第3章 水平岩石巷(隧)道施工(矿山法)1.ppt

第3章水平岩石巷（隧）道施工（矿山法）,图1隧道断面形状图,,图2巷道断面形状图,3.1基本施工方案,3.1.1全断面一次开挖法3.1.2分断面两次开挖法3.1.3台阶工作面法3.1.4导坑施工法,,分部开挖法,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,是按整个设计掘进断面一次向前挖掘推进的施工方法。采用爆破法时，是在工作面的全部垂直面上打眼，然后同时爆破，使整个工作面推进一个进尺。,采用全断面一次开挖成形的施工方法。,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,从各种地下工程采用钻爆法的发展趋势看，全断面施工将是优先被考虑的施工方法。采用这种方法施工时，可用钻孔台车钻孔，一次爆破成洞，通风排烟后，用大型装岩机及配套的运载车辆将矸石运出。矿山巷道断面较小，一般先登矸进行拱部锚喷支护，矸石出完后再进行墙部支护。隧道断面大，通常需进行两次支护，初次支护用钢拱架及锚喷，故多先墙后拱进行支护，二次支护一般配备有活动模板及衬砌台车灌筑且在后期进行。当采用锚喷支护时，一般由台车同时钻出锚杆孔。,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,施工顺序（1）用钻孔台车钻眼，然后装药、连接导火线；（2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；（3）排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；（4）用装渣机将石渣装入矿车，运出洞外；（5）安设边墙锚杆和喷射混凝土；（6）必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；（7）开始下一轮循环；（8）在初次支护变形稳定后或按施工组织中规定日期，灌注内层衬砌。,优点①可最大限度地利用洞内作业空间，工作面宽敞，能使用大型高效设备，加快施工进度；②断面一次挖成，施工组织与管理比较简单；③能较好地发挥深孔爆破的优越性；④通风、运输、排水等辅助工作及各种管线铺设工作均较便利。,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,缺点①大断面隧道施工时要使用笨重而昂贵的钻架；②一次投资大；③由于使用了大型机具，需要有相应的施工便道、组装场地、检修设备以及能源等；④隧道较长、地质情况多变必须改换其它施工方法时需要较多时间；多台钻机同时工作时的噪音极大。,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,主要应用领域该法主要用于围岩稳定、坚硬、完整、开挖后不需临时支护的Ⅰ～Ⅱ类围岩的石质巷（隧）道以及高度不超过5m、断面不超过30m2的中小型断面巷道。但近几年来，随着大型施工设备的不断出现、施工机械化程度和施工技术的不断提高，全断面一次施工的隧道越来越多。可采用有轨运输、无轨运输和混合运输。,3.1.1全断面一次开挖法fullfaceexcavation,3.1.2分断面两次开挖法,该法是将断面分成两部分，在全长范围内或一个较长的区段内先开挖好一个部分，再开挖另一个部分。,分断面两次开挖法,3.1.2分断面两次开挖法,适用条件它适合于稳定岩层中断面较大、长度较短或者要求快速施工以便为另一隧道探清地质情况的隧道施工。