擴大洞室開挖施工方案一、工程概況1.1工程基本信息本工程為地下洞室擴建項目，位于某水利樞紐工程廠區(qū)內(nèi)，主要對原有地下廠房洞室進(jìn)行擴建。擴建后洞室總跨度由18m增至28m，高度由22m增至30m，開挖斷面面積從320㎡擴大至680㎡，屬于特大斷面洞室開挖范疇。洞室軸線長度260m，擴建區(qū)域巖體為Ⅱ-Ⅲ類花崗巖，最大抗壓強度140-150MPa，巖體完整性較好，但存在3組主要節(jié)理裂隙，走向分別為N30°E、N60°W和近垂直方向，裂隙間距0.5-1.5m。1.2工程地質(zhì)條件根據(jù)地質(zhì)勘察資料，洞室擴建范圍內(nèi)巖性主要為燕山期花崗巖，巖體呈中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。地下水位位于洞室底板以下5m，對開挖影響較小。洞室頂板最大埋深120m，最小埋深45m，其中K0+120~K0+180段為淺埋段，埋深25-35m。主要不良地質(zhì)現(xiàn)象為F1斷層（走向N45°E，傾向SE，傾角65°），在K0+150處與洞室相交，斷層帶寬1.2-2.0m，由碎裂巖和糜棱巖組成，透水性較強。1.3主要工程數(shù)量項目名稱單位工程量備注石方開挖m348600其中擴挖量32000m3噴混凝土m31850C25噴射混凝土錨桿支護(hù)根2860Φ25中空注漿錨桿，L=4.5-6.0m鋼拱架榀156I25b工字鋼，間距1.0-1.5m鋼筋網(wǎng)t86.5Φ8@200×200mm二次襯砌m31200C30鋼筋混凝土，厚50-80cm1.4工程特點與難點大跨度高邊墻施工：擴建后洞室跨度達(dá)28m，高30m，高跨比1.07，屬于扁平狀洞室，頂拱穩(wěn)定性控制難度大。新舊結(jié)構(gòu)銜接：需在原有洞室結(jié)構(gòu)（已運行10年）基礎(chǔ)上進(jìn)行擴建，新舊混凝土結(jié)合面處理要求高。斷層破碎帶處理：F1斷層穿越洞室關(guān)鍵部位，需采取特殊支護(hù)措施。施工干擾大：擴建期間，原有洞室部分區(qū)域仍需維持運行，施工與生產(chǎn)交叉作業(yè)。二、施工總體部署2.1施工分區(qū)與流程采用"分層分區(qū)、由上而下、先擴后支"的施工原則，將整個擴建工程分為三個施工區(qū)：A區(qū)（K0+000~K0+080）：全斷面擴建，采用三臺階開挖法B區(qū)（K0+080~K0+180）：斷層影響段，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法C區(qū)（K0+180~K0+260）：深埋穩(wěn)定段，采用中導(dǎo)洞超前+臺階法總體施工程序：施工準(zhǔn)備→測量放樣→A區(qū)上層開挖→A區(qū)上層支護(hù)→A區(qū)中層開挖→A區(qū)中層支護(hù)→A區(qū)下層開挖→A區(qū)下層支護(hù)→B區(qū)施工→C區(qū)施工→二次襯砌→竣工清理。2.2施工平面布置在洞外設(shè)置混凝土攪拌站（HZS60型，生產(chǎn)能力60m3/h）、空壓機房（布置4臺20m3/min電動空壓機）、炸藥庫（距洞口300m，儲量5t）、材料倉庫及辦公生活區(qū)。洞內(nèi)施工道路采用5m寬環(huán)形通道，每隔50m設(shè)置錯車道。施工用水采用高位水池（容積100m3）供水，施工用電從廠區(qū)變電站接引10kV線路，洞內(nèi)設(shè)置移動變電站（2×500kVA）。