礦山法修筑公路隧道的施工方法

李 毅

（山西遠(yuǎn)方路橋集團(tuán)總公司，山西 大同 037005）

礦山法修筑公路隧道的施工方法

李 毅

（山西遠(yuǎn)方路橋集團(tuán)總公司，山西 大同 037005）

山嶺道路隧道施工一般采用礦山法施工，根據(jù)不同的圍巖地質(zhì)條件、機(jī)具設(shè)備、技術(shù)條件、施工經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際情況，文章介紹了幾種常用的施工方法和這些方法的適用范圍。

礦山法；公路隧道；施工方法

1 漏斗棚架法

該施工方法也稱為下導(dǎo)坑先墻后拱法或稱“六部”開挖法。

1.1 施工順序

施工順序見圖1。圖中開挖用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，襯砌（或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)）用羅馬數(shù)字表示。

圖1 漏斗棚架法施工順序

（1）一部為開挖下導(dǎo)坑：導(dǎo)坑開挖是隧道分部開挖施工中的先導(dǎo)，為了核實(shí)地質(zhì)和水文地質(zhì)，加快施工進(jìn)度，更好地組織出渣、進(jìn)料、排煙、排水等，導(dǎo)坑開挖要超前于其他部分的開挖。位于斷面下部的導(dǎo)坑稱為下導(dǎo)坑，下導(dǎo)坑一般宜超前50 m以上。在爆炸安全距離20～30 m外，設(shè)置漏斗棚架。

（2）二部開挖宜稱為拉槽：距一部開挖50 m以外除了考慮爆破安全外，還考慮在期間存放一定數(shù)量的斗車以利出渣。

（3）三部為挑頂開挖：挖至拱部設(shè)計(jì)輪廓線（并考慮一定的預(yù)留沉落量），為了不與二部開挖相互干擾，且因三部落渣后，在棚架上堆得較高，不利于二部的排煙，故三部需離二部有足夠的距離，一般為15～20 m。

（4）四部為兩側(cè)擴(kuò)大開挖：與三部一樣挖至設(shè)計(jì)輪廓線，為使施工相互不干擾，四部應(yīng)距三部約20～30 m。

（5）五部為向下刷幫：五部與四部拉開的距離應(yīng)保證出渣工作方便，并可存放一定數(shù)量的斗車，一般相距10～15 m。

（6）六部刷幫直至底面水平：如設(shè)置側(cè)水溝，則同時(shí)挖出水溝斷面，因四部開挖后要拆除棚架，為了不相互干擾，六部應(yīng)距五部約10～20 m。

（7）七部為墻部灌注：此時(shí)，整個(gè)斷面已經(jīng)挖成，六部開挖時(shí)，爆破安全距離要比小斷面中開挖要大，通常距六部約40～50 m。為避免圍巖暴露時(shí)間過長(zhǎng)，拉開距離太大，也是不適宜的。

（8）八部為修筑拱部襯砌。

1.2 漏斗棚架構(gòu)造

漏斗棚架構(gòu)造見圖2。

圖2 漏斗棚架構(gòu)造

棚架一般由圓木、鋼軌（或厚厚木板）、小圓木等構(gòu)成。頂梁通常采用直徑25～30 cm的圓木，立柱采用直徑20 cm的圓木，上面縱向排列16～24 kg/m的鋼軌，在運(yùn)輸線上方留有60～75 cm寬的縱向空隙，其間用長(zhǎng)1 m，直徑為10 cm的小圓木密排蓋住。棚架構(gòu)造應(yīng)考慮所采用的出渣運(yùn)輸車所必須的安全運(yùn)輸空間，為避免爆破后石渣落下的沖擊力打壞棚架，在放炮前棚架頂面應(yīng)預(yù)留厚20～30 cm的石渣。二至五部開挖的石渣都先堆放在棚架上，故棚架要有一定的長(zhǎng)度。爆破后石渣不能太大，要與漏斗口（即上述棚架頂部留有縱向空隙）大小相配合，同時(shí)要考慮裝車方便及防止落渣砸壞裝渣車輛。

1.3 漏斗棚架法的適用范圍及特點(diǎn)

