礦山法隧道施工簡(jiǎn)介：

　　礦山法隧道施工指的是用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法。 礦山法是一種傳統(tǒng)的施工方法。它的基本原理是，隧道開挖后受爆破影響，造成巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時(shí)都有可能坍落?；谶@種松弛荷載理論依據(jù)，其施工方法是按分部順序采取分割式一塊一塊的開挖，并要求邊挖邊撐以求安全，所以支撐復(fù)雜，木料耗用多。隨著噴錨支護(hù)的出現(xiàn)，使分部數(shù)目得以減少，并進(jìn)而發(fā)展成新奧法。

　　暗挖法的一種，主要用鉆眼爆破方法開挖斷面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鑒礦山開拓巷道的方法，故名。用礦山法施工時(shí)，將整個(gè)斷面分部開挖至設(shè)計(jì)輪廓，并隨之修筑襯砌。當(dāng)?shù)貙铀绍洉r(shí)，則可采用簡(jiǎn)便挖掘機(jī)具進(jìn)行，并根據(jù)圍巖穩(wěn)定程度，在需要時(shí)應(yīng)邊開挖邊支護(hù)。分部開挖時(shí)，斷面上最先開挖導(dǎo)坑，再由導(dǎo)坑向斷面設(shè)計(jì)輪廓進(jìn)行擴(kuò)大開挖。分部開挖主要是為了減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，分部的大小和多少視地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸、支護(hù)類型而定。在堅(jiān)實(shí)、整體的巖層中，對(duì)中、小斷面的隧道，可不分部而將全斷面一次開挖。如遇松軟、破碎地層，須分部開挖，并配合開挖及時(shí)設(shè)置臨時(shí)支撐，以防止土石坍塌。噴錨支護(hù)的出現(xiàn)，使分部數(shù)目得以減少，并進(jìn)而發(fā)展成新奧法。

　　礦山法隧道施工的分類：

　　按襯砌施工順序，可分為先拱后墻法及先墻后拱法兩大類。后者又可按分部情況細(xì)分為漏斗棚架法、臺(tái)階法、全斷面法和上下導(dǎo)坑先墻后拱法。在松軟地層中，或在大跨度洞室的情況下，又有一種特殊的先墻后拱施工法──側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法。此外，結(jié)合先拱后墻法和漏斗棚架法的特點(diǎn)，還有一種居于兩者之間的蘑菇形法。

　　先拱后墻法

　　也稱支承頂拱法。在穩(wěn)定性較差的松軟巖層中，為了施工安全，先開挖拱部斷面并即砌筑頂拱，以支護(hù)頂部圍巖，然后在頂拱保護(hù)下開挖下部斷面和砌筑邊墻。在開挖邊墻部分的巖層之前，必須將頂拱支承好,故有上述別稱。開挖兩側(cè)邊墻部分的巖層時(shí)(俗稱挖馬口),須左右交錯(cuò)分段進(jìn)行，以

　　免頂拱懸空而下沉。該法施工順序見(jiàn)圖1 (圖中阿拉伯?dāng)?shù)字為開挖順序，羅馬數(shù)字為襯砌順序，下同)。施工時(shí),須開挖上下兩個(gè)導(dǎo)坑，開挖上部斷面時(shí)的大量石碴，可通過(guò)上下導(dǎo)坑之間的一系列漏碴孔裝車后從下導(dǎo)坑運(yùn)出，既提高出碴效率，又減少施工干擾。當(dāng)隧道長(zhǎng)度較短、巖層又干燥時(shí)，可只設(shè)上導(dǎo)坑。在此種場(chǎng)合，為避免運(yùn)輸和施工的干擾，可先將上半斷面完全修筑完畢，然后再進(jìn)行下半斷面的施工。本法適用于松軟巖層，但其抗壓強(qiáng)度應(yīng)能承受拱座處較高的支承應(yīng)力;也適用于堅(jiān)硬巖層中跨度或高度較大的洞室施工，以簡(jiǎn)化修筑頂拱時(shí)的拱架和灌筑混凝土作業(yè)。該法在外文文獻(xiàn)中也稱為比國(guó)法。 礦山法

