第7章 山岭隧道施工方案与矿山施工法基本作业

第7章山岭隧道施工方案与矿山施工法基本作业7.1山岭隧道施工方案

7.2破岩工作

7.3装渣与运输

7.4隧道支护

7.5洞口段施工

7.6施工辅助坑道

7.7隧道施工中塌方的预防与处理7.1山岭隧道施工方案7.1.1全断面开挖法

7.1.2台阶开挖法

7.1.3分部开挖法7.1山岭隧道施工方案表7-1矿山施工法7.1山岭隧道施工方案表7-1矿山施工法7.1.1全断面开挖法1)全断面开挖有较大的工作空间，适用于大型配套机械化施工，施工速度较快，且因单工作面作业，便于施工组织和管理，但开挖面大，围岩相对稳定性较差，且每循环工作量相对较大，因此这一施工方法要求配备较强的开挖、出渣能力和相应支护能力的设备和人力。

2)全断面开挖，有较大的断面进尺比(即开挖断面面积与掘进进尺之比)，可获得较好的爆破效果，且爆破对围岩的振动次数较少，有利于围岩的稳定。

1)摸清开挖面前方的地质情况，随时准备好应急措施(包括改变施工方法)，以确保施工安全。

2)各工序使用的机械设备务求配套，以充分发挥机械设备的使用效率和各工序之间的协调，在保证隧道稳定安全的条件下，提高施工速度。

3)在软弱破碎岩层中使用全断面法开挖时，应加强对辅助施工方法的设计和作业检查，以及对支护后围岩的动态量测与监控。

7.1.1全断面开挖法图7-1全断面开挖法

1—开挖2—喷锚一次支护3—混凝土衬砌二次支护7.1.2台阶开挖法1)台阶长度要适当。

2)解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。

3)下部开挖时，应注意上部的稳定。

1.长台阶法

2.短台阶法

3.微台阶法7.1.2台阶开挖法图7-2台阶开挖及台阶分部开挖法

a)台阶开挖法

1—上半部开挖2—拱部喷锚支护3—拱部衬砌4—下半部中央部分开挖5—边墙部分开挖6—边墙喷锚支护及衬砌

b)台阶分部开挖

1—上弧形导坑开挖2—拱部喷锚支护3—拱部衬砌4—中央开挖5—下部开挖6—边墙喷锚支护及衬砌7—浇筑仰拱7.1.3分部开挖法1.环形开挖留核心土法2.单侧壁导坑法

3.双侧壁导坑法

4.其他施工方法1.环形开挖留核心土法1)用人工或单臂掘进机开挖环形拱部(在能不爆破时尽量不爆破，以免扰动围岩)。

2)施作拱部初期支护，如架立钢支撑、打锚杆、喷混凝土。

3)在拱部初期支护的保护下，挖掘核心土。

4)挖掘下台阶，随时延伸钢支撑，施作边墙初期支护并封底。

5)根据初期支护的变形情况适时施作二次模筑混凝土衬砌。2.单侧壁导坑法1)开挖侧壁导坑，并施作闭合临时支护，可将喷射混凝土、钢筋网、钢支撑及锚杆等根据具体需要进行组合，并适当考虑导坑靠后开挖部的锚杆对开挖的不利影响，可酌情不装入锚杆，仅以钢支撑和喷混凝土或再加钢筋网支护。