該法常用于圍巖較穩(wěn)定的坑道施工，一般適用于Ⅵ～Ⅳ類圍巖石質(zhì)隧道。該法將斷面分成若干部分進(jìn)行開挖，工作面拉開，可容納較多人員同時(shí)施工，這對(duì)工作面空間窄小的地下施工、且無大型機(jī)械的條件下是可取的。除一部開挖外，均有較多的爆破臨時(shí)空間，爆破效果較好。利用棚架及渣堆可不另作腳手架而完成整個(gè)斷面的鉆爆作業(yè)。棚架上石渣裝出由漏斗口漏入車內(nèi)，省力、速度快。這使該法能在無大型機(jī)具的條件下獲得快速施工的效果。

該法襯砌施工是先墻后拱，因此，襯砌質(zhì)量較好，施工中對(duì)于個(gè)別巖塊松動(dòng)，因有棚架，可便于架設(shè)臨時(shí)支護(hù)。但該法由于每個(gè)開挖口需要60～70 m的漏斗棚架，需有大量木材、鋼軌，棚架也易因爆破而損壞，六部開挖易損壞風(fēng)水管設(shè)備，工作面拉開距離長(zhǎng)，雖對(duì)配備勞力有利，但圍巖暴露時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)施工安全不利。

2 反臺(tái)階法

反臺(tái)階法由漏斗棚架法發(fā)展而來。當(dāng)坑道開挖后，圍巖穩(wěn)定，不需要臨時(shí)支護(hù)，且無大型裝渣等施工機(jī)具時(shí)，可采用該法。因道路隧道跨度較大，漏斗棚架需大量木材、鋼材。采用該法施工既能使工序減少、施工干擾少、下部斷面可一次挖至設(shè)計(jì)寬度、空間大、便于出渣運(yùn)輸和布置管線，又能節(jié)省大量材料。

3 正臺(tái)階法

當(dāng)圍巖穩(wěn)定性較好，開挖后不需要或僅需要局部臨時(shí)支護(hù)的導(dǎo)坑，且有能力較強(qiáng)的裝渣出渣機(jī)具設(shè)備。施工順序先挖上部弧形斷面（高一般為2.0～2.4 m），然后挖下面部分，下部也可分若干臺(tái)階，裝渣機(jī)械有足夠能力時(shí)，應(yīng)盡量減少分層，以一次開挖為宜，這可使開挖面整平，便于爆破，減少反渣工作量。

第一步開挖不宜超前過多，以免石渣積聚在臺(tái)階上，這樣可以減少翻渣工作，加快循環(huán)作業(yè)。

當(dāng)采用人工翻渣時(shí)，該法宜臺(tái)階數(shù)多些，多層臺(tái)階可使上部斷面鉆眼與下臺(tái)階翻渣工作同時(shí)進(jìn)行，使整個(gè)循環(huán)時(shí)間縮短。臺(tái)階高度和寬度一般為高2.0 m左右，寬1.5 m左右。臺(tái)階斜度為1∶0.3～1∶0.6。

該法工序少、干擾小、爆破效果好。但在圍巖條件變化較大而需變換為其他施工方法時(shí)，則比較困難。

4 全斷面開挖法

在圍巖穩(wěn)定、完整、開挖后不需臨時(shí)支護(hù)，施工有大型機(jī)具設(shè)備的情況下，可采用全斷面開挖法。

鉆孔臺(tái)車鉆出全部炮眼，一次爆破成洞。通風(fēng)排煙之后，用大型裝渣機(jī)及配套的運(yùn)載車輛迅速出渣，襯砌為先墻后拱，一般配備有活動(dòng)模板及襯砌臺(tái)車灌注。當(dāng)采用噴錨支護(hù)時(shí)，一般由臺(tái)車同時(shí)鉆出錨孔。

該法的特點(diǎn)是：工序簡(jiǎn)單，斷面一次挖成，能夠較好地發(fā)揮深眼爆破的優(yōu)越性，提高鉆爆效果；各道工序干擾小、空間大、便于大型機(jī)具的應(yīng)用；各種管線鋪設(shè)便利并較少被爆破損壞，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等條件均有利，便于施工組織與施工管理。

由于應(yīng)用大型機(jī)具，就需要相應(yīng)的施工便道、組裝場(chǎng)地、檢修設(shè)備、足夠的能源，因此該法的應(yīng)用往往受到條件限制；而且當(dāng)隧道較長(zhǎng)、地質(zhì)情況多變時(shí)，變換施工方法需要較長(zhǎng)時(shí)間。該法一般適用于Ⅴ、Ⅵ類圍巖的石質(zhì)隧道施工。

