1　巖石平洞鉆爆法施工

本章導(dǎo)讀：

對于呈水平布置、斷面相對較小、長度較大的洞道式地下工程，不同行業(yè)或部門有不同的稱謂，例如，公路與鐵路交通行業(yè)稱其為隧道，礦山行業(yè)稱其為平巷（巷道）或平硐，水利水電行業(yè)稱其為隧洞，軍事部門稱其為坑道、通道等。為方便敘述，不失其通用性，本章將其統(tǒng)稱為平洞。巖石平洞是最為常見的地下工程，其掘進(jìn)施工方法大多為鉆眼爆破法。鉆眼爆破是地下工程開挖最基本也是應(yīng)用最多的技術(shù)，要求學(xué)生固掌握。

●主要教學(xué)內(nèi)容：以鉆眼爆破法為主的開挖施工工藝與技術(shù)，包括開挖的基本方案、鉆眼設(shè)備、炮眼的布置、爆破參數(shù)的選擇、巖石裝運設(shè)備以及不良地層的施工方法特點與要求。

●教學(xué)基本要求：掌握地下工程的基本開挖方案；了解常用的鉆眼設(shè)備類型，能較為合理地選擇鉆眼機(jī)具；掌握開挖面炮眼的布置方法，能夠編制出較為合理的爆破圖表；熟悉巖石裝運的設(shè)備和調(diào)車方法。

●教學(xué)重點：平洞開挖的基本方案，爆破參數(shù)的選擇，巖石裝運設(shè)備的選擇。

●教學(xué)難點：爆破參數(shù)的合理選擇及爆破圖表的編制。

●網(wǎng)絡(luò)資訊：網(wǎng)站：www.stec.net，www.cnksjxw.com。關(guān)鍵詞：巖石巷道，平巷，隧道開挖，隧道施工，鉆眼爆破，裝渣機(jī)，裝巖機(jī)，爆破圖表，循環(huán)圖表。

1.1　基本施工方案

1.1.1　全斷面一次開挖法

全斷面一次開挖法是按整個設(shè)計掘進(jìn)斷面一次向前挖掘推進(jìn)的施工方法。在整個工作面上鉆眼，然后同時爆破，使整個工作面推進(jìn)一個進(jìn)尺。

該法的優(yōu)點是可最大限度地利用洞內(nèi)作業(yè)空間，工作面寬敞，能使用大型高效設(shè)備，加快施工進(jìn)度；斷面一次挖成，施工組織與管理比較簡單；能較好地發(fā)揮深孔爆破的優(yōu)越性；通風(fēng)、運輸、排水等輔助工作及各種管線鋪設(shè)工作均較便利，故條件許可時應(yīng)優(yōu)先被考慮。其缺點是施工時要使用笨重而昂貴的鉆架，一次投資大；多臺鉆機(jī)同時工作時的噪聲極大。

該法可用鉆孔臺車鉆孔，一次爆破成洞，用大型裝巖機(jī)及配套的運載車輛將渣石運出（圖1.1）。掘進(jìn)斷面較小時，一般先登渣進(jìn)行拱部錨噴支護(hù)，渣石出完后再進(jìn)行墻部支護(hù)。斷面較大時，通常需先進(jìn)行初次支護(hù)（用鋼拱架及錨噴），再進(jìn)行二次混凝土支護(hù)。

一般認(rèn)為，該法主要用于圍巖穩(wěn)定、堅硬、完整、開挖后不需臨時支護(hù)的Ⅰ～Ⅱ類圍巖的石質(zhì)工程以及高度不超過5 m、斷面不超過30 m2的中小型斷面平洞。但隨著大型施工設(shè)備的不斷出現(xiàn)、施工機(jī)械化程度和施工技術(shù)的不斷提高，全斷面一次施工法用得越來越多，即使地質(zhì)條件比較差時，由于新奧法、錨桿噴射混凝土、注漿加固、管棚支護(hù)及防排水等新技術(shù)的應(yīng)用，也能夠采用。日本施工的五里峰隧道，開挖斷面70 m2，采用了3 m3大型電鏟、6臂龍門式鑿巖臺車及25 t自卸汽車等大型設(shè)備，采用此法實現(xiàn)了快速施工。

圖1.1　全斷面一次開挖法

1.1.2　分?jǐn)嗝鎯纱伍_挖法

該法是將整個平洞斷面分成兩部分，在全長范圍內(nèi)先開挖好一個部分，再開挖另一部分。它適合于穩(wěn)定巖層中斷面較大、長度較短（數(shù)百米）或者要求快速施工以便為另一平洞探清地質(zhì)情況的平洞施工。

