(西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 云南 昆明 650000)

對(duì)山嶺隧道礦山法施工相關(guān)技術(shù)及注意事項(xiàng)分析

蔣銳周一鴻熊贊林

(西南林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院云南昆明650000)

本文章結(jié)合實(shí)際在建工程，闡述了在山嶺隧道中較為常見(jiàn)的礦山法施工技術(shù)，并結(jié)合新奧法的相關(guān)理論提出了礦山法施工工藝安全的措施，旨在加強(qiáng)礦山法施工相關(guān)技術(shù)及使工程建設(shè)更加穩(wěn)定與安全。

隧道工程；礦山法

一、工程概況

隨著國(guó)家“一帶一路”的推進(jìn)，到2020年，云南省鐵路營(yíng)運(yùn)里程將達(dá)5000公里,本文結(jié)合云南省某在建隧道的實(shí)際情況，詳細(xì)介紹隧道施工所采用的三臺(tái)階礦山法施工工藝。

該隧道洞身穿越下古生界瀾滄群(Pz1ln)片巖、炭質(zhì)片巖夾透鏡體大理巖，以凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)砂板、巖絹云片巖、絹云石英片巖為主，巖體多呈薄層狀或塊狀，片理、層理發(fā)育，具有巖質(zhì)軟、易風(fēng)化、巖體較破碎等特征。

二、施工工藝及參數(shù)

(一)該隧道整體施工工序

該隧道采用三臺(tái)階法施工。上、中、下臺(tái)階高度分別為2.5m、2.5m、2.5m，臺(tái)階長(zhǎng)度分別為6m、8m、8m，每一循環(huán)仰拱開(kāi)挖9m，防水層安裝施工12m，澆筑二襯12m。上、中、下臺(tái)階開(kāi)挖進(jìn)尺均為3榀鋼架，每榀鋼架間距80cm，中臺(tái)階與下臺(tái)階分左右側(cè)錯(cuò)開(kāi)開(kāi)挖。

三臺(tái)階法施工工序：具體施工順序見(jiàn)圖

(二)該隧道鉆孔施工

該隧道采用礦山法施工。所謂礦山法就是采用鉆孔、裝炸藥、爆破開(kāi)挖的施工方法。該隧道中的施工方式為半機(jī)械化施工，采用氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)在隧道爆破、支護(hù)工序中實(shí)現(xiàn)鉆孔目的。在隧道爆破過(guò)程中，為了安放炸藥，需在掌子面上(包括上、中、下臺(tái)階)鉆孔，鉆孔直徑為5cm，鉆孔深約3m。該隧道中炮眼布置方式為直線形布眼，即將炮眼按水平方向圍繞掏槽開(kāi)口呈直線形逐層排列。

(三)爆破施工工藝

該隧道中在爆破環(huán)節(jié)中采用的炸藥為巖石乳化炸藥。安放炸藥時(shí)，每個(gè)炮眼需放置2～3根炸藥，周邊炮眼間距80cm，炮眼直徑5cm，炮孔深3m。爆破時(shí)，采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行爆破，具體采用的方式是預(yù)裂爆破。所謂預(yù)裂爆破，就是首先引爆周邊眼，使沿周邊眼的連心線炸出平順的預(yù)裂面，由于這個(gè)預(yù)裂面的存在，對(duì)后爆的掏槽眼、輔助眼的爆轟波能起到反射和緩沖作用，可以減輕爆轟波對(duì)圍巖的破壞影響，保持巖體的完整性。

(四)除渣、挖仰拱的施工工藝

該隧道采用挖掘機(jī)與運(yùn)渣車(chē)組合的方式進(jìn)行除渣與挖仰拱作業(yè)。其中，除渣與挖仰拱作業(yè)兩個(gè)施工過(guò)程均需要約5～6小時(shí)，其中以第一輛運(yùn)渣車(chē)裝載完畢到第二輛運(yùn)渣車(chē)裝載完畢為一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)約需要12分鐘。

(五)初期支護(hù)施工工藝

該初期支護(hù)采用立鋼架+鎖腳中空錨桿+噴射混凝土，其中隧道初期支護(hù)噴射混凝土設(shè)計(jì)厚度為20～30cm，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25，鎖腳中空錨桿規(guī)格：Ф42mm,壁厚3.5mm，管長(zhǎng)3～4m。