2)开挖上台阶，进行拱部初期支护，使其一侧支撑在导坑的初期支护上，另一侧支撑在下台阶上。

3)开挖下台阶，进行另一侧边墙的初期支护，并尽快施作底部初期支护，使全断面形成闭合支护。

4)拆除导坑临空部分的临时支护。

5)施作二次模筑混凝土衬砌。3.双侧壁导坑法1)开挖一侧导坑，及时将其初期支护闭合。

2)相隔适当距离后开挖另一侧导坑，将初期支护闭合。

3)开挖上部核心土，施作拱部初期支护，拱脚支撑在两侧壁导坑的初期支护上。

4)开挖下台阶，施作底部的初期支护，使初期支护全断面闭合。

5)拆除导坑临空部分的初期支护。

6)待隧道周边变形基本稳定后，施作二次模筑混凝土衬砌。7.2破岩工作7.2.1爆破参数设计7.2.1爆破参数设计1.掏槽眼爆破

2.崩落眼爆破

3.周边眼爆破

4.工作面爆破参数

5.工作面爆破图表

6.炮眼钻进

7.装药与起爆1.掏槽眼爆破1)锥形掏槽。

2)楔形掏槽。

3)单向掏槽。

4)平行龟裂掏槽。

5)角柱式掏槽。

6)螺旋式掏槽。1.掏槽眼爆破图7-3斜眼掏槽

a)锥形掏槽b)、c)楔形掏槽d)单斜眼(爬眼)掏槽1.掏槽眼爆破图7-4直眼掏槽(单位：cm)a)平行龟裂掏槽b)单空眼角柱形掏槽(一)c)中空四角柱形掏槽d)双空眼六角柱形掏槽

e)三空眼六角柱形掏槽f)单空眼角柱形掏槽(二)3.周边眼爆破1)适当缩小周边眼间距，调整周边眼最小抵抗线值。

2)选用合适的炸药品种，不宜采用高爆速炸药，严格控制装药量，并实行不耦合装药或空气柱间隔装药。

3)保证周边眼同时起爆。

4)隧道爆破，特别是深埋时不宜采用预裂爆破。3.周边眼爆破表7-5隧道周边光面爆破参数表7-6隧道顶板预留下沉量(单位：cm)3.周边眼爆破4.工作面爆破参数(1)单位炸药消耗量单位炸药消耗量指爆破单位体积原岩所需要的炸药量，也称为炸药单耗。

(2)炮眼直径炮眼直径影响钻眼效率、炸药消耗量、岩石破碎块度等。

(3)炮眼深度炮眼底至炮眼口之间的垂直距离定义为炮眼深度。

(4)炮眼数目炮眼数目与隧道开挖断面大小、岩石性质、炸药性质、自由面数量等有关。

(5)工作面炮眼布置合理的炮眼布置应达到有较高的炮眼利用率，爆破块度均匀且符合要求，开挖岩面平整，爆破对围岩破坏小等。5.工作面爆破图表1)简单描述隧道的特征(名称、用途、位置、断面形状和尺寸、坡度等)，穿过岩石的名称、地质条件和岩石的物理力学性质，通过岩层含瓦斯及含水情况等。

2)钻眼机械、钻眼工具和其他钻眼设备的选择。

3)爆破器材的选择。

4)钻眼爆破参数的确定，包括，掏槽形式、掏槽爆破参数，光面爆破参数，崩落眼的爆破参数。

5)爆破网路设计。

6)爆破采取的各项安全措施。表7-8炮眼布置和装药参数5.工作面爆破图表表7-9主要爆破条件和技术经济指标5.工作面爆破图表图7-5隧道掘进工作面炮眼布置方式

a)、b)直线形c)多边形d)弧形5.工作面爆破图表图7-6炮眼布置图示例(单位：cm)a)楔形掏槽环状布置b)楔形掏槽直线布置c)直眼掏槽环状布置d)直眼掏槽层状布置5.工作面爆破图表图7-7特殊炮眼装药结构图

a)正向起爆不耦合空气间隔装药b)正向起爆眼底集中不耦合间隔装药

1—炮泥2—雷管3—空气柱4—装药5.工作面爆破图表6.炮眼钻进1)掏槽眼。

2)崩落眼。

3)周边眼。

4)当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，力求所有炮眼(除掏槽眼外)眼底在同一垂直面上。

5)钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼应重钻。

6)装药前应将炮眼内的泥浆、石粉吹洗干净，检查炮眼达到设计要求后方可装药，装药应严格按设计药量进行。6.炮眼钻进图7-8工作面多炮眼同时钻进a)多台凿岩机同时钻眼b)两台凿岩台车同时钻眼7.3装渣与运输7.3.1装渣(矸)

7.3.2运输

7.3.3卸渣7.3.1装渣(矸)1.出渣(矸)量计算

2.装渣方式

3.装渣机械3.装渣机械(1)翻斗式装渣机采用轨道走行方式，它是利用前方的铲斗铲起石渣，然后后退并将铲斗后翻，把石渣倒入停在装渣机后的运输车内，图7-9所示。

(2)蟹爪式装渣机器装渣机采用履带走行，电力驱动，图7-10所示。

(3)立爪式装渣机一般多采用轨道走行，也有采用轮胎或履带走行的。

(4)挖斗式装渣机这种装渣机是较为先进的装渣机，如图7-11所示。

(5)铲斗式装渣机该类装渣机具有结构紧凑、走行转弯半径小，如图7-12所示。

(6)铰接式轮胎装渣机这种装渣机行走快、机动灵活、具有自行铲、装、运、卸及推土等多种作业能力。图7-9翻斗式装渣机3.装渣机械图7-10蟹爪式装渣机3.装渣机械图7-11挖斗式装渣机3.装渣机械图7-12铲斗式装渣机