2.3施工進(jìn)度計劃總工期18個月，關(guān)鍵線路為：施工準(zhǔn)備（1個月）→B區(qū)雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖支護(hù)（5個月）→A區(qū)三臺階開挖支護(hù)（4個月）→C區(qū)中導(dǎo)洞施工（3個月）→二次襯砌（3個月）→竣工清理（1個月）。其中，斷層段施工（K0+150±5m）為關(guān)鍵線路控制點，計劃工期60天。三、施工方法3.1開挖施工3.1.1開挖方案選擇根據(jù)洞室斷面大小、地質(zhì)條件及施工設(shè)備情況，不同區(qū)域采用不同開挖方法：（1）三臺階開挖法（A區(qū)）上層開挖：高度10m，開挖斷面28m×10m，采用光面爆破，循環(huán)進(jìn)尺2.5m。中層開挖：高度12m，分左右兩側(cè)開挖，每側(cè)寬度12m，與上層開挖面保持8-10m距離。下層開挖：高度8m，分左右兩側(cè)開挖，與中層開挖面保持6-8m距離。（2）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（B區(qū)）側(cè)壁導(dǎo)坑：寬6m，高8m，采用臺階法開挖，循環(huán)進(jìn)尺1.0m，左右導(dǎo)坑錯開5m。中隔壁拆除：待導(dǎo)坑支護(hù)穩(wěn)定后，分段拆除臨時中隔壁，每次拆除長度不超過10m。（3）中導(dǎo)洞超前+臺階法（C區(qū)）中導(dǎo)洞：尺寸5m×6m（寬×高），超前主洞開挖15-20m，采用全斷面開挖。上臺階：高度15m，開挖寬度18m，循環(huán)進(jìn)尺3.0m。下臺階：高度15m，分左右兩塊開挖，循環(huán)進(jìn)尺3.0m。3.1.2鉆爆設(shè)計采用微振動控制爆破技術(shù)，嚴(yán)格控制單段起爆藥量。主要爆破參數(shù)如下：（1）光面爆破參數(shù)周邊孔間距：50-60cm抵抗線：70-80cm裝藥集中度：250-300g/m藥卷規(guī)格：Φ25mm×200mm乳化炸藥起爆方式：導(dǎo)爆管雷管微差起爆，周邊孔采用導(dǎo)爆索起爆（2）掏槽方式采用楔形掏槽，掏槽孔深度比主爆孔深20cm，裝藥系數(shù)0.65-0.75。對于中導(dǎo)洞采用直眼掏槽，掏槽孔布置4個，孔徑Φ50mm，孔深4.0m。（3）單段最大起爆藥量根據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2025）要求，結(jié)合洞室周邊建筑物情況，單段最大起爆藥量控制如下：淺埋段（埋深<30m）：單段藥量≤50kg中埋段（30m≤埋深≤80m）：單段藥量≤100kg深埋段（埋深>80m）：單段藥量≤150kg3.1.3出碴運輸采用無軌運輸方式，配置2臺ZL50裝載機裝碴，5臺20t自卸汽車運輸。出碴路線規(guī)劃為：上層開挖出碴：經(jīng)左側(cè)臨時通道→K0+000洞口→棄碴場中下層開挖出碴：經(jīng)右側(cè)永久通道→K0+260洞口→棄碴場棄碴場位于洞室出口東南側(cè)500m處，容量10萬m3，設(shè)置擋碴墻高3m，底部設(shè)截排水溝和沉淀池。3.2施工排水與通風(fēng)（1）施工排水上層開挖面：設(shè)置集水坑（1m×1m×1m），配置Φ50mm潛水泵（揚程30m，流量20m3/h）中層開挖面：設(shè)置集水坑（2m×1m×1.5m），配置Φ100mm潛水泵（揚程40m，流量50m3/h）洞室排水系統(tǒng)：沿洞室右側(cè)設(shè)置排水溝（30cm×40cm），坡度2‰，將水引至洞外沉淀池。（2）施工通風(fēng)采用壓抽混合式通風(fēng)，在洞口布置2臺2×30kW軸流風(fēng)機（風(fēng)量2000m3/min），向洞內(nèi)壓風(fēng)；在距開挖面150m處布置1臺2×55kW抽出式風(fēng)機（風(fēng)量2500m3/min）。