該的初期支護(hù)在隧道爆破開(kāi)挖后即開(kāi)始施工，及時(shí)安裝鋼架，采用雙側(cè)鎖腳錨桿(管)固定，縱向采用Φ22鋼筋連接，鋼架之間鋪掛鋼筋網(wǎng)，然后噴射混凝土到設(shè)計(jì)厚度。鋼架安裝完畢，在鋼架兩側(cè)打設(shè)鎖腳錨桿鎖定鋼架，并與鋼架焊接一起。鎖腳錨桿安裝完畢并注水泥砂漿。同時(shí)在每榀鋼架之間，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為25cm×25cm。鋼筋網(wǎng)點(diǎn)焊在兩榀鋼支撐的外弧上。

(六)超前支護(hù)施工工藝

該隧道由于隧道圍巖較差，故需要進(jìn)行超前支護(hù)。其超前支護(hù)的方式為使用超前錨桿支護(hù)。所謂超前錨桿，就是指沿開(kāi)挖輪廓線，以一定的外插角，向開(kāi)挖面前方鉆孔安裝錨桿，形成對(duì)前方圍巖的預(yù)錨固。

(七)防水層施工工藝

該隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)抗?jié)B等級(jí)要求不小于P10。故該隧道中鋪設(shè)防水層的施工工藝采用在初支與二襯間鋪設(shè)防水板加無(wú)紡布。其工藝流程：1、準(zhǔn)備工作(包括材料質(zhì)量檢查、作業(yè)臺(tái)車(chē)就位等等)；2、鋪土工布、盲管安裝；3、防水板鋪設(shè)；4、防水板焊接(采用手持式超聲波焊機(jī))；5、防水板質(zhì)量檢查；6、下一循環(huán)。

(八)仰拱施工工藝

該隧道仰拱施工中鋼筋采用綁扎或電焊連接，綁扎連接搭接不小于40d；仰拱厚度為45cm，鋼筋為Ф20/25：Ф10/25；仰拱厚度45cm，仰拱填充第一次施做厚度為49cm，預(yù)留46cm作為第二次施做。

該隧道在開(kāi)挖前先在拱墻兩側(cè)用水準(zhǔn)儀測(cè)出地面以下作業(yè)平面標(biāo)高，即仰拱填充第一次施工作業(yè)面標(biāo)高，做好標(biāo)記。開(kāi)挖完后成及時(shí)施作初期支護(hù)，噴射混凝土至設(shè)計(jì)標(biāo)高。定位鋼筋安裝定位鋼筋采用Φ20鋼筋，豎向的定位鋼筋用短鋼筋焊接在初支仰拱工字鋼鋼架上，縱向的定位鋼筋焊在豎向的定位筋上，上下各一根，在豎向定位鋼筋上標(biāo)出主筋上下層的綁扎位置，把縱向定位筋固定在豎向定位筋上，形成鋼筋骨架。定位鋼筋安裝后，將鋼筋進(jìn)行預(yù)彎，根據(jù)定位槽的間距，安裝環(huán)向主筋。鋼筋安裝時(shí)，相鄰鋼筋尾部必須錯(cuò)開(kāi)40d距離以上且大于50cm。環(huán)向主筋安裝后，安裝縱向連接筋，鋼筋安裝要保證與定位點(diǎn)重合。

仰拱澆筑前要對(duì)基底的雜物進(jìn)行清理，并對(duì)基底進(jìn)行撒水濕潤(rùn)?；炷翝仓褂貌迦胧秸駝?dòng)器均勻振實(shí)。振搗時(shí)間以混凝土表面翻漿冒出氣泡為宜，混凝土表面應(yīng)隨振搗按標(biāo)高線進(jìn)行抹平。振動(dòng)器移動(dòng)間距為30～40cm。振搗上一層時(shí)應(yīng)插入下層混凝土面50mm，以消除兩層間的接縫。

(九)襯砌混凝土澆筑施工方法

二襯混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C45，拱墻施工程序：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→鋼筋安裝→注漿管安裝→臺(tái)車(chē)定位→外貼及中埋式止水帶安裝→襯砌混凝土澆注→注漿→脫模→養(yǎng)護(hù)→下一循環(huán)。

其中，在測(cè)量定位這一工序中，采用全站儀利用已知控制點(diǎn)，對(duì)二襯澆筑范圍進(jìn)行測(cè)定，該隧道中二襯臺(tái)車(chē)模板長(zhǎng)12m，每次測(cè)定二襯范圍10m～12m。