a)铲斗轮胎式装渣机b)铲斗履带式装渣机3.装渣机械7.3.2运输1.有轨运输

2.无轨运输1.有轨运输(1)有轨运输车辆有轨运输常用的车辆有斗车、梭式矿车。

(2)有轨运输牵引类型常用的轨道式牵引机车有电瓶车和内燃机车，主要用于坡度不大的隧道运输牵引。

(3)工作面轨道延伸及调车措施

(4)洞外轨道布置洞外轨道布置包括卸渣线、上料线、修理线、机车整备线和调车线(图7-15)。图7-13单线运输轨道布置

1—翻斗式装渣车2—斗车3—牵引电机车图7-14双线运输轨道布置

a)双机装渣b)单机装渣1.有轨运输图7-15洞外轨道布置1.有轨运输2.无轨运输1)单车道净宽不得小于车辆宽加2m，并应相隔适当距离设置错车道；双车道净宽不得小于2倍车宽加2.5m；会车视距宜为40m。

2)行车速度，在施工作业地段和错车时不应大于10km/h，成洞地段不宜大于20km/h。

3)运输线路或道路应经常保持平整、畅通，道路两侧的废渣和余料应随时清除，以保证洞内洞外运输安全。7.3.3卸渣1)应根据弃渣场地形条件、弃渣利用情况、车辆类型，妥善布置卸渣线，卸渣时应在布置的卸渣线上依次进行。

2)卸渣宜采用自动卸渣或机械卸渣设备，卸渣时应有专人指挥卸渣、平整。

3)卸渣场地应修筑永久排水设施和其他防护工程，确保地表径流不致冲蚀弃渣堆，重视环境保护。

4)轨道运输卸渣时，卸渣码头应搭设牢固，并设挂钩、栏杆，轨道末端应设置可靠的挡车装置，以保证列车卸渣作业安全。7.4隧道支护7.4.1预支护

7.4.2初期支护

7.4.3二次支护7.4.1预支护1.超前锚杆支护

2.管棚支护

3.超前小导管注浆

4.超前深孔帷幕注浆1.超前锚杆支护1)超前锚杆的超前量、环向间距、外插角等参数，应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。

2)超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料可用直径不小于22mm的螺纹钢筋。

3)超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10cm，外插角不超过1°～2°，锚固长度不小于设计长度的96%。

4)开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点。

5)开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。

6)开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，遇地下水时，则应钻孔引排。1.超前锚杆支护图7-16超前锚杆支护2.管棚支护1)管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。

2)管棚的各项技术参数要视岩层地质条件和施工条件而定。

3)钢拱架应安装稳固，其垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm；钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架；钻孔方向应用测斜仪检查控制，钢管不得侵入开挖轮廓线。

4)第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入，应打一眼，装一管，由上而下左、右交替进行。

5)长钢管应用4～6m的管节逐段接长，打入一节，再接续后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15cm；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开，一般按编号，偶数第一节用4m，奇数第一节用6m，以后各节均采用6m。

6)当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆，一般在第一节管的前段管壁交错钻直径10～15mm孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。

7)水泥砂浆应用牛角泵或其他能满足要求的设备灌注。

8)钻孔时如出现卡钻或坍孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。2.管棚支护图7-17管棚预支护(长管棚)

a)管棚支护b)管棚钢管纵向错接c)钢管端部横向连接3.超前小导管注浆(1)小导管的布置与安装

(2)注浆材料

(3)注浆3.超前小导管注浆图7-18超前小导管注浆预支护

a)超前小导管布置b)注浆半径及孔距选择c)小导管全图4.超前深孔帷幕注浆(1)渗透注浆对于破碎岩层、砂卵石层、中细砂层、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙中，凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，以提高地层的稳定性和强度。

(2)劈裂注浆对于颗粒更细的土质不透水(浆)地层，采用高压浆液强行挤压孔周，在注浆压力的作用下，浆液作用的周围土体被劈裂并形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉状固结作用对土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提高其强度和稳定性。