1）上半斷面先行施工法

該法是先將平洞上半斷面在全長范圍內(nèi)開挖完畢，然后再開挖下半斷面。上下斷面面積的比值取決于所采用的開挖設(shè)備和巖石的穩(wěn)定性。開挖上半斷面時，先進(jìn)行頂部支護(hù)。下分層可采取垂直、傾斜或者水平的炮眼進(jìn)行爆破開挖，鉆孔和裝渣可同時進(jìn)行；開挖的同時進(jìn)行兩側(cè)墻部支護(hù)。

該法與全斷面一次開挖相比，開挖面高度不大；混凝土襯砌不需要笨重的模板，可降低造價；不需笨重的鉆架；下分層開挖時運渣和鉆孔可平行作業(yè)，進(jìn)度快；下分層爆破有兩個臨空面，效率高、成本低。但由于上下分層施工循環(huán)各自獨立，與全斷面一次開挖相比，工期增長；必須在兩個平面上鋪設(shè)道路和管道。此法在長度較短的公路山嶺隧道中應(yīng)用較多。

2）下半斷面先行施工法

該法是先將平洞的下半斷面在全長范圍內(nèi)開挖完，然后再開挖上半斷面。下半斷面全寬開挖并進(jìn)行襯砌。上半斷面可站在巖堆上鉆孔或從底板向上鉆垂直孔。該法上部施工有兩個臨空面，鉆爆成本低；開挖上部時鉆孔和裝巖可平行作業(yè)；涌水大時可有效地排水。但在巖堆上鉆孔不方便也不安全；下分層施工時頂部需要支護(hù)，上分層施工時又需將其爆除或拆除，費工費時且不經(jīng)濟(jì)，故使用不多。

3）先導(dǎo)洞后全斷面擴(kuò)挖法

該法先沿平洞的中線，按全長開挖導(dǎo)洞，然后再擴(kuò)挖至設(shè)計斷面的施工方法。導(dǎo)洞的位置，可根據(jù)具體條件位于平洞的底板、頂板或中部（拱基線水平）。導(dǎo)洞可用掘進(jìn)機(jī)或鉆爆法挖掘。

該法可對洞內(nèi)地質(zhì)進(jìn)行連續(xù)的調(diào)查，能進(jìn)行涌水和瓦斯的預(yù)防及連續(xù)排放，能在擴(kuò)挖之前預(yù)先加固巖體，能使巖體中的高應(yīng)力預(yù)先釋放，有利于擴(kuò)挖期間的通風(fēng)，便于增加一些中間入口實施多頭同時擴(kuò)挖，縮短整個平洞的開挖時間。

擴(kuò)挖時，由于導(dǎo)洞提供了第二個臨空面，可使用深孔爆破，提高爆破效果，被認(rèn)為是一種能提高掘進(jìn)速度的好方法。如秦嶺鐵路Ⅱ線隧道，為了對Ⅰ線隧道進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報及為全斷面掘進(jìn)機(jī)提供通風(fēng)、排水、運輸?shù)容o助條件，在隧道的中線沿底板先掘一導(dǎo)洞，設(shè)計掘進(jìn)斷面26 m2（寬4.8 m、高5.9 m），直墻半圓拱形，采用鉆爆法施工。待Ⅰ線隧道完工后再進(jìn)行擴(kuò)挖。南昆鐵路米花嶺隧道是利用平導(dǎo)通過數(shù)個橫通道與正洞相連后，不擴(kuò)大工作面而進(jìn)行下導(dǎo)洞快速開挖，然后進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖，設(shè)備布置如圖1.2所示。

圖1.2　米花嶺隧道先導(dǎo)坑后全斷面擴(kuò)挖設(shè)備布置
1—TH568-5型門架式四臂鑿巖臺車；2—KL-20E8型；3—14 m3梭式礦車；4—蓄電池電機(jī)車

用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)導(dǎo)洞是意大利廣為采用的方法，故稱“意大利施工法”。即先用小直徑（3.5～5 m）全斷面掘進(jìn)機(jī)沿隧道中線掘一貫通導(dǎo)洞，然后用鉆眼爆破法擴(kuò)挖。

1.1.3　臺階工作面法

該法是將平洞斷面分成2或3個分層，各分層在一定距離內(nèi)呈臺階狀推進(jìn)。這種方法的特點是縮小了斷面高度，不需笨重的鉆孔設(shè)備；后一臺階施工時有兩個臨空面，爆破效率高。按臺階長度不同，可分為長臺階（一般為5倍于洞寬以上）和短臺階（小于2倍洞寬）；按臺階布置方式不同，可分為正臺階和反臺階兩種方法。

