礦山法隧道施工關(guān)鍵技術(shù)探析

摘要 以探討礦山法隧道施工關(guān)鍵技術(shù)為研究目的，采用理論與實(shí)例結(jié)合的方法，選取鄧生溝隧道工程實(shí)例，著重探討了案例隧道的開(kāi)挖及支護(hù)施工技術(shù)。結(jié)果顯示：案例工程通過(guò)礦山法開(kāi)挖，并配合砂漿錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)等復(fù)合型支護(hù)施工，取得了理想的施工效果，隧道工程各驗(yàn)收節(jié)點(diǎn)均達(dá)到了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，且施工期間未出現(xiàn)安全事故。由此可見(jiàn)，礦山法開(kāi)挖并配合合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)于確保隧道施工安全、提高施工質(zhì)量具有顯著作用，可供同類(lèi)工程提供一定參考。

關(guān)鍵詞 隧道施工；礦山法；施工效率；工程質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào) U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）14-0170-03

0 引言

礦山法隧道施工以其適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)復(fù)雜、安全可靠性高等特點(diǎn)，在復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境下展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在隧道建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。但同時(shí)也面臨開(kāi)挖面不穩(wěn)定、支護(hù)難度大、工期長(zhǎng)等問(wèn)題，此類(lèi)問(wèn)題處理不當(dāng)可能導(dǎo)致施工安全事故和質(zhì)量問(wèn)題?；诖耍撐慕Y(jié)合四川汶川縣鄧生溝隧道工程實(shí)例，著重探討了復(fù)雜地質(zhì)下的礦山法隧道施工技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況

鄧生溝隧道位于汶川縣臥龍鎮(zhèn)境內(nèi)，位于鄧生溝～巴朗山區(qū)間，為雙洞分修隧道，設(shè)計(jì)上坡時(shí)速30 km，下坡時(shí)速20 km；左線(xiàn)隧道進(jìn)口里程D1K101+415，全長(zhǎng)7 937.986 m（長(zhǎng)鏈12.986 m），隧道最大埋深約575 m，右線(xiàn)隧道進(jìn)口里程D1YK101+360，全長(zhǎng)7 864.669 m（長(zhǎng)鏈2.669 m），隧道最大埋深約545 m，隧道采用礦山法配合TBM進(jìn)行施工。

隧址區(qū)處于川西高原東部，邛崍山脈北段，為四川盆地向川西高原過(guò)渡地帶﹐屬深切高中山峽谷冰川地貌，地勢(shì)高低懸殊，山巒陡峻、挺拔，地面高程2 750～4 300 m，冬季積雪時(shí)間較長(zhǎng)，冰蝕地形發(fā)育，出口端槽谷寬緩呈“U”形，自然坡度25°～60°，局部形成陡崖。晝夜溫差變化大，植被分布受氣溫控制，垂直分帶明顯。

2 礦山法隧道施工概述

2.1 礦山法隧道施工的定義

礦山法隧道施工，亦被稱(chēng)為礦山巷道法或礦山開(kāi)挖法，是一種廣泛應(yīng)用于地下工程建設(shè)的施工方法。其核心定義在于：利用礦山開(kāi)采中的相關(guān)技術(shù)原理與工藝手段，進(jìn)行地下隧道的掘進(jìn)、支護(hù)和加固等一系列作業(yè)。這種方法特別適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖石堅(jiān)硬且不易爆破的地下工程環(huán)境[1]。

2.2 礦山法隧道施工的特點(diǎn)

礦山法隧道施工的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在其適應(yīng)性、技術(shù)復(fù)雜性和安全可靠性等方面。

（1）礦山法隧道施工具有極強(qiáng)的適應(yīng)性。無(wú)論是堅(jiān)硬的巖石地層、軟弱的土層，還是存在斷層、節(jié)理等地質(zhì)構(gòu)造的地區(qū)，礦山法隧道施工都能通過(guò)靈活調(diào)整掘進(jìn)方法和支護(hù)加固措施來(lái)適應(yīng)，從而確保施工的順利進(jìn)行[2]。