風(fēng)筒采用Φ1000mm阻燃風(fēng)筒，每節(jié)長10m，接頭采用雙反邊連接，保證風(fēng)筒漏風(fēng)率<10%。四、支護(hù)措施4.1初期支護(hù)遵循"及時支護(hù)、動態(tài)調(diào)整"原則，根據(jù)圍巖類別和開挖方法確定支護(hù)參數(shù)，主要支護(hù)措施如下：4.1.1噴射混凝土材料：C25噴射混凝土，水泥采用P.O42.5R水泥，砂率45-50%，水灰比0.4-0.45厚度：Ⅱ類圍巖8cm，Ⅲ類圍巖12cm，斷層破碎帶15-20cm施工工藝：潮噴工藝，噴射壓力0.3-0.5MPa，噴頭距巖面1.0-1.5m，噴射角度75-90°養(yǎng)護(hù)：噴射完成后2h內(nèi)開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于7d4.1.2錨桿支護(hù)中空注漿錨桿：Φ25mm，L=4.5m（Ⅱ類圍巖）、6.0m（Ⅲ類圍巖），間距1.2×1.2m，梅花形布置預(yù)應(yīng)力錨桿：在斷層破碎帶和淺埋段設(shè)置Φ32mm預(yù)應(yīng)力錨桿，L=8.0m，間距1.5×2.0m，施加預(yù)應(yīng)力100-150kN施工要求：鉆孔孔徑Φ42mm，錨桿安裝前清孔，注漿壓力0.5-1.0MPa，漿液水灰比0.45-0.54.1.3鋼拱架型號：I25b工字鋼，每榀長度根據(jù)開挖斷面確定，法蘭盤連接間距：Ⅱ類圍巖1.5m，Ⅲ類圍巖1.0m，斷層破碎帶0.8m安裝要求：拱架安裝偏差≤5cm，垂直度偏差≤2°，底腳設(shè)20cm×20cm鋼板，與圍巖間隙用混凝土填塞4.1.4鋼筋網(wǎng)規(guī)格：Φ8mm鋼筋，網(wǎng)格間距20×20cm，搭接長度30d鋪設(shè)要求：緊貼巖面鋪設(shè)，與錨桿焊接固定，保護(hù)層厚度≥3cm，兩層鋼筋網(wǎng)間距5cm4.2二次襯砌待初期支護(hù)穩(wěn)定后進(jìn)行二次襯砌，采用C30鋼筋混凝土，抗?jié)B等級P8。主要施工參數(shù)如下：4.2.1襯砌結(jié)構(gòu)厚度：頂拱80cm，邊墻50-60cm，底板40cm鋼筋配置：頂拱和邊墻雙層鋼筋，主筋Φ25mm@200mm，分布筋Φ12mm@250mm施工縫：沿洞軸線每12m設(shè)一道環(huán)向施工縫，縫間設(shè)橡膠止水帶4.2.2模板工程采用液壓鋼模臺車，臺車長度12m，面板厚度12mm，支撐系統(tǒng)采用Φ150mm鋼管，模板安裝偏差控制：軸線偏差≤10mm高程偏差≤±5mm表面平整度≤5mm/2m4.2.3混凝土施工配合比：水泥:砂:石:水=1:1.85:3.2:0.42，摻加粉煤灰（替代水泥量20%）和聚羧酸系減水劑（摻量1.0%）澆筑工藝：分層澆筑，每層厚度30-50cm，采用插入式振搗器振搗，振搗時間20-30s養(yǎng)護(hù)：澆筑完成后12h內(nèi)覆蓋保濕，養(yǎng)護(hù)時間不少于14d4.3特殊部位處理4.3.1斷層破碎帶（F1）處理超前支護(hù)：采用Φ108mm管棚，L=15m，環(huán)向間距30cm，外插角1-2°，管棚內(nèi)注漿（水泥-水玻璃雙液漿）加強支護(hù)：I25b工字鋼+Φ32mm預(yù)應(yīng)力錨桿（L=8m）+20cm厚噴射混凝土+雙層鋼筋網(wǎng)（Φ8@10×10cm）排水措施：設(shè)置環(huán)向排水盲管（Φ100mm），間距5m，與縱向排水盲管連接4.3.2新舊結(jié)構(gòu)結(jié)合面處理表面處理：將原有混凝土表面鑿毛，露出新鮮混凝土面，清除浮渣后高壓水