1）正臺階法

該法為上部分層超前施工，故又稱下行分層施工法。施工時首先掘上部弧形斷面（高度一般為2～2.5 m），然后逐一挖掘下面各部分。圖1.3為3個分層的情況，其施工順序（圖中開挖用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，襯砌或其他支護(hù)結(jié)構(gòu)用羅馬數(shù)字表示，二者續(xù)編，本節(jié)以下各圖同）是：先開挖①部，其次開挖②部，最后再挖出③部。等斷面全部挖出后，便澆筑邊墻Ⅳ及拱圈Ⅴ。

圖1.3　正臺階施工法

采用正臺階施工法要注意以下幾點：

第一，要根據(jù)具體條件合理確定上、下分層的錯距。距離過大，上分層出巖困難；過小，上分層鉆眼不便。分層數(shù)目少、分層斷面大、使用較大型的施工機(jī)械時，錯距可適當(dāng)加大。

第二，裝巖、鉆孔機(jī)械能力足夠時，應(yīng)盡量減少分層數(shù)。臺階較短（3～5 m）時可采用上下分層同時鉆眼、一次爆破的開挖法。

該法工序少，干擾小，上部鉆孔可與下部裝巖同時作業(yè)，不需支撐和棚架，可節(jié)省大量木材，必要時可以噴射混凝土或砂漿作為臨時支護(hù)，故實踐中采用較多。

該法不僅適用于圍巖穩(wěn)定性較好、開挖后不需或局部僅需臨時支護(hù)的隧道，在土層隧道中也同樣可用。如南京地鐵1號線某區(qū)間隧道為土質(zhì)隧道，采用單臺階開挖（圖1.4）。上下臺階

圖1.4　土質(zhì)隧道長臺階工作面施工方法

工作面相距30～50m。上臺階挖掘時，進(jìn)行拱部的鋼拱架和錨噴支護(hù)；下臺階掘進(jìn)時，進(jìn)行墻部及底部的鋼拱架施工，并與拱部的鋼拱架接好，同時進(jìn)行錨噴支護(hù)。下臺階掘進(jìn)時，每隔1～2 m在位于上臺階底板水平安裝一道橫梁，橫梁上面鋪設(shè)復(fù)合壓縮板，作為上臺階的出土運輸平臺。

如果頂部圍巖不好時，上臺階施工應(yīng)采用環(huán)挖預(yù)留核心土法，即先進(jìn)行頂部環(huán)形開挖，并進(jìn)行初次支護(hù)，再挖去中心土，施工順序如圖1.5所示。

圖1.5　上部臺階環(huán)挖法

2）反臺階法

反臺階法又稱為上行分層施工法。即先挖掘最下部分層，再逐一向上挖掘其余各分層。該法能使施工工序減少，干擾小，下部斷面可一次挖至設(shè)計寬度，空間大，便于出巖運輸和布置管線。較適合于圍巖穩(wěn)定、不需臨時支護(hù)、無大型裝巖設(shè)備的情況。由于安全性比較差，后面臺階施工對前面施工有影響，故應(yīng)用很少。

1.1.4　導(dǎo)洞施工法

導(dǎo)洞法即先以一個或多個小斷面導(dǎo)洞超前一定距離開挖，隨后逐步擴(kuò)大開挖至設(shè)計斷面，并相機(jī)進(jìn)行砌筑的方法。該方法主要用于地質(zhì)條件復(fù)雜或斷面特大的地下硐室或隧道工程。

1）中央下導(dǎo)洞施工法

導(dǎo)洞位于斷面中部并沿底板掘進(jìn)。導(dǎo)洞掘至預(yù)定位置后，再開幫挑頂，完成永久支護(hù)。

（1）中央下導(dǎo)洞先墻后拱法

該法的施工順序是下導(dǎo)洞掘進(jìn)后，先挑頂后開幫，在開幫的同時完成砌墻工作。根據(jù)圍巖條件、斷面大小可采用六部開挖法或三部開挖法。六部開挖法如圖1.6所示，施工工藝為：先開挖下導(dǎo)坑①部，考慮到爆破作業(yè)安全、存放渣車及探明地質(zhì)，下導(dǎo)坑宜超前一定距離。隨后架設(shè)漏斗棚架，向上開挖②（稱為拉槽）和③部（挑頂）。挑頂時要挖至拱部設(shè)計輪廓線，并考慮一定的預(yù)留沉降量。③部開挖完后立即進(jìn)行刷幫，開挖④、⑤、⑥部。最后按先墻后拱的順序襯砌澆筑。