根据各分层施工顺序不同上半断面先行施工法下半断面先行施工法先导洞后全断面扩挖法,分断面两次开挖法,该法是先将隧道上半断面在全长范围内开挖完毕，然后再开挖下半断面。上下断面面积的比值取决于所采用的开挖设备和岩石的稳定性。隧道上部的开挖与全断面一次开挖完全相同。下分层可采取垂直、倾斜或者水平的炮眼进行爆破开挖，钻孔和装岩可同时进行。,3.1.2.1上断面先行施工法,3.1.2分断面两次开挖法,3.1.2.1上断面先行施工法,3.1.2分断面两次开挖法,①与全断面一次开挖相比，开挖面高度不大；②混凝土衬砌不需要笨重的模板，可降低造价；③不需笨重的钻架；④遇松软地层时可迅速地改变为其它开挖方法；⑤下分层开挖时运岩和钻孔可平行作业，进度快；⑥下分层爆破有两个临空面，效率高、成本低。,优点,3.1.2.1上断面先行施工法,3.1.2分断面两次开挖法,①上下分层施工循环各自独立，与全断面一次开挖相比，工期增长；②必需在两个平面上铺设道路和管道。,缺点,该法是先将隧道的下半断面在全长范围内开挖完，然后再开挖上半断面。下半断面采用全断面开挖并进行衬砌。上部断面可以站在岩堆上钻孔（水平孔）或从隧道地板向上钻垂直孔。在不采用对头施工的隧道中，下部掘通后，上部可从两个洞口组织钻孔和装岩作业。,3.1.2.2下断面先行施工法,不需要钻架，上部施工有两个临空面，钻爆成本低；开挖上部时钻孔和装岩可平行作业；涌水大时可有效地排水。,3.1.2.2下断面先行施工法,优点,3.1.2.2下断面先行施工法,上下分层需要有两个单独的掘进循环，总工期时间长；在岩堆上钻孔不方便也不安全。只在一定地质条件下及没有钻架或使用钻架不经济时使用。,缺点,该法先沿隧道的中线、按全长开挖导洞，然后再扩挖至设计断面的施工方法。导洞的位置，可根据具体条件位于隧道底板或顶板或中部（拱基线水平）。导洞可用掘进机或钻爆法挖掘。,3.1.2.3先导洞后全断面扩挖法,优点（1）可对隧道范围内的地质进行连续的地质调查，能进行涌水和瓦斯的预防及连续排放，能在扩挖之前预先加固岩体；（2）能使岩体中的高应力预先释放；（3）有利于扩挖期间的通风；（4）便于增加一些中间入口，多头同时扩挖，缩短整个隧道的开挖时间。,3.1.2.3先导洞后全断面扩挖法,南昆铁路米花岭隧道先导坑后全断面扩挖设备布置1门架式凿岩台车；2挖装机；3梭式矿车；4蓄电池电机车,3.1.3台阶工作面法,该法是将巷（隧）道断面分成若干（一般为2～3）个分层，各分层在一定距离内呈台阶状同时推进。,特点缩小了断面高度，不需笨重的钻孔设备；后一台阶施工时有两个临空面，使爆破效率更高。,3.1.3台阶工作面法,分类按上下台阶的长度，台阶工作面法分为长台阶（一般为5倍于巷道宽度以上）短台阶（小于2倍的巷道宽度）；按台阶布置方式的不同，可分为正（下）台阶反（上）台阶,,正台阶施工法（下行分层施工法）,3.1.3.1正台阶法benchcut先开挖上半断面，待开挖至一定距离后再同时开挖下半断面的施工方法。根据上半断面超前距离的不同，可分为长台阶法、短台阶法及微台阶法。,第一，要根据具体条件合理确定上、下分层的错距。距离过大，上分层出岩困难；过小，上分层钻眼不便。第二，在装岩、钻孔机械能力足够时，应尽量减少分层数。第三，要根据围岩稳定情况及永久衬砌的形式合理确定掘砌之间的协调关系。,施工要点,该法工序少，干扰小，上部钻孔可与装岩同时作业，不需支撑和棚架，节省大量木材，必要时可以喷射混凝土或砂浆作为临时支护。采用锚喷作永久支护时更为适宜。该法不仅适用于围岩稳定性较好、开挖后不需或局部仅需临时支护的隧道，在土层隧道中也同样可用。