沖洗干凈植筋：植入Φ25mm@500×500mm鋼筋，L=1.5m（其中植入原結(jié)構(gòu)0.75m），抗拔力≥150kN界面劑：涂刷環(huán)氧樹脂界面劑，厚度1-2mm，涂刷后30min內(nèi)澆筑混凝土五、施工進(jìn)度計劃5.1施工總進(jìn)度計劃本工程總工期18個月，關(guān)鍵線路為：施工準(zhǔn)備→B區(qū)雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖支護(hù)→A區(qū)三臺階開挖支護(hù)→二次襯砌。主要節(jié)點工期如下：施工準(zhǔn)備：第1個月A區(qū)開挖支護(hù)：第2-6個月B區(qū)開挖支護(hù)：第4-9個月C區(qū)開挖支護(hù)：第7-10個月二次襯砌：第11-14個月竣工清理：第18個月5.2施工進(jìn)度保證措施資源保障：投入2套開挖設(shè)備、3套支護(hù)設(shè)備，高峰期施工人員180人，其中技術(shù)工人占比65%工序銜接：采用平行作業(yè)方式，開挖與支護(hù)工序間隔時間不超過12h，支護(hù)完成后及時進(jìn)行監(jiān)測設(shè)備維護(hù)：建立設(shè)備定期保養(yǎng)制度，每臺設(shè)備配備專職維修工，保證設(shè)備完好率≥90%進(jìn)度考核：實行周計劃、月考核制度，根據(jù)完成情況進(jìn)行獎懲，確保關(guān)鍵線路工期六、安全監(jiān)測6.1監(jiān)測項目與測點布置根據(jù)《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（DL/T5099-2025）要求，設(shè)置以下監(jiān)測項目：6.1.1必測項目周邊收斂：每10m布置一個監(jiān)測斷面，每個斷面布設(shè)3對測點（頂拱、起拱線、腰線）拱頂下沉：與收斂監(jiān)測斷面相同，每個斷面布設(shè)1個測點圍巖內(nèi)部位移：在斷層破碎帶和淺埋段布設(shè)，孔深10m，每5m設(shè)置一個測點地表沉降：在淺埋段（K0+120~K0+180）地表布置3條測線，每條測線布設(shè)11個測點，間距5m6.1.2選測項目錨桿軸力：在Ⅱ、Ⅲ類圍巖分界處和斷層破碎帶布設(shè)，每斷面4根，采用Φ25mm鋼筋計鋼拱架應(yīng)力：在斷層破碎帶布設(shè)，每個斷面3個測點，采用應(yīng)變片式傳感器圍巖壓力：在淺埋段和斷層帶布設(shè)，每斷面4個測點，采用壓力盒滲流量：在斷層帶設(shè)置量水堰，監(jiān)測地下水滲流量6.2監(jiān)測頻率與數(shù)據(jù)處理監(jiān)測頻率：開挖面距監(jiān)測斷面<2B時，1-2次/d；2B≤開挖面距監(jiān)測斷面<5B時，1次/2d；開挖面距監(jiān)測斷面≥5B時，1次/周（B為洞室開挖寬度）數(shù)據(jù)處理：采用最小二乘法進(jìn)行回歸分析，繪制位移-時間曲線，當(dāng)位移速率<0.1mm/d時，認(rèn)為圍巖基本穩(wěn)定預(yù)警值：周邊收斂預(yù)警值150mm，拱頂下沉預(yù)警值100mm，位移速率預(yù)警值5mm/d6.3監(jiān)測信息反饋建立監(jiān)測信息反饋機制，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)分析后及時反饋給設(shè)計、監(jiān)理和施工單位。