圖1.6　下導(dǎo)洞漏斗棚架法

該法除下導(dǎo)坑和左右兩幫（①部和⑥部）外，其余各部位的石渣均可經(jīng)由漏斗漏到棚下的斗車內(nèi)，再運出洞外。圍巖條件允許時，可將①部與②部合并、③部與④部合并、⑤部與⑥部合并，即成為三部開挖法，使工序大為簡化。

該法特點是：將斷面分成若干部分進(jìn)行開挖，可容納較多人員同時施工；除下導(dǎo)洞外，均有較多的爆破臨空面，爆破效果好；可利用棚架及巖堆完成整個斷面的鉆眼爆破作業(yè)；棚架上石渣由漏斗口漏入車內(nèi)，省力、速度快；襯砌是先墻后拱連續(xù)施工，整體性好。

但由于需要幾十米長的棚架，需用大量木材、鋼軌，棚架也易因爆破而損壞。

（2）中央下導(dǎo)洞先拱后墻法

該法的施工程序如圖1.7所示。以下導(dǎo)洞①領(lǐng)先，②部開挖的斷面一般高2.0 m、寬2.0 m左右。開挖時要多布孔，少裝藥，尤其應(yīng)控制離排架較近炮眼的裝藥量。④部擴(kuò)大開挖距③部一般20 m左右，不宜太長，開挖的渣石不立即拉走，用其填平②部拉槽，作為襯砌工作平臺。③、④部開挖后可立即用錨桿進(jìn)行支護(hù)。擴(kuò)大開挖完后，應(yīng)立即灌注拱部混凝土。最后拆除棚架，開挖⑥部，并立即進(jìn)行砌墻。

圖1.7　下導(dǎo)洞先拱后墻法

該法施工效率高、速度快、施工安全好，地層變化時改換其他方法比較容易。但消耗木材和鋼材較多，爆破易損壞棚架，襯砌整體性差。在條件允許時，也可將①、②部合并，③、④部合并，與⑥部形成三部開挖法，以使工序簡化。

2）中央上導(dǎo)洞施工法

該法適用于需隨挖隨砌的圍巖穩(wěn)定性較差的石質(zhì)或土質(zhì)隧道，施工程序如圖1.8所示。導(dǎo)坑①超前開挖并架臨時支撐，隨后落底②，更換導(dǎo)坑支撐。最后依次擴(kuò)大兩側(cè)③，并立即進(jìn)行砌筑。松軟、含水、易坍的土層，應(yīng)將導(dǎo)坑再分成幾個小斷面進(jìn)行挖掘，先挖頂部后挖兩幫并進(jìn)行

圖1.8　中央上導(dǎo)洞施工法

臨時支撐，最后挖掉中間部分。土質(zhì)隧道中，中間部分⑤可分三層進(jìn)行。為防止拱腳內(nèi)移，可在拱腳處架設(shè)橫撐梁；為防止兩側(cè)內(nèi)移，在斷面⑤的中上部也應(yīng)設(shè)橫撐。兩側(cè)墻⑥、⑧交替開挖，每側(cè)開挖完成后立即砌墻。

3）側(cè)壁導(dǎo)洞施工法

（1）單側(cè)壁導(dǎo)洞法

圖1.9　單側(cè)壁導(dǎo)洞法

該法是將斷面分成3塊（圖1.9），首先開挖導(dǎo)洞1，并進(jìn)行鋼拱架支撐和錨噴支護(hù)，待導(dǎo)洞向前掘進(jìn)一定距離后，再在后面進(jìn)行斷面2和3部分的開挖，并進(jìn)行初次支護(hù)。2、3部分采用正臺階法開挖，并進(jìn)行側(cè)壁初次支護(hù)。掘至導(dǎo)洞位置后，再逐步拆除支撐，施工仰拱。最后澆筑全周圈的二次襯砌。如果圍巖條件許可，2、3部分也可不設(shè)臺階，一步開挖；如果圍巖較差，斷面很大，還可設(shè)更多的臺階。導(dǎo)洞尺寸依據(jù)施工設(shè)備和施工條件而定，其寬度不超過全洞寬的一半，其高度以到起拱線為宜。