　　漏斗棚架法

　　也稱下導(dǎo)坑先墻后拱法。適用于較堅(jiān)硬穩(wěn)定的巖層。施工時(shí)先開挖下導(dǎo)坑，在導(dǎo)坑上方開始由下向上作反臺(tái)階式的擴(kuò)大開挖，直至拱頂;隨后在兩側(cè)由上向下作正臺(tái)階式的擴(kuò)大開挖，直至邊墻底;全斷面完全開挖后，再由邊墻到頂拱修筑襯砌。施工順序見(jiàn)圖2。此法在下導(dǎo)坑中設(shè)立的漏斗棚架,是用木料架設(shè)的臨時(shí)結(jié)構(gòu)。橫梁上鋪設(shè)輕便鋼軌，在下導(dǎo)坑運(yùn)輸線路上方留出縱向缺口,其上鋪橫木,相隔一定間距,留出漏斗口供漏碴用。在向上擴(kuò)大開挖時(shí),棚架作工作平臺(tái)用。圖中2至5 部爆出的石碴全落在棚架上，經(jīng)漏斗口卸入下面的斗車運(yùn)出洞外。這種裝碴方式可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。下導(dǎo)坑的寬度，一般按雙線斗車運(yùn)輸決定。由于寬度較大，在棚架橫梁下可增設(shè)中間立柱作臨時(shí)加固用。設(shè)立棚架區(qū)段的長(zhǎng)度，按裝碴的各擴(kuò)大開挖部分的延長(zhǎng)加上一定余量來(lái)決定。用漏斗棚架裝碴優(yōu)點(diǎn)顯著，故在中國(guó)以漏斗棚架命名。此法曾廣泛應(yīng)用于修建鐵路隧道。

　　臺(tái)階法

　　又有正臺(tái)階法和反臺(tái)階法之分。①正臺(tái)階法系在穩(wěn)定性較差的巖層中施工時(shí)，

　　將整個(gè)坑道斷面分為幾層，由上向下分部進(jìn)行開挖，每層開挖面的前后距離較小而形成幾個(gè)正臺(tái)階(圖3a)。上部臺(tái)階的鉆眼作業(yè)和下部臺(tái)階的出碴，可以平行進(jìn)行而使工效提高。全斷面完全開挖后，再由邊墻到頂拱筑襯砌。在坑道頂部最先開挖的第一層為一弧形導(dǎo)坑，需要鉆較多的炮眼，導(dǎo)坑超前距離很短，可使爆破時(shí)石碴直接拋落到導(dǎo)坑之外,以減輕扒碴工作量,從而提高掘進(jìn)速度。如坑道頂部巖層松動(dòng)，應(yīng)即在導(dǎo)坑內(nèi)用錨桿或鋼拱架作臨時(shí)支護(hù)，以防坍塌。②反臺(tái)階法則用于穩(wěn)定性較好的巖層中施工，也將整個(gè)坑道斷面分為幾層，在坑道底層先開挖寬大的下導(dǎo)坑，再由下向上分部擴(kuò)大開挖(圖3b)。進(jìn)行上層的鉆眼時(shí),須設(shè)立工作平臺(tái)或采用漏斗棚架，后者可供裝碴之用。

　　全斷面法

　　將整個(gè)斷面一次挖出的施工方法。適用于較好巖層中的中、小型斷面的隧道。此法能使用大型機(jī)械，如鑿巖臺(tái)車、大型裝碴機(jī)、槽式臺(tái)車或梭式礦車、模板臺(tái)車和混凝土灌筑設(shè)備等進(jìn)行綜合機(jī)械化施工。新奧法的出現(xiàn)，擴(kuò)大了全斷面法和臺(tái)階法的適用范圍。

　　上下導(dǎo)坑先墻后拱法

　　也稱全斷面分部開挖法(圖4)。以前,在穩(wěn)定性較差的松軟巖層中，為提高襯砌的質(zhì)量，曾采用過(guò)此種先分部挖出全斷面，再按先墻后拱順序修筑襯砌的施工方法。采用此法開挖時(shí)，要用大量木料支撐，還需多次頂替，施工既困難又不安全，故在中國(guó)未見(jiàn)采用。該法在外文文獻(xiàn)中還稱之為奧國(guó)法或稱老奧法。

　　蘑菇形法

　　綜合先拱后墻法和漏斗棚架法的特點(diǎn)而形成的一種混合方案(圖5)。開挖1至4部后呈現(xiàn)形似蘑菇狀的斷面，故名。在下導(dǎo)坑中設(shè)立漏斗棚架，供向上擴(kuò)大開挖時(shí)裝碴之用，同時(shí)當(dāng)拱部地質(zhì)條件較差時(shí)，為使施工安全可先筑頂拱。該法具有容易改變?yōu)槠渌椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)，遇巖層差時(shí)改為單純的先拱后墻法，巖層好時(shí)改為漏斗棚架法。在中國(guó)首先應(yīng)用于巖層基本穩(wěn)定的鐵路隧道施工，以后又用來(lái)修筑大斷面洞室，為減少設(shè)立模架作業(yè)及其所需材料，并加快施工進(jìn)度創(chuàng)造有利條件。

