礦山法施工技術(shù)簡述

礦山法是一種較傳統(tǒng)的施工方法，使人們在長期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來的。它是以木或剛構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，待隧道開挖成型后，逐步將臨時(shí)支撐撤換下來，而代之以整體式厚襯砌作為永久性支護(hù)的施工方法。本文重點(diǎn)講述礦山法施工技術(shù)及施工要點(diǎn)并結(jié)合理論進(jìn)行客觀分析和探討。
關(guān)鍵詞：礦山法；施工；隧道；巖體
一、前言
木構(gòu)件支撐由于其耐久性差和對(duì)坑道形狀的適應(yīng)性差，支撐撤換工作既麻煩又不安全，且對(duì)圍巖有所擾動(dòng)，因此，目前已很少使用。鋼結(jié)構(gòu)支撐具有較好的耐久性和對(duì)坑道形狀的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，施工中可以不撤換，也更安全。日本隧道界將以鋼構(gòu)件作為 支撐的礦山法稱為“背板法”。
鋼木構(gòu)件支撐類似于地上的“荷載-結(jié)構(gòu)”力學(xué)體系。它作為一種維持坑道穩(wěn)定的措施，是很直觀和奏效的，也容易被施工人員理解和掌握。因此這種方法常被用于不便采用噴錨支護(hù)的隧道中，或處理塌方等。由于襯砌的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)不一致，以及臨時(shí)支撐存在的一些缺陷等，在一定程度上限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。
二、礦山法概念與原理概述
礦山法的基本理論依據(jù)是，隧道開挖后受爆破影響，造成圍巖體破裂形成松弛狀態(tài)，隨時(shí)都有可能塌落。給予這種松弛荷載來了依據(jù)，其施工方法是采取分割式按分部順序一塊一塊的開挖，并要求邊挖邊撐以策安全，所以支撐復(fù)雜，材料耗用多。由于這種施工方法，因其工作面小，不能使用大型的鑿巖鉆孔設(shè)備和裝卸運(yùn)輸工具，故施工進(jìn)度慢，建設(shè)周期長，機(jī)械化程度低，耗用勞力多，難以適應(yīng)現(xiàn)代公路建設(shè)工期的需要。
礦山法施工的基本原則可以歸納為“少擾動(dòng)、早支撐、慎撤換、快襯砌”。
“少擾動(dòng)”是指開挖后及時(shí)施作臨時(shí)構(gòu)件支撐，使圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間，這與新奧法施工的要求是一致的。采用鋼支撐，可以增大一次開挖斷面跨度，減少分部次數(shù)，從而減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)。
“早支撐”是指開挖后及時(shí)施作臨時(shí)構(gòu)件支撐，使圍巖不致因變形松弛過度而產(chǎn)生坍塌失穩(wěn)，并承受圍巖松弛變形產(chǎn)生的壓力，即早期松弛荷載。定期檢查支撐的工作狀況，若發(fā)現(xiàn)變形嚴(yán)重或出現(xiàn)損壞征兆，應(yīng)及時(shí)增設(shè)支撐予以加強(qiáng)。作用在臨時(shí)支撐上的早期松弛荷載大小可比照設(shè)計(jì)永久襯砌的計(jì)算圍巖壓力大小來確定。臨時(shí)支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦采用類似于永久襯砌的設(shè)計(jì)方法，即結(jié)構(gòu)力學(xué)方法。
“慎撤換”是指拆除臨時(shí)支撐，以永久性模筑混凝土取代，襯砌時(shí)要慎重，即要防止撤換過程中圍巖坍塌失穩(wěn)。每次撤換的范圍、順序和時(shí)間要視圍巖穩(wěn)定性及支撐的受力狀況而定。
若預(yù)計(jì)到不能拆除，則應(yīng)在確定開挖斷面大小及選擇支撐材料時(shí)就予以研究解決。使用鋼支撐作為臨時(shí)支撐，則可以避免拆除支撐的麻煩和危險(xiǎn)。
“快襯砌”是指拆除臨時(shí)支撐后要及時(shí)修筑永久性混凝土襯砌，并使之盡早承載參與工作。若采用的是鋼支撐又不比拆除，或無臨時(shí)支撐時(shí)，亦應(yīng)盡早施作永久性混凝土襯砌。
三、開挖方法
礦山法的開挖方法比較多，公路隧道常用上下導(dǎo)洞開挖法和下導(dǎo)洞開挖法兩種。它具有施工安全，機(jī)具設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)，但施工干擾大，通風(fēng)、排水、運(yùn)輸條件差。
1、上下導(dǎo)洞開挖法：將設(shè)計(jì)開挖斷面劃分為6個(gè)部位，按編碼由小到大順序進(jìn)行開挖，它適用于各類圍巖的隧道，現(xiàn)按順序說明如下：
（1）首先開挖下導(dǎo)洞，并從工作面鋪設(shè)輕便軌道至棄渣處，配以斗車，以人力推運(yùn)出渣，或用手推車運(yùn)輸出渣。輕便軌道則隨洞身的延伸陸續(xù)向前排接長。