(3)压密注浆将浓稠的浆液注入土层中，向周围土层加压使土层得到加固。

(4)高压喷灌注浆通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎，随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固的目的。

(1)注浆管一般采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管。

(2)钻孔钻孔可用冲击式钻机或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。

(3)注浆顺序应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，(地下水)先上游后下游顺序进行。4.超前深孔帷幕注浆(4)结束条件注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。

(5)注浆检查除在注浆前进行钻孔质量，材料质量检查、注浆后对注浆效果检查外，注浆过程中应密切注意注浆压力的变化。

(6)开挖时间注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥-水玻璃浆)～8h(水泥浆)方可开挖，但最后应注意保留止浆墙，并进行下一循环的注浆。图7-19超前深孔帷幕注浆

a)洞内超前注浆b)地表超前注浆c)平导超前注浆4.超前深孔帷幕注浆7.4.2初期支护1.锚杆支护

2.喷射混凝土支护

3.钢纤维喷射混凝土

4.钢筋网喷射混凝土

5.喷锚支护形式的选择1.锚杆支护(1)锚杆分类

(2)锚杆施工(1)锚杆分类图7-20锚杆按锚固形式分类图7-21全长锚固砂浆锚杆

a)钢筋砂浆锚杆b)钢丝绳砂浆锚杆(1)锚杆分类图7-22端头锚固树脂锚杆

a)锚杆杆体b)树脂锚固剂

1—杆体2—挡圈3—麻花锚头4—螺扣5—垫板6—螺母7—固化剂8—玻璃管9—聚酯树脂10—外袋11—堵头图7-23可控压内注式注浆锚杆

1—进浆管2—逆止阀3—螺母4—托板5—止浆塞6—杆体7—活塞

8—分浆塞9—弹簧10—锚固剂挡板11—杆尾12—倒楔(1)锚杆分类图7-24端锚内注式注浆锚杆

a)端锚内注式b)普通内注式图7-25管缝式锚杆(1)锚杆分类图7-26楔缝式内锚头锚杆图7-27胀壳式内锚头钢绞线预应力锚索

1—导向帽2—六棱锚塞3—外夹片4—挡圈5—顶簧6—套管7—排气管8—粘结砂浆9—现浇混凝土支墩

10—垫板11—锚环12—锚塞13—锥筒14—顶簧套筒15—托圈(2)锚杆施工图7-28树脂锚杆的安装图7-29内注浆锚杆锚注支护施工工艺流程(2)锚杆施工图7-30注浆施工工艺流程2.喷射混凝土支护(1)喷射工艺喷射混凝土的工艺种类分为干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种，其主要区别在于投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时间不同。

(2)原料

(3)配比

(4)喷射混凝土机械设备

(5)喷前检查及准备

(6)施喷注意事项

(7)喷射混凝土质量检测喷射混凝土质量检测主要包括强度和厚度检验两方面。图7-31干喷、潮喷工艺流程图7-32湿喷工艺流程图7-33混合喷射工艺流程2.喷射混凝土支护图7-34喷射分区及喷射顺序

a)边墙b)拱顶2.喷射混凝土支护表7-10喷射部位与一次喷射厚度2.喷射混凝土支护3.钢纤维喷射混凝土1)喷射钢纤维混凝土应选用经过试验检验的喷射机械，主要问题是防止钢纤维结团堵管。

2)钢纤维和基料必须拌和均匀，避免结团，堵塞喷射机。

3)钢纤维喷射混凝土操作同普通喷射混凝土，但输料管的磨耗大，一般高于普通喷射混凝土30%～40%，尤其是拐弯处。

4)风压要比普通喷射混凝土高0.02～0.05MPa；当输送距离不大于40m时，风压一般可为0.05～0.18MPa。3.钢纤维喷射混凝土图7-35钢纤维及其在喷射混凝土中的分布4.钢筋网喷射混凝土1)钢筋网应根据被支护围岩面上的实际起伏形状铺设，且应在喷射一层混凝土后再行铺设。

2)为便于挂网安装，常将钢筋网先加工成网片，长宽可为100～200cm。

3)钢筋网应与锚杆或锚钉头连接牢固，并应尽可能多点连接，以减少喷射混凝土时钢筋发生“弦振”的现象。

4)开始喷射时，应缩短喷头至受喷面之间的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网背面混凝土密实。5.