該法適用于斷面跨度較大的松散軟弱地層、頂板難以控制的雙線交通隧道。其特點是施工安全度較高，控制地層變形較好，但施工進(jìn)度較全斷面法和臺階法慢，造價略高。

（2）雙側(cè)壁導(dǎo)洞法（眼鏡法）

該法在淺埋大跨度隧道，地表下沉量要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差，單側(cè)壁法難以控制圍巖變形時采用。該法一般將斷面分成4塊，如圖1.10所示。根據(jù)圍巖情況，兩側(cè)導(dǎo)坑可同時施工，也可順序施工。導(dǎo)洞寬度不宜超過隧道最大寬度的1／3。左右導(dǎo)洞開挖面錯開的距離，應(yīng)根據(jù)開挖一側(cè)導(dǎo)洞所引起的圍巖應(yīng)力重新分布的影響不致波及另一側(cè)已成導(dǎo)洞的原則確定。如果側(cè)向變形大，也可在導(dǎo)洞的中部設(shè)置橫撐，形成雙眼鏡。

圖1.10　雙側(cè)壁導(dǎo)洞法

施工順序：開挖一側(cè)導(dǎo)洞1并及時進(jìn)行初次支護(hù)；相隔一定距離后開挖另一導(dǎo)洞并進(jìn)行初次支護(hù)；開挖中間部分的上半斷面2，進(jìn)行拱部初次支護(hù)；拱腳支承在兩側(cè)導(dǎo)洞的初次支護(hù)上；開挖下部3并進(jìn)行底部初次支護(hù)，使初次支護(hù)全斷面閉合；拆除導(dǎo)洞部分的內(nèi)側(cè)初次支護(hù)，施作二次襯砌。

該法的特點是：雖然開挖斷面分塊多，擾動大，初次支護(hù)全斷面閉合的時間長，但每個分塊在開挖后立即各自閉合，所以在施工中變形很?。ìF(xiàn)場實測表明，地表沉陷僅為短臺階法的一半）；施工速度較慢，成本較高。

【工程實例1.1】　北京地鐵西單車站施工

該工程是在繁華地區(qū)修建的大跨度、超淺埋、特大型地下工程，為三聯(lián)拱雙層島式站臺結(jié)構(gòu)，如圖1.11所示。車站通過的地層十分松散，自穩(wěn)能力極差，埋深最大為6.0 m。車站全長260 m，高13.5 m，開挖寬度26.14 m。設(shè)計要求下沉值不得超過30 mm。

施工方案：在對施工方法進(jìn)行比較后，決定采用如圖1.12所示的眼鏡法。其主要特點是：將車站主體結(jié)構(gòu)分為三個洞，兩側(cè)洞分別采用眼鏡法施工，形成空間，施作完二次襯砌，而后再用正臺階法施作中洞。采取“眼鏡超前，化大為小，先側(cè)后中，連環(huán)封閉”的施工原則，最大限度地控制地表下沉和對周邊環(huán)境及結(jié)構(gòu)物的影響。

圖1.11　車站結(jié)構(gòu)形式

圖1.12　眼鏡法施工圖（數(shù)字為施工順序）

眼鏡法的施工關(guān)鍵是眼鏡（大導(dǎo)坑）的開挖和支護(hù)。由于眼鏡多處于砂層和黏土層中，所以在開挖之前，對導(dǎo)坑周圍移動范圍內(nèi)的地層進(jìn)行了小導(dǎo)管注漿加固，開挖時保留核心土，以提高工作面的穩(wěn)定性。

施工過程：首先進(jìn)行兩側(cè)邊洞①、②的施工，邊洞內(nèi)采用正臺階法開挖，上臺階超前3.5 m，開挖后及時支護(hù)并形成封閉環(huán)，如圖1.13（a）所示。兩側(cè)眼鏡形成封閉環(huán)后，開始開挖上部半斷面。這是整個施工過程中一次性開挖支護(hù)的最大斷面。施工中，在拱部設(shè)置了φ115 mm的大管棚超前支護(hù)，并輔以小導(dǎo)管注漿，同時保留核心土；把上半斷面的拱部格柵與眼鏡格柵牢固連接好。根據(jù)施工步驟，兩側(cè)洞開挖后進(jìn)行二次襯砌和施工站柱[圖1.13（b）]，作好二次襯砌后，再開挖中洞。中洞開挖時，先開挖拱部，預(yù)留核心土，待拱部襯砌好后再挖去核心土，并封閉仰拱，如圖1.13（c）所示。中洞的初期支護(hù)由格柵、鋼筋網(wǎng)和噴混凝土組成，并形成封閉環(huán)形。初次支護(hù)落在兩側(cè)洞的柱梁頂部，并連接牢固。