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時，立即停止施工，采取加固措施：監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值的80%位移速率突然增大出現(xiàn)新的裂縫或原有裂縫急劇擴展鋼拱架出現(xiàn)壓屈變形七、質(zhì)量控制7.1開挖質(zhì)量控制超挖控制：平均徑向超挖值≤150mm，最大超挖≤250mm，欠挖面積≤0.1m2輪廓平整度：起伏差≤150mm/2m爆破參數(shù)控制：每循環(huán)爆破后檢查爆破效果，根據(jù)巖石條件調(diào)整爆破參數(shù)7.2支護(hù)質(zhì)量控制噴射混凝土：厚度采用鑿孔法檢查，每100m2檢查1點，合格率≥90%；強度采用噴大板切割法，每500m3檢查1組錨桿質(zhì)量：抗拔力試驗每300根檢查1組（3根），合格率≥90%，最低值不小于設(shè)計值的90%鋼拱架安裝：每榀檢查，安裝位置、間距、垂直度偏差符合設(shè)計要求7.3混凝土質(zhì)量控制原材料：水泥、砂石骨料、外加劑等進(jìn)場檢驗，每批次檢查1次配合比：開盤前進(jìn)行配合比試驗，施工中每班檢查2次坍落度強度：每50m3混凝土制作1組試塊，養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行抗壓強度試驗抗?jié)B性能：每200m3混凝土制作1組抗?jié)B試塊，進(jìn)行抗?jié)B試驗7.4質(zhì)量通病防治噴射混凝土空鼓：控制骨料含水率（5-7%），分層噴射，確保前一層混凝土初凝前噴射后一層錨桿孔位偏差：采用測量放樣定位，孔位偏差≤10cm，角度偏差≤5°混凝土裂縫：控制水灰比（≤0.45），加強養(yǎng)護(hù)，避免早期受荷，設(shè)置溫度伸縮縫八、安全施工措施8.1爆破安全爆破警戒：爆破前30min發(fā)布爆破信號，警戒范圍半徑300m，所有人員撤離至安全區(qū)域瞎炮處理：爆破后15min方可進(jìn)入工作面檢查，瞎炮處理采用二次爆破法，嚴(yán)禁掏挖振動監(jiān)測：在鄰近建筑物和原有洞室結(jié)構(gòu)設(shè)置振動監(jiān)測點，控制質(zhì)點振動速度≤15cm/s8.2圍巖穩(wěn)定安全超前地質(zhì)預(yù)報：采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，每50m進(jìn)行一次，斷層破碎帶加密至10m危石處理：每次爆破后及時清除危石，采用25m長撬棍處理高處危石，設(shè)置防護(hù)欄防坍措施：嚴(yán)格控制開挖循環(huán)進(jìn)尺，Ⅱ類圍巖≤3m，Ⅲ類圍巖≤2m，斷層破碎帶≤1m8.3施工用電安全臨時用電：采用TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)，洞內(nèi)照明采用36V安全電壓，每10m設(shè)置一盞照明燈設(shè)備接地：所有電氣設(shè)備金屬外殼接地，接地電阻≤4Ω線路保護(hù)：電纜采用穿管保護(hù)，架空線路高度≥2.5m，距地面距離≥5m8.4通風(fēng)防塵粉塵濃度：作業(yè)面粉塵濃度≤2mg/m3，每月監(jiān)測1次通風(fēng)設(shè)備：設(shè)置雙電源供電，保證通風(fēng)設(shè)備連續(xù)運行，風(fēng)筒出風(fēng)口距工作面≤15m個體防護(hù)：作業(yè)人員佩戴防塵口罩，每2h更換一次九、環(huán)境保護(hù)與文明施工9.1環(huán)境保護(hù)措施噪聲控制：空壓機、通風(fēng)機等設(shè)備設(shè)置隔音罩，噪聲≤85dB（A），夜間施工噪聲≤55dB（A）廢水處理：施工廢水經(jīng)三級沉淀池處理后排放，懸浮物≤100mg/L棄碴處理：棄碴場分