小浪底东苗家滑坡体排水洞施工技术研究教材

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1、黄河小浪底水利枢纽 东苗家滑坡体排水洞施工技术研究 成果汇报 黄委会勘测规划设计研究院 地质勘探总队 汇报内容 一、任务来源 二、研究任务概况 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 一、任务来源 通过公开投标，从小浪底水利枢纽建设 管理局中标获取。 一、任务来源 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究任务概况 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 二、研究任务概况 东苗家排水洞在小浪底水利枢

2、纽的位置 东苗家滑坡体 4#公路 泄水渠 黄 河 大 坝 二、研究任务概况 滑 坡 体 边 界 线 F1断层 泄水渠 黄 河 东 苗 家 排 水 洞 平 面 布 置 图 东苗家排水洞布置于滑塌体内，其围岩主 要由风化严重的土夹块石、块石夹土等物质 组成，滑体岩层产状杂乱，呈散体结构，岩 块间架空现象严重，透水性极强。有些地段 在地表动水与渗流作用下，土石混合体被掏 空，呈现出大小不等的洞穴。并受F1断层、 大的劈理带及夹泥层影响。可以说，东苗家 排水洞是小浪底工程中地质条件最复杂、最 恶劣的。 工程地质条件工程地质条件 二、研究任务概况 东苗家滑坡地质纵剖图（2-2） F1断层 滑动面 在这种

3、自稳性极差的岩层中掘进，提出了很多课在这种自稳性极差的岩层中掘进，提出了很多课 题，其中最主要的是保持围岩的稳定，能安全施工，题，其中最主要的是保持围岩的稳定，能安全施工， 才能保证工期。那么，最主要的是如何在开挖中对爆才能保证工期。那么，最主要的是如何在开挖中对爆 破、开挖、临时支护进行深入的研究，课题的中心有破、开挖、临时支护进行深入的研究，课题的中心有 以下三个方面：以下三个方面： ( (一一) )减少破坏，提高围岩强度。减少破坏，提高围岩强度。 ( (二二) )减少应力集中，改善应力状态。减少应力集中，改善应力状态。 ( (三三) )支护给围岩以抗力，改善围岩受力条件。支护给围岩以抗力

4、，改善围岩受力条件。 研究课题研究课题 二、研究任务概况 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究任务概况 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术比较 七、经济效益和社会效益 八、结论 三、项目技术原理 l 根据岩体具有的弹、塑性物理性质 ，研究洞室围岩的应力-应变状态，并将 其变形发展控制在允许的变形压力范围内 ，及时施作支护，以保持围岩稳定。 l 充分利用围岩的自身承载能力，把 围岩当作支护结构的基本组成部分，施作 的支护将同围岩共同工作，形成承载环或 承载拱。 主要采用主要采用“ “新奥法新奥法” ”原理，具体有以下几部分原理

5、，具体有以下几部分 ： 三、项目的技术原理 主要采用主要采用“ “新奥法新奥法” ”原理，具体有以下几部分原理，具体有以下几部分 ： 三、项目的技术原理 l 施作的支护结构应与围岩紧密结 合，既要有一定的强度，以限制围岩 变形自由发展，防止围岩松散破坏； 又要有一定的柔性，以适应围岩适当 的变形，使作用在支护结构上的变形 压力不致过大。 l 设置固定的观测系统，监测围岩 的位移及其变形速率，并进行反馈分 析，以确定施作初期支护的有利时机 和是否需补强支护等措施。 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究任务概况 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前

6、国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 四、排水洞施工方案与技术研究 施工总过程 开挖 排水洞施工方案排水洞施工方案 四、排水洞施工方案与技术研究 临时支护 衬砌 (1) 开挖前对拱顶进行加固，即超前加固：安设管棚，进 行注浆，增加围岩稳定。 (2) 开挖采用微台阶掘进，光面爆破。 (3) 上台阶开挖后，立即进行格栅钢拱架的顶部支护。配 合局部锚杆、全面挂网、喷砼等形成安全的临时支护系统 。拱顶稳固后，进行下台阶开挖。 施工方法 排水洞施工方案排水洞施工方案 四、排水洞施工方案与技术研究 微台阶掘进就是将一个断面分成两个或两个以上的小 断面分别进行爆破的方法。 优点： 降低爆