（2）當(dāng)下導(dǎo)洞開挖到一定的深度之后，即開始進(jìn)行上導(dǎo)洞的開挖工作。在上導(dǎo)洞開挖到適當(dāng)?shù)纳疃戎螅瑒t在上下導(dǎo)洞之間挖一個(gè)80cmX80cm的方形漏渣孔，以便出渣，將上導(dǎo)洞開挖出來的石渣通過漏渣孔落入下導(dǎo)洞內(nèi)所敷設(shè)的輕便軌道上的斗車內(nèi)，運(yùn)棄于洞外。
（3）當(dāng)上下導(dǎo)洞都開挖到適當(dāng)?shù)纳疃戎螅烷_始將拱部擴(kuò)大部分挖除，其開挖長度宜控制在20～30m之內(nèi)，經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，即可開始拱部襯砌。
（4）在鋼板襯砌到一定長度之后，才能分段（2～4m）間錯(cuò)將中槽和馬口兩部分挖掉，隨之將邊墻襯砌好，常稱為先拱后墻法。
礦山法人為圍巖體呈松弛狀態(tài)，要求當(dāng)上述每一部位在爆破并進(jìn)行排煙、找頂工序作業(yè)之后，應(yīng)立即做好以木料為主的各部位的臨時(shí)支撐工作，以免發(fā)生巖石塌落。
2、下導(dǎo)洞擴(kuò)大開挖法：將設(shè)計(jì)橫斷面劃分為三個(gè)部位，它適用于圍巖條件較好的隧道。顯然各個(gè)部位的開挖面積比上導(dǎo)洞開挖法要大，因此開挖的效率要高，但它的基本要求和施工程序，與上下導(dǎo)洞開挖法相似，在此不再贅述。
四、臨時(shí)支撐的架設(shè)和加強(qiáng)
開挖輪廓要盡量平順，開挖后要及時(shí)架設(shè)支撐。架設(shè)支撐前應(yīng)清除周邊危石，防止落石傷人，稱為找頂。
每榀支撐應(yīng)按要求的中線、高程和斷面尺寸架設(shè)在隧道橫斷面內(nèi)。支撐構(gòu)件的接頭應(yīng)連接牢固，計(jì)較鋪墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固。各榀支撐之間應(yīng)加設(shè)足夠的聯(lián)系，使其構(gòu)成整體。支撐與圍巖之間的楔塊應(yīng)打設(shè)緊密，并應(yīng)對(duì)稱打設(shè)。
對(duì)所架設(shè)支撐應(yīng)經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)支撐變形嚴(yán)重、傾斜、沉降，及楔塊松脫時(shí)，必須立即予以加強(qiáng)或頂替。支撐的頂替應(yīng)先頂后拆，以免引起圍巖的進(jìn)一步松弛甚至坍塌。
五、整體式襯砌的施工及回填壓漿
按松弛荷載理論設(shè)計(jì)的隧道永久性模筑混凝土襯砌，其厚度較厚，剛度較大，故相對(duì)于復(fù)合式襯砌稱為整體式襯砌。整體式襯砌的施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。
1、模筑混凝土襯砌時(shí)，需慎重進(jìn)行臨時(shí)支撐的拆除，以免圍巖坍塌失穩(wěn)。每次拆除的范圍、順序和時(shí)間要視圍巖穩(wěn)定性及支撐的受力狀況而定。若不必拆除或不能拆除臨時(shí)支撐，則可將其留在襯砌背后或澆筑在混凝土中。但原則上只允許鋼構(gòu)件留在混凝土中。
2、整體式襯砌的設(shè)計(jì)中一般并未計(jì)入鋼支撐的承載作用。事實(shí)上，當(dāng)鋼支撐不必拆除或不能拆除時(shí)，其支撐作用是存在的。這種不計(jì)入就造成一定的浪費(fèi)，因此有人提出：在整體式襯砌設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)入鋼支撐的永久承載作用，并相應(yīng)地適當(dāng)減薄襯砌厚度。
3、采用先拱后墻法施工時(shí)，應(yīng)注意處理好墻頂和拱腳連接處的封口，以保證其整體剛度不嚴(yán)重降低。馬口開挖應(yīng)遵循馬口開挖原則進(jìn)行。
4、礦山法施工，其襯砌背后空隙較多，尤其是拱部有較多背板未拆除時(shí)，對(duì)于襯砌的受力狀態(tài)是不利的。因此，應(yīng)在襯砌混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行壓漿處理。漿液材料多采用單液水泥漿。鉆壓漿孔時(shí)應(yīng)注意避開未被拆除的鋼支撐。
5、整體式襯砌混凝土的拆模時(shí)間，應(yīng)根據(jù)襯砌的受力條件、自重大小以及混凝土的強(qiáng)度增長情況由現(xiàn)場試驗(yàn)確定，以保證不會(huì)因拆模而導(dǎo)致襯砌變形開裂，一般應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)規(guī)定的要求。
六、結(jié)束語
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的告訴發(fā)展和公路工程領(lǐng)域新技術(shù)的涌現(xiàn)，礦山法施工技術(shù)作為一項(xiàng)較傳統(tǒng)且較陳舊的施工辦法，因其施工進(jìn)度慢、支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無法使用大型鑿巖設(shè)備等弊端已逐漸被更高效、更穩(wěn)定、更安全的新的施工技術(shù)所替代。