圖1.13　地鐵車站施工過程

4）中隔壁法

該法主要適用于地層較差和不穩(wěn)定巖體，且地面沉降要求嚴(yán)格的地下工程施工。通常是將整個斷面分為左右兩部分，中間用臨時支撐進(jìn)行支護(hù)，形成中間側(cè)壁，故稱中隔壁法，又稱CD法（Center Diaphragm Method）。中隔壁兩側(cè)分別開挖，中間不設(shè)橫支撐。兩側(cè)斷面都較大時，可將每側(cè)斷面分為2或3個臺階，形成臺階法開挖，如圖1.14（a）所示。

地下工程的設(shè)計斷面寬度較大，圍巖很不穩(wěn)定，側(cè)向變形大，僅豎向設(shè)置中隔墻難以保證圍巖的穩(wěn)定時，就需采用交叉中隔墻施工法，又稱為CRD法（Cross Rib Diaphragm Method），即在水平方向再設(shè)置1～2層橫向支撐（臨時仰拱），如圖1.14（b）、（c）所示。

交叉中隔墻施工法與CD法相比，增加了橫向支撐，所以必須采用臺階式（分層）開挖，開挖的順序如圖中的數(shù)字所示。也可以從上向下分層施工，在同一層中再分左右順序開挖。

CD法和CRD法是大跨度（20 m以內(nèi)）隧道或其他地下工程中應(yīng)用較為普遍的方法。施工中應(yīng)嚴(yán)格遵守正臺階法的施工要點，尤其要考慮時空效應(yīng)，每一步必須快速，及時封閉成環(huán)。

圖1.14　中隔壁法

【工程實例1.2】　北京飯店地下停車庫施工

該車庫設(shè)于北京飯店東、中、西樓前車場下，覆土厚6.2 m，采用暗挖法修建。東西全長271.0 m，南北總寬36.0 m，設(shè)計停車位506個。南側(cè)毗鄰在建的地鐵王府井車站及區(qū)間，北側(cè)緊臨北京飯店大樓，其最近距離不到2.0 m。停車庫結(jié)構(gòu)以上雨水、污水、熱力、電力等地下管線縱橫交錯。車庫主體結(jié)構(gòu)為地下二層，五跨四柱拱形結(jié)構(gòu)，如圖1.15所示。

主體結(jié)構(gòu)斷面采用復(fù)合襯砌連拱結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)為網(wǎng)噴混凝土，厚30 cm；二次襯砌為防水鋼筋混凝土，最小厚度50 cm，底板厚110 cm。立柱采用φ800 mm鋼管混凝土。

圖1.15　主體五跨結(jié)構(gòu)斷面圖

針對本工程多跨連拱結(jié)構(gòu)的特點，施工方案選擇遵循的原則是：穩(wěn)妥可靠、萬無一失；地面沉陷不得大于30 mm，并做到所有地下管線正常使用；保證飯店大樓的沉降及傾斜滿足控制標(biāo)準(zhǔn)，即傾斜率≯29‰；充分利用我國現(xiàn)有的淺埋暗挖成熟技術(shù)；最大限度地減少施工對飯店營業(yè)的干擾。根據(jù)這些原則，經(jīng)多方案比較，決定采用如圖1.16所示的施工方案。

圖1.16　五跨結(jié)構(gòu)施工方案

施工順序：主體五跨結(jié)構(gòu)斷面的施工順序如圖1.17所示（圖中數(shù)字為施工順序）。

第1步：采用CRD法，按1～6順序?qū)ΨQ修建左、右邊孔，包括開挖、支護(hù)。

第2步：邊孔二襯完成后，采用CRD法，按7～12順序修建中孔，包括開挖、支護(hù)等。

第3步：中孔二襯完成后施工兩側(cè)孔，采用上弧導(dǎo)開挖13和14，并及時支護(hù)。

第4步：完成整個結(jié)構(gòu)。

圖1.17　五跨結(jié)構(gòu)施工步驟圖

1.2　鉆眼爆破作業(yè)

鉆眼爆破是開鑿巖石地下工程中最基本的施工作業(yè)方法。鉆眼爆破的要求是：斷面形狀尺寸符合設(shè)計要求；矸石塊度大小適中，便于裝巖；掘進(jìn)速度快，鉆眼工作量小，炸藥消耗量最??；有較好的爆破效果，表面平整，超欠挖符合要求，對圍巖的震動破壞小。