,特点,3.1.3.2反台阶施工法（上行分层施工法）,首先挖掘最下部分层，然后逐一向上挖掘其余各分层。,该法能使施工工序减少，干扰小，下部断面可一次挖至设计宽度，空间大，便于出岩运输和布置管线，能节省大量材料。上部台阶施工需架设棚架，断面较小、仅一道台阶时也可利用爆破后岩堆进行拱部的锚喷支护。,特点,本法较适合于围岩稳定、不需临时支护、无大型装岩设备的情况。由于安全性比较差，后面台阶施工对前面施工会有影响，故应用不多。,适用条件,3.1.4导坑施工法,导坑法（矿山称导硐法）即先以一个或多个小断面导坑超前一定距离开挖，随后逐步扩大开挖至设计断面，并相机进行砌筑的方法。这种方法主要用于地质条件复杂或断面特大的硐室或隧道工程。,3.1.4导坑施工法,导坑施工法,中央下导坑施工法,中央上导坑施工法,上下导坑施工法,侧壁导坑施工法,,中央下导坑先墙后拱法,中央下导坑先拱后墙法,,单侧壁导坑法中隔壁墙法、CD、CRD法,双侧壁导坑法眼镜、双眼镜法,双侧壁导坑先墙后拱法,分类,,,,,3.1.4.1中央下导坑先墙后拱（漏斗棚架）法,施工顺序是先挑顶后开帮，在开帮的同时完成砌墙工作。根据围岩条件、断面大小可采用六部开挖法或三部开挖法。,该法除下导坑和左右两帮（①和⑥部）外，其余各部位的石渣均可经由漏斗漏到棚下的斗车内，再运出洞外。围岩条件允许时，可将①部与②部合并、③部与④部合并、⑤部与⑥部合并，即成为三部开挖法，使工序大为简化。,3.1.4.1中央下导坑先墙后拱（漏斗棚架）法,将断面分成若干部分进行开挖，可容纳较多人员同时施工；除下导坑外，均有较多的爆破临空面，爆破效果好；可利用棚架及岩堆完成整个断面的钻眼爆破作业；棚架上石渣由漏斗口漏入车内，省力、速度快。衬砌是先墙后拱连续施工，整体性好。但该法由于需要几十米长的棚架，需用大量木材、钢轨，棚架也易因爆破而损坏。工作面拉开距离长，虽对配备劳动力有利，但围岩暴露时间长，对施工安全不利。,施工特点,3.1.4.1中央下导坑先墙后拱（漏斗棚架）法,3.1.4.1中央下导坑先拱后墙法,该法施工效率高，速度快。施工安全好，地层变化时，改换其它方法比较容易。但消耗木材和钢材较多，爆破易损坏棚架，衬砌整体性差。在条件允许时，也可将①、②部合并，③、④部合并，与⑥部形成三部开挖法，以使工序简化。,3.1.4.2中央上导坑施工法,该法适用于需随挖随砌的围岩稳定性较差的石质或土质隧道。,适用条件,3.1.4.2中央上导坑施工法,导坑①超前开挖并架临时支撑，随后落底②，更换导坑支撑。最后依次扩大两侧③，并立即进行砌筑。松软、含水、易坍的土层，应将导坑再分成几个小断面进行挖掘，先挖顶部后挖两帮并进行临时支撑，最后挖掉中间部分。土质隧道中，中间部分⑤可分三层进行。为防止拱脚内移，可在拱脚处架设横撑梁；为防止两侧内移，在断面⑤的中上部也应设横撑。两侧墙⑥、⑧交替开挖，每侧开挖完成后立即砌墙。,施工顺序,3.1.4.2中央上导坑施工法,拱圈衬砌及时，围岩暴露时间短，在软岩及土质隧道中可防止拱圈失稳与开裂。施工干扰大，进度慢。衬砌整体性差，故较适合于围岩稳定性差及长度较短（300m以内）的隧道。,特点,3.1.4.2中央上导坑施工法,3.1.4.3上下导坑施工法,考虑到永久支撑前顶板的沉降，上导坑的顶板标高需高出设计轮廓线一定距离，软石隧道为20～40cm，土质隧道为30～60cm。上下导坑之间以漏斗孔联通，以利上部导坑出岩、进料和通风。漏斗孔尺寸一般为0.70.7m，从下导坑向上爆破挖掘。