对山岭隧道矿山法施工相关技术及注意事项分析

(西南林业大学土木工程学院 云南 昆明 650000)

对山岭隧道矿山法施工相关技术及注意事项分析

蒋锐周一鸿熊赞林

(西南林业大学土木工程学院云南昆明650000)

本文章结合实际在建工程，阐述了在山岭隧道中较为常见的矿山法施工技术，并结合新奥法的相关理论提出了矿山法施工工艺安全的措施，旨在加强矿山法施工相关技术及使工程建设更加稳定与安全。

隧道工程；矿山法

一、工程概况

随着国家“一带一路”的推进，到2020年，云南省铁路营运里程将达5000公里,本文结合云南省某在建隧道的实际情况，详细介绍隧道施工所采用的三台阶矿山法施工工艺。

该隧道洞身穿越下古生界澜沧群(Pz1ln)片岩、炭质片岩夹透镜体大理岩，以凝灰岩及凝灰质砂板、岩绢云片岩、绢云石英片岩为主，岩体多呈薄层状或块状，片理、层理发育，具有岩质软、易风化、岩体较破碎等特征。

二、施工工艺及参数

(一)该隧道整体施工工序

该隧道采用三台阶法施工。上、中、下台阶高度分别为2.5m、2.5m、2.5m，台阶长度分别为6m、8m、8m，每一循环仰拱开挖9m，防水层安装施工12m，浇筑二衬12m。上、中、下台阶开挖进尺均为3榀钢架，每榀钢架间距80cm，中台阶与下台阶分左右侧错开开挖。

三台阶法施工工序：具体施工顺序见图

(二)该隧道钻孔施工

该隧道采用矿山法施工。所谓矿山法就是采用钻孔、装炸药、爆破开挖的施工方法。该隧道中的施工方式为半机械化施工，采用气腿式风动凿岩机在隧道爆破、支护工序中实现钻孔目的。在隧道爆破过程中，为了安放炸药，需在掌子面上(包括上、中、下台阶)钻孔，钻孔直径为5cm，钻孔深约3m。该隧道中炮眼布置方式为直线形布眼，即将炮眼按水平方向围绕掏槽开口呈直线形逐层排列。

(三)爆破施工工艺

该隧道中在爆破环节中采用的炸药为岩石乳化炸药。安放炸药时，每个炮眼需放置2～3根炸药，周边炮眼间距80cm，炮眼直径5cm，炮孔深3m。爆破时，采用控制爆破技术进行爆破，具体采用的方式是预裂爆破。所谓预裂爆破，就是首先引爆周边眼，使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面，由于这个预裂面的存在，对后爆的掏槽眼、辅助眼的爆轰波能起到反射和缓冲作用，可以减轻爆轰波对围岩的破坏影响，保持岩体的完整性。

(四)除渣、挖仰拱的施工工艺

该隧道采用挖掘机与运渣车组合的方式进行除渣与挖仰拱作业。其中，除渣与挖仰拱作业两个施工过程均需要约5～6小时，其中以第一辆运渣车装载完毕到第二辆运渣车装载完毕为一个循环，每个循环约需要12分钟。

(五)初期支护施工工艺

该初期支护采用立钢架+锁脚中空锚杆+喷射混凝土，其中隧道初期支护喷射混凝土设计厚度为20～30cm，设计强度等级为C25，锁脚中空锚杆规格：Ф42mm,壁厚3.5mm，管长3～4m。

该的初期支护在隧道爆破开挖后即开始施工，及时安装钢架，采用双侧锁脚锚杆(管)固定，纵向采用Φ22钢筋连接，钢架之间铺挂钢筋网，然后喷射混凝土到设计厚度。钢架安装完毕，在钢架两侧打设锁脚锚杆锁定钢架，并与钢架焊接一起。锁脚锚杆安装完毕并注水泥砂浆。同时在每榀钢架之间，挂设钢筋网，网格尺寸为25cm×25cm。钢筋网点焊在两榀钢支撑的外弧上。

(六)超前支护施工工艺

该隧道由于隧道围岩较差，故需要进行超前支护。其超前支护的方式为使用超前锚杆支护。所谓超前锚杆，就是指沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面前方钻孔安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固。

(七)防水层施工工艺

该隧道二次衬砌结构抗渗等级要求不小于P10。故该隧道中铺设防水层的施工工艺采用在初支与二衬间铺设防水板加无纺布。其工艺流程：1、准备工作(包括材料质量检查、作业台车就位等等)；2、铺土工布、盲管安装；3、防水板铺设；4、防水板焊接(采用手持式超声波焊机)；5、防水板质量检查；6、下一循环。

(八)仰拱施工工艺

该隧道仰拱施工中钢筋采用绑扎或电焊连接，绑扎连接搭接不小于40d；仰拱厚度为45cm，钢筋为Ф20/25：Ф10/25；仰拱厚度45cm，仰拱填充第一次施做厚度为49cm，预留46cm作为第二次施做。

