形钢绞线，相邻两个变形钢绞线的横向钢绞线分别与所述变形球的上下表面固定连接，所述外环钢绞线和所述内钢绞线的两端延伸并缠绕固定。

13、优选的是，所述变形球的截面形状为椭圆形，且椭圆的长轴沿所述内钢绞线的长度方向设置。

14、优选的是，步骤二中的所述第一导孔和步骤三中的所述第二导孔的孔深为3.5～5.7m，所述第一导孔和所述第二导孔沿其深度方向的孔径逐渐增大。

15、优选的是，所述弯曲装药装置包括：

16、弯曲装药管，其竖直截面形状为类s形，所述弯曲装药管下端的曲率半径大于上端的曲率半径，且所述弯曲装药管一侧的上下端竖直平齐设置；

17、多个药包，多个药包设于所述弯曲装药管内，并通过导爆管雷管依次连接，所述导爆管雷管上连接有导爆管，所述导爆管引出至所述弯曲装药管外部。

18、优选的是，所述保护层自上而下分两层爆破开挖，每层高2.2～3.0m。

19、优选的是，所述保护层的爆破开挖方法包括以下步骤：

20、于所述保护层上沿洞室长度方向间隔钻设多个爆孔；

21、于爆孔内装设药包，通过导爆管雷管依次连接多个爆孔内的药包，并起爆。

22、优选的是，通过潜孔钻机或液压履带钻机钻铅直孔，形成所述第一导孔和所述第二导孔。

23、本发明至少包括以下有益效果：

24、第一、本发明通过在相邻的两层岩体上左右交替爆破开挖，以减少爆破振动对岩体的损伤，形成结构稳定的高边墙，以适应陡倾小夹角、薄层岩体的变形。

25、第二、本发明通过在第一导孔或第二导孔中设置类s形的弯曲装药管以及装于其中的药包，对岩体进行预裂爆破开挖，既能减少爆破振动对岩体的损伤，又能减少装药用量。

26、第三、本发明在岩体易产生变形的部位，通过能随岩体变形而变形的加固锚索，增加加固锚索的直径，改善加固锚索与岩体的耦合质量，以抵抗岩体变形。

27、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

技术特征：

1.大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，所述顶层空间、所述第一层空间和所述第二层空间的岩体支护方法相同，所述岩体支护的施工方法包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，当支护所述第一层空间和所述第二层空间的岩体时，所述锚杆为加固锚索，所述加固锚索包括：

4.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，所述变形球的截面形状为椭圆形，且椭圆的长轴沿所述内钢绞线的长度方向设置。

5.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，步骤二中的所述第一导孔和步骤三中的所述第二导孔的孔深为3.5～5.7m，所述第一导孔和所述第二导孔沿其深度方向的孔径逐渐增大。

6.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，所述弯曲装药装置包括：

7.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，所述保护层自上而下分两层爆破开挖，每层高2.2～3.0m。

8.如权利要求7所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，所述保护层的爆破开挖方法包括以下步骤：

9.如权利要求1所述的大型地下洞室高边墙开挖施工方法，其特征在于，通过潜孔钻机或液压履带钻机钻铅直孔，形成所述第一导孔和所述第二导孔。

技术总结
本发明公开了一种大型地下洞室高边墙开挖施工方法，包括以下步骤：步骤一、于洞室的开挖断面确定洞室顶点后开挖，形成贯通洞室长度的顶层空间，对其支护形成顶层高边墙；步骤二、于下端岩体中轴线一侧开设第一导孔，用弯曲装药装置爆破开挖第一导孔，对两侧的保护层同时爆破开挖，支护形成Ⅰ层高边墙；步骤三、继续下挖，于中轴线的另一侧开设第二导孔，和步骤二相同操作形成Ⅱ层高边墙；步骤四、沿洞室高度方向自上至下交替重复步骤二和步骤三，直至完成洞室高边墙施工。本发明通过将两侧交替爆破和薄层开挖、随层支护相结合，以减少爆破振动对岩体的损伤，形成结构稳定的高边墙，以适应陡倾小夹角、薄层岩体的变形。

技术研发人员：何金星,叶明,杨伟刚
受保护的技术使用者：中国水利水电第六工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15