5 上下導(dǎo)坑先拱后墻法

該法適用于Ⅵ類和Ⅲ類圍巖的石質(zhì)或土質(zhì)道路隧道施工。

5.1 施工順序

先挖上部斷面，然后把拱圈修筑好后，在拱圈保護(hù)之下開挖下部斷面，然后再修筑邊墻等。

上導(dǎo)坑位置應(yīng)考慮到圍巖壓力增長(zhǎng)，有可能頂部支撐不能拆除，在永久支護(hù)修筑之前支撐有一定的沉落，因此，支撐需架設(shè)在設(shè)計(jì)輪廓線之外，并根據(jù)地質(zhì)情況預(yù)留沉落量。沉落量的大小，土質(zhì)隧道為30～60 cm，軟石隧道為20～40 cm。

5.2 防止拱圈下沉的措施

在拱圈保護(hù)下開挖下部斷面，施工較安全，但當(dāng)挖去邊墻出圍巖后，拱圈會(huì)因“懸空”而下沉，導(dǎo)致拱圈開裂，嚴(yán)重時(shí)甚至整段拱圈下落而發(fā)生事故，因此需采取以下措施：

（1）拱圈混凝土達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行下部開挖，以防拱圈因大小不均勻下沉及開裂。若工期緊迫，則應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)水泥、使用早強(qiáng)劑等措施。

（2）控制下部開挖時(shí)的炸藥用量，避免拱圈因爆破受損，開挖中層應(yīng)在拱角處留0.3～1.0 m平臺(tái)。圍巖穩(wěn)定性差時(shí)，應(yīng)分段跳躍開挖，不宜一次挖通。

（3）邊墻部分圍巖開挖采取“挖馬口”方式。拱圈是不分環(huán)節(jié)灌注的，施工縫處的鏈接較弱，隧道拱圈被施工縫分割為一段一段，為避免開挖邊墻處圍巖時(shí)使整段拱圈懸空，需采用跳槽施工，即稱為馬口開挖。為防止拱圈下沉，馬口開挖長(zhǎng)度予以控制，Ⅵ～Ⅳ類圍巖中一般不宜超過10 m，Ⅰ～Ⅲ類圍巖中不宜超過4 m。

（4）拱角懸空后需加強(qiáng)臨時(shí)支撐，圍巖穩(wěn)定性差時(shí)，拱角應(yīng)設(shè)置托架。

（5）適當(dāng)加厚拱腳處襯砌，呈大拱腳狀，邊墻部分開挖后，拱腳仍有部分支撐在圍巖上，以至于完全懸空，防止拱圈下沉。圍巖較穩(wěn)定時(shí)，大拱腳拱圈下部馬口開挖可減少步驟，在圍巖穩(wěn)定的情況下（硬石質(zhì)隧道）還可采取對(duì)開馬口方式，每次挖4～8 m。由于不必來回跳躍，既加快了進(jìn)度，又可提高襯砌質(zhì)量，甚至因大拱腳而使邊墻受力狀況改善，可減薄邊墻，節(jié)省混凝土用量。

5.3 上下導(dǎo)坑先拱后墻法施工的特點(diǎn)

該法的最大優(yōu)點(diǎn)是施工安全。設(shè)兩個(gè)導(dǎo)坑，運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、管線路布置等都易于解決，能拉開工作面，便于使用小型機(jī)具、遇到地質(zhì)情況變化，變換施工方法較容易。

馬口開挖影響進(jìn)度，并使襯砌而質(zhì)量低，整體性差，邊墻與拱腳處封口不易密實(shí)。該法工序多、干擾大、施工管理不便，兩個(gè)導(dǎo)坑也增加開挖費(fèi)用。

The Mine Law Constructs Highway Tunnel’s Job Practice

Li Yi

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U459.2

A

1000-8136(2011)05-0029-02

李毅，男，1972年2月出生，山西大同靈丘人，1994年7月畢業(yè)于大同高等專科學(xué)校工民建專業(yè)，2005年7月畢業(yè)于北京交通大學(xué)公路工程專業(yè)，工程師。