该隧道在开挖前先在拱墙两侧用水准仪测出地面以下作业平面标高，即仰拱填充第一次施工作业面标高，做好标记。开挖完后成及时施作初期支护，喷射混凝土至设计标高。定位钢筋安装定位钢筋采用Φ20钢筋，竖向的定位钢筋用短钢筋焊接在初支仰拱工字钢钢架上，纵向的定位钢筋焊在竖向的定位筋上，上下各一根，在竖向定位钢筋上标出主筋上下层的绑扎位置，把纵向定位筋固定在竖向定位筋上，形成钢筋骨架。定位钢筋安装后，将钢筋进行预弯，根据定位槽的间距，安装环向主筋。钢筋安装时，相邻钢筋尾部必须错开40d距离以上且大于50cm。环向主筋安装后，安装纵向连接筋，钢筋安装要保证与定位点重合。

仰拱浇筑前要对基底的杂物进行清理，并对基底进行撒水湿润。混凝土浇筑使用插入式振动器均匀振实。振捣时间以混凝土表面翻浆冒出气泡为宜，混凝土表面应随振捣按标高线进行抹平。振动器移动间距为30～40cm。振捣上一层时应插入下层混凝土面50mm，以消除两层间的接缝。

(九)衬砌混凝土浇筑施工方法

二衬混凝土设计强度为C45，拱墙施工程序：施工准备→测量定位→钢筋安装→注浆管安装→台车定位→外贴及中埋式止水带安装→衬砌混凝土浇注→注浆→脱模→养护→下一循环。

其中，在测量定位这一工序中，采用全站仪利用已知控制点，对二衬浇筑范围进行测定，该隧道中二衬台车模板长12m，每次测定二衬范围10m～12m。

此外，只有当围岩和初期支护变形基本稳定，量测监控数据表明位移明显减缓、拱脚附近收敛值和拱顶相对下沉小于规范值时，方可施作拱墙衬砌。衬砌防排水安装并验收合格后，进行拱墙各工序施工。

三、监控方案设计

(一)断面选取与测点布设

为了保证该隧道施工过程中隧道的稳定性与安全性，并分析拱架在软岩隧道中的受力情况，特选取部分断面进行应力监控量测试验。本文选取发生变形侵限的断面作为研究对象。

对试验断面分别监测围岩与初支的围岩压力和初支与二衬的接触压力，监测仪器选用振弦式压力盒与钢筋计，并用手持式智能读数仪采集频率信息。

监控测量频率参考值如下表所示：

项目名称方法及工具布置量测间隔时间1～15天16天～1月1月～3月围岩压力与两层支护间压力压力盒每个断面布置13个测点1次/天1次/天1～2次/周钢支撑内力钢筋计每个断面10个测点1次/天1次/天1～2次/周

每个断面布设23个测点，量测围岩压力的压力盒与钢支撑内力的钢筋计随开挖工序依次布设，且为了使压力盒受力均匀，测量准确，需要对压力盒处围岩表面做整平处理。压力盒引线由钢拱架背后顺引而下，为防止引线被破坏，引线每隔20～50cm使用捆扎带或扎丝固定。隧道试验断面围岩压力和初期支护与二次衬砌接触压力测试点分布如下图所示。

(二)隧道位移收敛曲线与应力变化的关系

该隧道施工现场采用全站仪对隧道拱顶沉降、两侧起拱线收敛以及拱脚收敛进行监测。对采集到的数据进行分析发现，该隧道起拱线处隧道收敛较为明显，且变化曲折，通过分析比较发现其与应力监控量测的结果相对应。

四、矿山法的施工要求

(一)施工中对环境保护与控制

做好施工区域的环境保护工作,对施工区域外的环境尽量维持原状,防止由于施工造成施工区附近地区的环境破坏。积极开展尘、毒、噪音治理,合理除渣,最大限度地减少对周围环境造成的破坏。

(二)安全管理体系

隧道施工管理是由各部门合理组织工程的实施,减少对围岩干扰;各部门按其管辖范围，组织对施工人员专业技能的培训和考核，保证施工人员的技术素质,规范施工工艺，加强对有毒有害气体、坍塌、变形过大、渗漏、处置失稳、突泥涌水的防治措施。

(三)超前地质预报

工程开工前和施工过程中,需详细的对施工区的地质情况进行勘察，根据实际情况，编制具体的施工计划，认真作好施工调度部、试验室及一线施工的监测和保护工作,接受监理工程师的指导。

五、总结

总之，隧道工程是我国过去和未来都大力发展的学科，提高隧道施工技术的发展是能源产业发展与结构调整及国家安全保护与经济可持续发展的要求。

[1]王梦恕,谭忠盛.中国隧道及地下工程修建技术[J].中国工程科学,2010,12:4-10.

[2]R.J-M埃蒂尔,周叔良.微差顺序爆破法在加斯佩矿山公司的应用[J].国外金属矿采矿,1985,09:42-49.

[3]石曲.矿山法隧道修建技术施工的风险控制及管理[A].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会.中国土木工程学会第十一届、隧道及地下工程分会第十三届年会论文集[C].中国土木工程学会、中国土木工程学会隧道及地下工程分会:,2004:4.

[4]郭小红,王梦恕,张伟.钻爆法修建海底隧道的关键技术分析[A].中国岩石力学与工程学会.第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C].中国岩石力学与工程学会:,2008:8.

This article is based on the actual construction in progress,elaborated in the mountain tunnel in the more common mine construction technology,combined with the new Austrian law of the relevant theory put forward the safety of mine construction technology measures aimed at strengthening the mine construction technology And make the construction more stable and safe.

tunnel engineering；mine tunnelling method

蒋锐(1993.11-)，男，硕士研究生在读，西南林业大学，土木工程学院。