1.2.1　鉆眼工作

1）鉆眼機(jī)具

用于開挖地下工程的鉆眼設(shè)備種類較多，按其支撐方式分，有手持式、支腿式和臺車式；按動分力，有風(fēng)動、電動、液壓三種。手持式目前我國已不采用，電動鑿巖機(jī)對硬巖適應(yīng)性較差而選用較少，使用最普遍的是風(fēng)動鑿巖機(jī)（表1.1）。液壓鑿巖機(jī)近年來得到迅速發(fā)展，它與鑿巖臺車相配合，使用數(shù)量在逐漸增加。以鑿巖臺車為基礎(chǔ)研制的鑿巖機(jī)器人業(yè)已成功并已有樣機(jī)問世。

表1.1　常用風(fēng)動鑿巖機(jī)技術(shù)特征表

（1）氣腿式風(fēng)動鑿巖機(jī)

氣腿式風(fēng)動鑿巖機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作方式如圖1.18所示。氣腿式鑿巖機(jī)一般都為中低頻鑿巖機(jī)，較硬巖石中使用時，應(yīng)選沖擊功、扭矩相對較大些的機(jī)型，如YT-28型。

圖1.18　氣腿式鑿巖機(jī)外形圖及操作方式
1—釬子；2—主機(jī)；3—注油器；4—氣腿；5—壓風(fēng)軟管；6—水管

使用氣腿式鑿巖機(jī)可多臺鑿巖機(jī)同時鉆眼，鉆眼與裝巖平行作業(yè)，機(jī)動性強(qiáng)，輔助工時短，便于組織快速施工。工作面鑿巖機(jī)臺數(shù)：按巷道寬度來確定時，一般每0.6～0.8 m寬配備一臺；按巷道斷面面積確定時，在堅硬巖石中常為2.0～2.5 m2配備一臺，在中硬巖石中可按2.5～3.5 m2配備一臺。在高度較大的地下工程，采用多臺鑿巖機(jī)同時工作時，可使用自制鑿巖臺架。

鉆眼前應(yīng)做好各項準(zhǔn)備工作。測量人員應(yīng)給出準(zhǔn)確的掘進(jìn)方向。鉆眼時應(yīng)保證眼位準(zhǔn)確。

掘進(jìn)工作面同時使用風(fēng)、水的設(shè)備較多，并且拆卸、移動頻繁，為提高鉆眼工作效率和各工序互不影響，必須配備專用的供風(fēng)、供水設(shè)施，并予以恰當(dāng)?shù)牟贾?。一般情況下，工作面風(fēng)、水管路的布置如圖1.19所示。它的主要特點是在工作面集中供風(fēng)、供水，將分風(fēng)、分水器設(shè)置在巷道兩側(cè)，這樣既方便了鉆眼工作，又不影響其他工作。分風(fēng)、分水器通過集中膠管與主干管連接，便于移動，并分別采用滑閥式和彈子式閥門，使風(fēng)動設(shè)備裝卸方便。

圖1.19　工作面風(fēng)水管路布置
1—壓風(fēng)干管；2—壓風(fēng)總閥門；3—供風(fēng)集中膠管；4—分風(fēng)器；5—供風(fēng)小膠管；6—供水干管；7—供水總閥門；8—供水集中膠管；9—分水器；10—供水小膠管

（2）鑿巖臺車

鑿巖臺車是將一臺或多臺液壓鑿巖機(jī)連同推進(jìn)裝置安裝在鉆臂導(dǎo)軌上，并配以行走機(jī)構(gòu)，使鑿巖作業(yè)實現(xiàn)機(jī)械化的施工設(shè)備，具有效率高、機(jī)械化程度高、可鉆中深炮孔、鉆眼質(zhì)量高等優(yōu)點。隨著隧道施工機(jī)械化水平的不斷提高，臺車式鉆眼設(shè)備得到了越來越多的使用。

圖1.20　鑿巖臺車外形圖

鑿巖臺車一般由行走部分、鉆臂和鑿巖推進(jìn)機(jī)構(gòu)三部分組成。臺車的鉆臂數(shù)目可為1～4個，常用2～3個，一次鉆深為2～4 m。使用時，需根據(jù)斷面大小、巖石硬度、施工進(jìn)度要求、其他配套設(shè)備等情況進(jìn)行優(yōu)化選擇。

我國生產(chǎn)的鑿巖臺車型號較多，按其行走方式可分為軌輪式（如DGJ-2、CGJ-2、CGJ-3型）、膠輪式（如CTJ-3型）和履帶式（如CTHl0-2F型）；按其結(jié)構(gòu)形式可分為實腹式和門架式。實腹式輪胎行走的臺車如圖1.20所示，更多形式各異的臺車可通過網(wǎng)絡(luò)搜索而得。