7、破强度，减小对围岩的扰动，增加围岩的自稳 性。同时可加快进度，能即时支护，有利于安全生产。 1 1、排水洞掘进、排水洞掘进 四、排水洞施工方案与技术研究 排水洞掘进排水洞掘进之光面爆破参数之光面爆破参数 四、排水洞施工方案与技术研究 炮 眼 布 置 图 序 号 炮眼 名称 炮眼 直径 (mm) 炮眼 深度 (cm) 炮眼 个数 单孔 药量 (Kg/孔) 管段 别 1掏槽眼4212040.61 2扩槽眼4210080.43 3周边眼42100210.15 4底板眼42100140.47 排水洞掘进排水洞掘进 四、排水洞施工方案与技术研究 爆破孔装药量表 由于开挖产生的空间破坏了岩体初始的应 力平

8、衡状态，应力重新分布，产生拉应力，应 力集中，出现非弹性变形，发生冒顶、片帮、 鼓眼等失稳现象。要维护洞室掘进的安全，必 须加强临时支护。由于滑坡体属极不稳定的软 弱岩体，因此用传统的和简单的支护方法，难 以满足要求，在特殊地段需采用多种支护技术 ，综合运用，进行超前和临时支护。即超 前管棚-注浆-格栅钢拱架- 锚网喷联合支护。 2 2、临时支护、临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 临时支护结构图 四、排水洞施工方案与技术研究 临时支护临时支护 超 前 管 棚 超前管棚支护技术是指围岩没有 开挖前即造孔，在设计开挖轮廓线上 约1520CM安装钢管，进行超前加固 ，以提高围岩稳定能力。以前超

9、前支 护多用超前锚杆。 临时支护技术之一临时支护技术之一 四、排水洞施工方案与技术研究 孔距37CM，排距8001000MM ，倾角15，管棚头部钻6MM的注 浆孔24个，呈锥形，尾部加工丝扣， 并焊顶进环。 管棚加管棚加 工参数工参数 临时支护临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 管棚用管图 管 棚 孔 布 置 图 注 浆 注浆的作用和机理是将软 弱岩层充填固结，以较 大范围加固岩层本身，从而 提高岩层的抗剪强度，达到 稳定围岩的目的。 临时支护之二临时支护之二 四、排水洞施工方案与技术研究 临时支护临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 注注 浆浆 管棚与注浆紧密相连，管棚为注浆 的通道

10、，其有效加固厚度E与注浆浆液 扩散半径R、注浆管中心距a之间有以下 关系： E=2（R2-a2/4）1/2 通过试验，在滑坡体内浆液扩散半 径最大可达0.40.6m，有效加固厚度可 达0.50.8m，故取E=0.6m，R=0.35m， a=0.37m。 临时支护临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 注注 浆浆 E与R、a的关系 注浆材料采用单液浆与双液浆两种。 临时支护临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 超超 前前 管管 棚棚 与与 注注 浆浆 超前管棚与注浆是近年来发展起来，软弱 岩层超前加固支护的一种先进技术。管棚 与注浆能较大范围加固岩体，能支持较大 的围岩应力。 注浆交圈图 临时

