隧道施工方法--礦山法

      依據(jù)隧道所在區(qū)域的地質(zhì)情況，包括隧道埋藏深度、隧道圍巖狀況、隧道工程地面情況等，隧道施工必須選擇合適的方法，才能保證隧道施工進(jìn)度及施工安全。目前隧道施工方法主要有以下幾種。

      礦山法

      礦山法是指用開挖地下坑道的作業(yè)方式修建隧道的施工方法，是暗挖法的一種，主要用鉆眼爆破方法開挖斷面，因借鑒礦山開拓巷道的方法而得名。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，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，隧道開挖后受爆破影響，會(huì)導(dǎo)致巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時(shí)都有可能坍塌，造成工程災(zāi)害，基于松弛荷載理論依據(jù)，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。

      1．先拱后墻法

      本法也稱支承頂拱法，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撐應(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)。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，必須將頂拱支撐好，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（圖2 -la，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。

       2．漏斗棚架法

      此法曾廣泛應(yīng)用于修建鐵路隧道，也稱下導(dǎo)坑先墻后棋洪．話用于較堅(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做反臺(tái)階式的擴(kuò)大開挖，直至拱頂；道后在兩側(cè)由上向下做正臺(tái)階式的擴(kuò)大開挖，直至邊墻底；全斷面完全開挖后，再由邊墻頂拱修筑襯砌（圖2 -lb）。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)勾。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。爆出的石碴全落在架上，經(jīng)漏斗口卸人下面的斗車運(yùn)出洞外。這種裝碴方式可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。下導(dǎo)坑的寬蔓，一般由雙線斗車運(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，由裝碴的各擴(kuò)大開挖部分的延長(zhǎng)加上一定余量來(lái)決定。用漏斗朋架裝碴優(yōu)點(diǎn)顯著。

 

      3．臺(tái)階法

      又有正臺(tái)階法和反臺(tái)階法之分（圖2 -lc）。①正臺(tái)階法系在穩(wěn)定性較差的巖層中施時(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成幾個(gè)正臺(tái)階。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。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，以減少扒碴工作量，從而提高掘進(jìn)速度。如坑道頂部巖層松動(dòng)，應(yīng)立即在導(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。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。

      4．上下導(dǎo)坑先墻后拱法

      該法在國(guó)外稱之為奧國(guó)法或稱老奧法，在中國(guó)的隧道工程中未見(jiàn)采用，也稱全斷面分開挖法（圖2 -ld）。早期的隧道施工，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，因此，在中國(guó)沒(méi)有采用過(guò)該法。

      5.側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法

      該法起源于德國(guó)，在國(guó)外被稱為德國(guó)法，國(guó)內(nèi)簡(jiǎn)稱為側(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)支撐和拱架都支撐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)再砌筑仰洪（圖2 -le）。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)，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公路隧道、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撐頃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。

      6．全斷面法

      將整個(gè)斷面一次挖出的施工方法(圖2 - lf)。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。

      7．蘑菇形法

      綜合先拱后墻法和漏斗棚架法的特點(diǎn)而形成的一種混合施工方案（圖2 -lg）。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)，為保證施工安全，可先筑頂拱。該法具有容易轉(zhuǎn)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。在我國(guó)首先應(yīng)用于巖層基本穩(wěn)定的鐵路隧道施工中，以后又用于修筑大斷面洞室，為減少設(shè)立模架作業(yè)及其所需材料，并為加快施工進(jìn)度創(chuàng)造了有利條件。