（2）礦山法隧道施工涉及的技術(shù)復(fù)雜性較高。不僅需要掌握地質(zhì)勘探、掘進(jìn)技術(shù)、支護(hù)加固、排水通風(fēng)等多方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還需要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和精湛的操作技能。

（3）礦山法隧道施工注重安全可靠性。在掘進(jìn)過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，采取有效的防護(hù)措施和應(yīng)急預(yù)案，確保施工人員的生命安全。

2.3 礦山法隧道施工的適用范圍

礦山法隧道施工適用于以下幾個(gè)方面：

（1）在地質(zhì)條件復(fù)雜多變的地區(qū)，礦山法能夠通過(guò)靈活選擇掘進(jìn)方法和支護(hù)加固措施，適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，確保隧道的掘進(jìn)精度和安全性。

（2）對(duì)于巖石堅(jiān)硬且不易爆破的地區(qū)，礦山法能夠在不破壞周?chē)鷰r石結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)隧道的快速掘進(jìn)，提高施工效率。

（3）在隧道埋深較大、圍巖穩(wěn)定性較差的情況下，礦山法可以有效防止隧道圍巖的變形和失穩(wěn)，保障隧道的長(zhǎng)期使用安全。

3 礦山法隧道施工關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 隧道總體施工工藝流程

結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)，制定隧道總體施工工藝流程如圖1所示[3]：

3.2 機(jī)械開(kāi)挖施工技術(shù)

3.2.1 開(kāi)挖總體情況

鄧生溝隧道非TBM段按照礦山法組織施工，洞口段采用機(jī)械開(kāi)挖、錨網(wǎng)噴支護(hù)、拱墻一次襯砌，噴射混凝土采用濕噴工藝。由于該項(xiàng)目隧道斷面較小，且在進(jìn)洞施工前，均有超前管棚進(jìn)行加固，故針對(duì)各洞口段50 m暗洞的機(jī)械開(kāi)挖段，按照兩臺(tái)階法組織施工，機(jī)械開(kāi)挖段落如表1所示。

3.2.2 洞口段機(jī)械開(kāi)挖方案

機(jī)械開(kāi)挖（兩臺(tái)階）施工工序如圖2所示：

兩臺(tái)階施工工序如下：

（1）進(jìn)行①部挖掘時(shí)，首先進(jìn)行初期支護(hù)工作，包括噴射混凝土、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)和鋼支架（可以使用鎖腳錨桿或錨管），然后鉆孔安裝徑向錨桿，最后再次進(jìn)行混凝土噴射至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。接著進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的超前支護(hù)步驟（若適用于具備超前支護(hù)條件的情況）。

（2）對(duì)于②部挖掘，同樣需要進(jìn)行初期支護(hù)工作，包括噴射混凝土、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、安裝延長(zhǎng)的鋼支架（可以使用鎖腳錨桿或錨管），然后鉆孔安裝徑向錨桿，最后再次進(jìn)行混凝土噴涂至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。

（3）施作③部隧底初期支護(hù)。

（4）在滯后于③部一段距離后，灌筑Ⅱ部仰拱及周邊基礎(chǔ)。

（5）待仰拱混凝土初凝后，即可開(kāi)始灌注仰拱填充至規(guī)定高度。

（6）對(duì)初期支護(hù)基面進(jìn)行清理后，鋪設(shè)塑料防水板、土工布和環(huán)縱向透水盲管。進(jìn)行一次性的灌注工作（拱墻一次性施工），同時(shí)在拱頂預(yù)埋PVC注漿管。

3.3 初期支護(hù)施工技術(shù)

3.3.1 噴射混凝土

（1）噴射混凝土施工工藝流程

清除拱頂及兩邊危石→處理待噴巖面→噴射混凝土攪拌及運(yùn)輸→初噴→復(fù)噴。

（2）噴射混凝土方式

使用兩次噴射工藝，分為初噴和復(fù)噴。初噴工序緊隨開(kāi)挖施工進(jìn)行，噴射3～5 cm混凝土。復(fù)噴是在錨網(wǎng)或鋼架施作完成后，噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