11、支护之三临时支护之三 四、排水洞施工方案与技术研究 格格 栅栅 钢钢 拱拱 架架 加工断面呈 三角形， 20螺纹钢 ， 铺筋为 14圆钢， 用连接板螺 栓连接。 (1) 格栅钢拱架柔性较好，可改善围岩应 力状态，充分发挥围岩自承作用； (2) 能与喷射的混凝土良好地结合，能充 分发挥联合支护的作用； (3)节省钢材； (4)安装方便。 临时支护临时支护 四、排水洞施工方案与技术研究 格格 栅栅 钢钢 拱拱 架架 优优 点点 锚 喷 网 锚杆为非系统锚杆，即为定 位锚杆，喷砼作用一为封闭工 作面，二为充分发挥联合支护 效应，其厚度为20CM。以覆 盖格栅钢拱架为宜。钢筋网紧 贴岩面。 临时支护之

12、四临时支护之四 四、排水洞施工方案与技术研究 临时支护效果图 钢筋网 超前管棚 格栅钢拱架喷 砼 定位锚杆 纵向连接筋 围岩观测主要通 过量测支护结构的拱 顶下沉量和净空收敛 量来判断围岩及支护 结构的稳定性和支护 参数的合理性。在开 挖过程中，每10m设 一个量测断面 3 3、围岩量测、围岩量测 四、排水洞施工方案与技术研究 下沉测点 收敛测点 监测结果 位移速度是否3(拱顶)、 2(净空)是否超 级管理 位移速度是否5(拱顶)、 4(净空)是否超级管理 位移速度是否8(拱顶)、 6(净空)是否超级管理 继续施工 综合判断 采取特殊措施 暂停施工 不安全 围岩量测围岩量测 四、排水洞施工方案

13、与技术研究 监测 数据 反馈 程序 框图 围岩量测围岩量测 四、排水洞施工方案与技术研究 反常曲线 正常曲线 时间 位 移 监 测 曲 线 监测项目位移速率S(mm/d)点次安全状况 拱顶下沉 S4 107安 全 4S8 16安 全 S8 2较安全 净空收敛 S2 80安 全 2S4 41安 全 S4 4安 全 实测拱顶下沉和净空收敛围岩量测围岩量测 四、排水洞施工方案与技术研究 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究缘由与课题 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 五、关键技术及主要创造点

14、 1、超前加固管棚支护技术与注浆 ； 2、分台阶开挖光面爆破，以致非 爆破开挖； 3、即时的格栅钢拱架支护，并挂网喷 砼与少量锚杆； 4、设置围岩量测系统，定期量测，并 进行反馈分析。 五、关键技术及主要创造点 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究缘由与课题 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 六、当前国内外同类先进技术概况 新奥法是1963年 正式命名的，近年 来我国也在普遍推 广。是国内外一种 较先进的隧道掘进 方法。 管棚支护技术、 格栅钢拱架支护都是 近年发展起来的新技 术，这些

15、在东苗家滑 坡体排水洞开挖中都 得到了综合应用。 当代修建隧道较先进的方法有盾构法，其将开 挖与永久支护连为一体，适应较大断面、较长隧 道、工期较紧的隧道施工，且其工程造价较高， 目前主要在铁路修筑中运用，如秦岭大隧道、大 秦铁路等。 六、当前国内外同类先进技术概况 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究缘由与课题 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论 七、经济效益和社会效益 社会效 益明显 ： 未治理前，经小浪底建管局 测量处测定，滑坡体曾有过 明显的滑动，经治理后，其 滑动量减小，处于相对稳定 状态。保证了小浪底水利枢 纽的正常运行。 经济效 益显著 ： 为我单位创净利润220万元 ，为建管局节省投资70万 元。 七、经济效益和社会效益 成 果 用 于 实 践 的 证 明 经 济 效 益 证 明 社 会 效 益 证 明 汇报内容汇报内容 一、任务来源 二、研究缘由与课题 三、项目技术原理 四、排水洞施工方案与技术研究 五、关键技术及主要创造点 六、当前国内外同类先进技术概况 七、经济效益和社会效益 八、结论八、结论 通过上述对比研究，总结出在极不稳定岩层 中隧洞掘进国内最先进的技术：开挖为微