,3.1.4.3上下导坑施工法,注意事项,下部各工序均在拱圈保护下进行，施工安全；有两个导坑，通风、排水、运输、管线布置等条件较好；能拉开工作面，便于使用小型工具。适用范围广，遇到地质情况变化，变换施工方法较易。,3.1.4.3上下导坑施工法,优点,不足,衬砌整体性差，工序多，干扰大，施工管理不便，上导坑人工扒岩劳动强度大。,3.1.4.41单侧壁导坑法,,,,该法适用于Ⅳ～Ⅴ级围岩的浅埋双线隧道。其特点是施工安全度较高，控制地层变形较好，但施工进度较全断面法和台阶法慢，造价略高。,中隔墙法-CD工法。施工时首先开挖导坑1，并进行钢拱架支撑和锚喷支护，同时设置中隔墙临时支撑。待导坑向前掘进一定距离后，再在后面进行基本断面2和3部分的开挖，并进行初次支护。2、3部分采用正台阶式开挖，掘至导坑位置后，停止掘进，拆除中隔墙支撑，施工仰拱。最后浇注全周圈的二次衬砌。如果围岩条件许可，2、3部分也可不设台阶，一步开挖；如果围岩较差，断面很大，还可设更多的台阶。同理，如果围岩不好，导坑1也可分成台阶开挖。,单侧壁导坑法（中隔墙法、CD法）,3.1.4.4单侧壁导坑法-中隔墙法（CD法）,,对于隧道宽度较大的多线公路隧道，如果围岩很不稳定，侧向变形大，仅竖向设置中隔墙难以保证隧道的稳定性时，就需采用交叉中隔墙施工法（又称CRD工法），即在水平方向再设置1～2层横向支撑。,,,3.1.4.4单侧壁导坑法-交叉中隔墙法（CRD法,中隔壁法（CD法）centerdiagram在软弱围岩大隧道中，先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁墙，然后再分部开挖隧道的另一侧的施工方法。交叉中隔壁法（CRD法）centercrossdiagram在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁墙，再开挖隧道另一侧的一或二部分，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁墙，最后开挖剩余部分的施工方法。,3.1.4.4---2双侧壁导坑法（眼镜法）,与单侧导坑法类似，双侧导坑施工时，如果侧向变形大，也可在导坑的中部设置横撑，形成双眼镜。,双侧壁导坑法适用于浅埋大跨度隧道，地表下沉量要求严格，围岩条件特别差时采用。根据围岩情况，两侧导坑可同时施工，也可先后施工。两侧导坑都分上下两层呈台阶式开挖，中间部分根据断面大小可分2～3层、呈台阶式开挖。两侧导坑挖掘时，每一部分挖掘完后都要及时进行围岩初次支护，并设置临时壁墙支撑。临时支撑在砌筑仰拱时拆除。,,横撑,,,,无横撑设横撑,1,2,1,2,3,4,5,,,,1,2,3,4,5,6,,双侧壁导坑法（眼镜法）,3.1.4.4---2双侧壁导坑法（眼镜法）,3.1.4.4---2双侧壁导坑法（眼镜法）,侧壁导坑开挖,侧壁导坑挂网喷浆,中部开挖,中部开挖,中部开挖完成,中部施工超前导管,3.1.4.4---3双侧壁导坑先墙后拱法,该法适用于土质隧道，先沿隧道下部两侧周边开挖导坑①，挖后即浇注边墙下部，达到强度要求后再开挖上面第二层导坑③，并砌筑边墙上部Ⅳ。两侧边墙砌好后，再开挖上导坑⑤，并经由上导坑进行拱部扩大⑥、⑦和衬砌拱圈Ⅷ。拱圈砌筑完后，挖除核心部分⑨；最后挖底⑩并浇筑仰拱。,3.1.4.4---3双侧壁导坑先墙后拱法,,该法的特点是断面分块小，自下而上随挖随砌。因此，暴露时间短，对围岩的破坏扰动小，安全可靠。但是工序多，进度慢，导坑多，造价高，通风排水困难。,3.1.4.4---3双侧壁导坑先墙后拱法,,