（3）噴射混凝土作業(yè)

①混凝土的攪拌：包括使用全自動(dòng)計(jì)量強(qiáng)制式攪拌機(jī)進(jìn)行濕噴混凝土攪拌，操作時(shí)需嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行施工配料，速凝劑應(yīng)在噴射機(jī)喂料時(shí)投入使用。

②混凝土的運(yùn)輸：采用混凝土運(yùn)輸罐車(chē)，實(shí)行隨運(yùn)隨拌原則。在運(yùn)輸過(guò)程中，必須防止混凝土發(fā)生離析、水泥漿流失、坍落度變化以及初凝等現(xiàn)象。

③混凝土的噴射按照以下步驟進(jìn)行：首先打開(kāi)速凝劑輔助風(fēng)，然后緩慢打開(kāi)主風(fēng)閥，啟動(dòng)速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)和振動(dòng)器，最后加入混凝土至料斗中。噴射混凝土?xí)r，應(yīng)分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序?yàn)樽韵露?，每段長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)6 m。噴射過(guò)程中，應(yīng)先將低洼處噴平，然后按自下而上的順序逐層噴射。為了保證混凝土的壓實(shí)效果，噴射速度需適當(dāng)控制。過(guò)大的風(fēng)壓會(huì)導(dǎo)致噴射速度過(guò)快，增加回彈現(xiàn)象；反之，過(guò)小的風(fēng)壓會(huì)使噴射速度過(guò)慢，影響混凝土的壓實(shí)效果。因此，在啟動(dòng)設(shè)備后，需及時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)壓，當(dāng)起始風(fēng)壓達(dá)到0.5 MPa后才能進(jìn)行操作，并根據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓為：邊墻0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.65 MPa。

（4）噴射混凝土養(yǎng)護(hù)

噴射混凝土終凝2 h后，采用噴霧灑水的方法養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7 d，每天灑水2次。氣溫低于+5℃時(shí)，不得噴水養(yǎng)護(hù)。

3.3.2 砂漿錨桿施工

隧道主體支護(hù)側(cè)墻范圍錨桿型式：采用Φ22砂漿錨桿，間距（環(huán)向x縱向）分為@1.5 m×1.5 m、@1.2 m×1.2 m、@1.2 m×1.5 m、@1.2 m×1.0 m、@1.0 m×1.0 m。

錨桿施工安排在掌子面初次噴射混凝土后進(jìn)行，使用拱錨一體化臺(tái)車(chē)進(jìn)行鉆孔，并利用高壓風(fēng)槍進(jìn)行孔洞清理?？讖綉?yīng)與錨桿直徑相匹配，且錨桿孔徑應(yīng)略大于設(shè)計(jì)要求，孔深略超過(guò)錨桿長(zhǎng)度，鉆孔方向應(yīng)按設(shè)計(jì)指引進(jìn)行，垂直于巖石表面；鉆孔完成后，利用高壓風(fēng)和水清理孔洞，然后逐步灌入砂漿至錨桿孔中，當(dāng)砂漿填充達(dá)到孔深的70%至80%時(shí)，再插入錨桿本體，待砂漿凝固后，安裝孔口鋼墊板[4]。

錨桿的原材料規(guī)格、長(zhǎng)度、直徑需符合設(shè)計(jì)要求，錨桿本體不得存在油污或其他不符合標(biāo)準(zhǔn)的缺陷。錨桿孔的位置、深度和布置需符合設(shè)計(jì)規(guī)范，灌漿液的配合比必須通過(guò)試驗(yàn)確定。

3.3.3 鋼筋網(wǎng)施工

鄧生溝隧道初支鋪設(shè)單層鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片規(guī)格φ6@250×250 mm、φ8@200×200 mm、φ8@250×250 mm。

