导洞及洞口的开挖

如题所述

一、导洞及其布置

1.导洞的作用、开挖特点和布置

根据洞室分布开挖的需要,在洞室断面上首先开挖的面积较小的那部分叫做导洞,又叫引洞或导坑。

它的基本作用是为洞室开挖创造工作面,创造安全的工作环境,以便进一步扩挖最后形成符合设计要求的洞室空间。由于导洞先于掘进,空间小,扰动亦小,起到尖兵的作用,用以查明和核实洞区的地质情况,以便及时修正设计或变更方案。另外,导洞还用来敷设各种施工管线以及用于施工通信、排水、施工测量等。

开挖导洞因为工作面狭小,且为独头掘进,通风较难,洞内空气污浊,劳动条件差,工效较低。但是导洞断面较小,围岩的稳定问题不是很突出,施工较安全,综上两方面因素,为了尽快给洞室创造工作面,加速洞室的施工进度,导洞开挖的主要要求就是:如何在围岩稳定较有保障的条件下实现快速掘进。导洞开挖能否实现快速掘进,在很大程度上也关系到整个洞室施工进度的快慢。

选择导洞位置时,通常应考虑以下要求:

(1)利于开创和增多工作面,便于扩挖作业;

(2)对围岩扰动破坏小;

(3)利于通风、排水和运输;

(4)不移动或少移动施工管线;

(5)便于洞室支护及测量放线

常用的导洞布置形式如图4-1 所示。

图4-1 导洞布置形式

对于高大洞室也可分层设置导洞;大跨度洞室在拱部可设置多个导洞(图4-2)。

图4-2 高大洞室和大跨度洞室导洞图

此外,为了满足施工时出碴、运输、通风、排水的需要,或者工程规模较大,而工期要求紧迫,需另找出路时,还可在洞室的开挖断面外增设辅助导洞,要考虑一洞多用,以平洞为主,辅以斜洞、竖井(不能超过洞室长度的 1/10~1/7),如图4-3 所示。

图4-3 平洞、斜洞、竖井图

2.导洞断面的形状和尺寸的确定

导洞断面形状应根据围岩性质和导洞所在的位置确定。常用的断面形状有弧形、矩形、梯形和单斜曲线形(顶侧导洞)等。

导洞断面尺寸决定于导洞的用途和施工条件,主要应考虑:

(1)运输量大小及通行能力;

(2)装碴、运输机械的类型和外形尺寸;

(3)管线布置和临时支护形式;

(4)行人安全所需宽度。

采用轨道运输时导洞断面尺寸可以由以下公式确定(图4-4):

图4-4 单线导洞和双线导洞宽度图

单线导洞宽度:b1=b0+c1+c2

双线导洞宽度:b2=2b0+3c2

式中:b0为装碴、运输机具的最大宽度,有所采用的机械的外形尺寸确定;c1人行道宽度,可取 0.7 m;c2为导洞的内表面(或支撑面)至运输机具的净空距离,一般取0.2~0.3 m。

一般单线导洞宽度b1为2.0~2.5 m;双线导洞宽度b2为3.0~3.5 m。

二、洞口开挖

洞口开挖又叫做切口。由于洞口一般都位于山坡岭脚,该处岩体风化严重,较为破碎,完整性差,而洞口又是地下洞室施工的咽喉,洞口的安全和畅通,对能否顺利施工关系极大。此外,洞口的开挖又系露天作业,受自然气候影响大。若洞口工程拖延,洞室开挖就不能及时开始,会延误工期。

因此,对洞口开挖的基本要求是:既要保证洞口围岩、仰坡、边坡的稳定,又要有利于尽快进洞。

为满足上述要求,可采用的主要措施有:

(1)山坡上的危石应先行清除或加固;

(2)根据地形,洞口上方一定范围内的地表水应合理组织截排;

(3)合理确定切口的形状和大小;

(4)讲求钻孔爆破技术,不允许采用过药量爆破;

(5)洞口段应及时支护,明堑边坡应根据具体情况采取喷浆、喷混凝土、锚固等护坡措施;

(6)洞口明挖工程量大时,应尽量错开雨季施工。

工程实践表明,对于大跨度洞口,合理确定切口的大小和形状十分重要,目前常采用的有两种切口方法——大、小切口方案。

大切口方案是明槽一次开挖到设计面。特点是工作单一,作业干扰少;开挖工程量集中,占用工期较长,不能及时进洞。

小切口方案(图4-5)是按照导洞的位置分层切口,保证了导洞尽快掘进,大量的明堑土方等待后期处理。优点是能保证及早进洞,进洞后施工不受气候影响,各工序能全面展开,能缩短工期。

图4-5 小切口方案图

当山体坡度较缓,坡积层很厚,岩石风化严重时,一般切口工程巨大,此时为赢得工期或错开雨季,可采用小切口方案。

当山坡较陡,岩体坚硬,风化轻微时,一般切口工作量不大,可采用大切口方案。

在洞室或导洞正式开挖前,洞口工程的工作内容较多,其内容及程序如图4-6 所示。

图4-6 洞室开挖程序图

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