　　側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法

　　簡(jiǎn)稱側(cè)壁導(dǎo)坑法，也稱核心支持法。在很松軟、不穩(wěn)定地層中修筑大跨度隧道時(shí)，為了施工安全，先沿坑道周邊分部開挖，隨即逐步由邊墻到頂拱修筑襯砌，以防止地層坍塌。開挖時(shí)可將臨時(shí)支撐和拱架都支承于坑道中間未被開挖的大塊核心地層上，在襯砌保護(hù)之下最后將此核心挖除，必要時(shí)再砌筑仰拱(圖6)。側(cè)導(dǎo)坑的寬度較大，除包括邊墻以外，還須有通行出土斗車和工人以及砌筑邊墻的工作位置，才能使導(dǎo)坑開挖和邊墻襯砌作業(yè)同時(shí)進(jìn)行。為了核心部分地層的穩(wěn)定，也須保持足夠的寬度,且其寬度愈大，留在最后的開挖量愈大,開挖費(fèi)用就愈小。此法通常適用于圍巖壓力很大、地層不穩(wěn)定的大跨度隧道(如雙線或多線鐵路隧道和道路隧道、運(yùn)河隧道)。在堅(jiān)硬巖層中修建大跨度洞室時(shí)也常采用，利用其核心部分作為支承頂拱和邊墻模板的基礎(chǔ);開挖時(shí)臨時(shí)支撐可大為減少，甚至完全免除。該法在外文文獻(xiàn)中至今還稱德國(guó)法。

　　此外，在大斷面洞室施工時(shí)，還采用先拱后墻法與核心支持法、先拱后墻法與正臺(tái)階法等的混合方案。

　　爆破開挖

　　隧道及地下工程施工的爆破與一般石方工程的爆破要求不同。為了便于裝碴和不損壞附近的臨時(shí)支撐或永久性襯砌，不使巖層爆得粉碎或碎落的巖塊過(guò)大，又不使爆破時(shí)的巖塊拋擲很遠(yuǎn)，故一般用松動(dòng)爆破。由鉆眼、裝藥、封口、起爆、排煙、臨時(shí)支護(hù)和出碴等作業(yè)，組成一個(gè)爆破循環(huán)，其中鉆眼和出碴占用大部分時(shí)間，應(yīng)使之機(jī)械化，如采用鑿巖機(jī)、裝碴機(jī)、礦用牽引機(jī)車等。

　　為了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，并使坑道的輪廓符合設(shè)計(jì)要求，除須根據(jù)巖層情況和坑道斷面大小，選擇炮眼的數(shù)目、直徑、深度和裝藥量等參數(shù)之外，炮眼布置也是重要影響因素。

　　為了在爆破時(shí)開辟新的自由面(即臨空面)，不論在導(dǎo)坑開挖還是在全斷面開挖時(shí)，通常在開挖面上布置位于中央的掏槽眼，及其周圍用以擴(kuò)大爆破范圍的輔助眼，和控制開挖面輪廓的周邊眼等三類炮眼，并按先掏槽后周邊的次序先后起爆。掏槽眼的布置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。前者的炮眼軸線與開挖面垂直，可將幾個(gè)掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形;斜眼的軸線則與開挖面斜交，并隨地質(zhì)構(gòu)造的不同，布置成楔形、錐形或扇形。

　　爆破材料大多采用威力較低、價(jià)格較廉的硝銨炸藥，有水時(shí)則用硝化甘油炸藥。起爆時(shí)以往大多用火雷管作火花起爆;后來(lái)改用電雷管、毫秒雷管，用電起爆;近期又出現(xiàn)用導(dǎo)爆管的非電起爆。

　　爆破開挖時(shí)，為保證開挖面輪廓準(zhǔn)確而平整，并控制對(duì)圍巖的震動(dòng)，近年來(lái)，在爆破技術(shù)上發(fā)展和應(yīng)用了光面爆破、預(yù)裂爆破和毫秒爆破等新技術(shù)(見(jiàn)爆破技術(shù))，達(dá)到了預(yù)期的爆破效果。

　　礦山法常用設(shè)備 芬蘭Normet公司的噴漿臺(tái)車、混凝土臺(tái)車、高空作業(yè)車、炸藥臺(tái)車、撬毛臺(tái)車，SADVIK和ATLAS的鑿巖臺(tái)車。