此外，只有當(dāng)圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定，量測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表明位移明顯減緩、拱腳附近收斂值和拱頂相對(duì)下沉小于規(guī)范值時(shí)，方可施作拱墻襯砌。襯砌防排水安裝并驗(yàn)收合格后，進(jìn)行拱墻各工序施工。

三、監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

(一)斷面選取與測(cè)點(diǎn)布設(shè)

為了保證該隧道施工過(guò)程中隧道的穩(wěn)定性與安全性，并分析拱架在軟巖隧道中的受力情況，特選取部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控量測(cè)試驗(yàn)。本文選取發(fā)生變形侵限的斷面作為研究對(duì)象。

對(duì)試驗(yàn)斷面分別監(jiān)測(cè)圍巖與初支的圍巖壓力和初支與二襯的接觸壓力，監(jiān)測(cè)儀器選用振弦式壓力盒與鋼筋計(jì)，并用手持式智能讀數(shù)儀采集頻率信息。

監(jiān)控測(cè)量頻率參考值如下表所示：

項(xiàng)目名稱方法及工具布置量測(cè)間隔時(shí)間1～15天16天～1月1月～3月圍巖壓力與兩層支護(hù)間壓力壓力盒每個(gè)斷面布置13個(gè)測(cè)點(diǎn)1次/天1次/天1～2次/周鋼支撐內(nèi)力鋼筋計(jì)每個(gè)斷面10個(gè)測(cè)點(diǎn)1次/天1次/天1～2次/周

每個(gè)斷面布設(shè)23個(gè)測(cè)點(diǎn)，量測(cè)圍巖壓力的壓力盒與鋼支撐內(nèi)力的鋼筋計(jì)隨開(kāi)挖工序依次布設(shè)，且為了使壓力盒受力均勻，測(cè)量準(zhǔn)確，需要對(duì)壓力盒處圍巖表面做整平處理。壓力盒引線由鋼拱架背后順引而下，為防止引線被破壞，引線每隔20～50cm使用捆扎帶或扎絲固定。隧道試驗(yàn)斷面圍巖壓力和初期支護(hù)與二次襯砌接觸壓力測(cè)試點(diǎn)分布如下圖所示。

(二)隧道位移收斂曲線與應(yīng)力變化的關(guān)系

該隧道施工現(xiàn)場(chǎng)采用全站儀對(duì)隧道拱頂沉降、兩側(cè)起拱線收斂以及拱腳收斂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該隧道起拱線處隧道收斂較為明顯，且變化曲折，通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn)其與應(yīng)力監(jiān)控量測(cè)的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

四、礦山法的施工要求

(一)施工中對(duì)環(huán)境保護(hù)與控制

做好施工區(qū)域的環(huán)境保護(hù)工作,對(duì)施工區(qū)域外的環(huán)境盡量維持原狀,防止由于施工造成施工區(qū)附近地區(qū)的環(huán)境破壞。積極開(kāi)展塵、毒、噪音治理,合理除渣,最大限度地減少對(duì)周?chē)h(huán)境造成的破壞。

(二)安全管理體系

隧道施工管理是由各部門(mén)合理組織工程的實(shí)施,減少對(duì)圍巖干擾;各部門(mén)按其管轄范圍，組織對(duì)施工人員專業(yè)技能的培訓(xùn)和考核，保證施工人員的技術(shù)素質(zhì),規(guī)范施工工藝，加強(qiáng)對(duì)有毒有害氣體、坍塌、變形過(guò)大、滲漏、處置失穩(wěn)、突泥涌水的防治措施。

(三)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

工程開(kāi)工前和施工過(guò)程中,需詳細(xì)的對(duì)施工區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，根據(jù)實(shí)際情況，編制具體的施工計(jì)劃，認(rèn)真作好施工調(diào)度部、試驗(yàn)室及一線施工的監(jiān)測(cè)和保護(hù)工作,接受監(jiān)理工程師的指導(dǎo)。

五、總結(jié)

總之，隧道工程是我國(guó)過(guò)去和未來(lái)都大力發(fā)展的學(xué)科，提高隧道施工技術(shù)的發(fā)展是能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展與結(jié)構(gòu)調(diào)整及國(guó)家安全保護(hù)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

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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

蔣銳(1993.11-)，男，碩士研究生在讀，西南林業(yè)大學(xué)，土木工程學(xué)院。