（1）施工準(zhǔn)備：在進(jìn)行網(wǎng)片掛設(shè)之前，需要檢查斷面是否存在超欠挖情況，對(duì)欠挖部位進(jìn)行處理并進(jìn)行初次噴涂封閉。

（2）網(wǎng)片掛設(shè)：進(jìn)行網(wǎng)片掛設(shè)時(shí)，應(yīng)將鋼筋網(wǎng)片與外露的錨桿頭、鋼架進(jìn)行焊接連接，以固定網(wǎng)片位置。

（3）網(wǎng)片綁扎：網(wǎng)片的搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于一個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)度，并采用扎絲進(jìn)行綁扎，確保連接牢固。

3.4 洞身襯砌施工技術(shù)

仰拱襯砌施工方法如下[5]：

（1）隧底開(kāi)挖

隧底開(kāi)挖完成后，將隧底虛碴、雜物、積水等清除干凈，并用高壓風(fēng)將隧底吹洗干凈。測(cè)量放樣檢查斷面，若有欠挖則用同級(jí)混凝土進(jìn)行回填處理，處理完成后重復(fù)上述清理步驟，若無(wú)欠挖則進(jìn)行下一道工序。

（2）仰拱鋼筋綁扎

仰拱鋼筋在鋼筋加工廠(chǎng)集中加工，統(tǒng)一配送到隧道安裝。

（3）模板安裝

仰拱模板采用組合鋼模板，面板必須進(jìn)行打磨，接縫寬度、錯(cuò)臺(tái)等各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足要求。

模板打磨完成后必須涂脫模劑，要求涂抹均勻，并保證每循環(huán)澆筑混凝土開(kāi)始之前，將模板清理干凈，并進(jìn)行涂刷脫模劑。

（4）仰拱混凝土澆筑

仰拱及填充混凝土施工分兩次澆筑，時(shí)間間隔6 h以上，仰拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到5 MPa以上再進(jìn)行填充施工，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖不宜超過(guò)3 m?；炷镣ㄟ^(guò)罐車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)倒入底板內(nèi)，插入式振動(dòng)棒振搗。

（5）混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土達(dá)到2.5 MPa強(qiáng)度后脫模，脫模后立即進(jìn)行填充混凝土施工，填充混凝土達(dá)到5 MPa后方可行人，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，車(chē)輛方可直接通行?；炷敛鹉：螅B(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d，且混凝土的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上；當(dāng)環(huán)境溫度低于5°C時(shí)，禁止對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，應(yīng)采取保溫、保濕措施。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，合理的開(kāi)挖技術(shù)是確保隧道施工安全、高效進(jìn)行的關(guān)鍵，此外支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與否也直接關(guān)系到隧道的穩(wěn)定性和使用壽命，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)與控制，確保隧道施工質(zhì)量和安全。未來(lái)，隨著隧道建設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展，仍需繼續(xù)深入研究礦山法隧道施工中的關(guān)鍵技術(shù)，不斷提高隧道施工的技術(shù)水平和質(zhì)量水平，為推動(dòng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]廖能武，王兵.山嶺隧道礦山法（鉆爆法）施工開(kāi)挖作業(yè)面機(jī)械四次排危法關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2023（8）：50-52.

[2]劉棟.基于礦山法施工技術(shù)的區(qū)間隧道設(shè)計(jì)—以福州地鐵6號(hào)線(xiàn)林浦站—樟嵐站區(qū)間為例[J].交通科技與管理，2023（19）：134-136.

[3]張凱，李高洪.淺談隧道初期支護(hù)施工[J].四川建筑，2022（1）：97-98+101.

[4]劉琨.復(fù)雜環(huán)境條件下的地鐵礦山法施工技術(shù)[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2021（8）：89-90.

[5]陳志強(qiáng).復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵礦山法隧道施工技術(shù)分析[J].運(yùn)輸經(jīng)理世界，2020（18）：98-99.

收稿日期：2024-03-07

作者簡(jiǎn)介：趙紅斌（1990—），男，本科，工程師，主要從事項(xiàng)目管理工作。