軌輪式適用于中小型斷面，易與裝巖設(shè)備發(fā)生干擾；門架式適用于大型斷面隧道，裝巖設(shè)備可從門架內(nèi)進(jìn)出工作面，二者干擾少，有利于快速施工。米花嶺隧道鉆孔深3.8 m，使用了TH563-5型門架式四臂臺車。秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)施工中，前期采用了TH178輪式三臂液壓臺車打眼，由于與運巖車及其他車輛避讓困難，每500 m要增設(shè)一處會車道，放炮時臺車停放在會車道上，運渣車過會車道后才往工作面開，工作面易形成空當(dāng)，不利于快速施工。后改用了TH568-10門架式三臂鑿巖臺車打眼，隧道內(nèi)每1.0～1.2 km設(shè)一處會車道，放炮時臺車退回200 m即可。工作面矸石未裝完時，臺車可開在附近做準(zhǔn)備工作，這樣工序緊湊，實現(xiàn)了快速施工。

20世紀(jì)70年代末，芬蘭、法國、美國、日本等近20個國家開始了鑿巖機(jī)器人的研究。它是將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于鑿巖臺車中的先進(jìn)鑿巖設(shè)備。國內(nèi)于2000年成功開發(fā)出了國內(nèi)第一臺計算機(jī)控制的鑿巖機(jī)器人，其功能和性能達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

2）鉆眼工具

鑿巖工具指釬桿和釬頭，其作用是傳遞沖擊功和破碎巖石。釬頭和釬桿連成一體的稱為整體釬子，分開組合的稱為活動釬子。工程中多用活動釬子，如圖1.21所示。沖擊式鑿巖用的釬桿為中空六邊形或中空圓形，圓形釬桿多用于重型鉆機(jī)或深孔接桿式鉆進(jìn)。

圖1.21　活動釬子
1—活動釬頭；2—錐形梢頭；3—釬身；4—中心孔；5—釬肩；6—釬尾

活動釬子由活動釬頭和釬桿組成，二者用錐形連接。釬桿后部的釬尾插入鑿巖機(jī)的轉(zhuǎn)動套筒內(nèi)，是直接承受沖擊力和回轉(zhuǎn)力矩的部分。釬肩起限制釬尾進(jìn)入鑿巖機(jī)頭長度的作用，并便于卡釬器卡住釬子，防止釬子從機(jī)頭內(nèi)脫出。釬桿中央有中心孔，用以供水沖洗巖粉。

活動釬子可提高釬桿的利用率，釬頭修磨時可減少釬桿搬運量，并有利于專門工廠研制高質(zhì)量的硬質(zhì)合金釬頭，以適用不同巖性和鑿巖機(jī)對釬頭的不同需要。

釬頭形式較多，但最常用的是一字形、十字形和柱齒形釬頭，如圖1.22所示。成品釬頭鑲有硬質(zhì)合金片或球齒。一字形結(jié)構(gòu)簡單、鑿巖速度較高、應(yīng)用最廣，適用于整體性較好的巖石。十字形較適用于層理、節(jié)理發(fā)育和較破碎的巖石，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、修磨困難、鑿巖速度略低。柱齒形釬頭是一種新發(fā)展起來的釬頭，排渣顆粒大、防塵效果好、鑿巖速度快、使用壽命長，適用于磨蝕性高的巖石。釬頭應(yīng)根據(jù)鉆眼的直徑和巖石的硬度大小選擇。一般氣腿式鑿巖機(jī)用釬頭直徑多為38～43 mm，臺車多用45～55 mm。

圖1.22　活動釬頭結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2　爆破工作

1）掏槽方式

在全斷面一次開挖或?qū)Э娱_挖時，只有一個臨空面，必須先開出一個槽口，作為其余部分新的臨空面，以提高爆破效果。先開這個槽口稱為掏槽。掏槽的好壞直接影響其他炮眼的爆破效果。掏槽形式分為斜眼和直眼兩類，每一類又有各種不同的布置形式。

斜眼掏槽適用范圍廣，爆破效果較好，所需炮眼少。但炮眼方向不易掌握，孔眼受斷面大小的限制，碎石拋擲距離大。直眼掏槽的特點是：所有炮眼都垂直于工作面且相互平行，技術(shù)易于掌握，可實現(xiàn)多臺鉆機(jī)同時作業(yè)；不裝藥的炮眼可作為裝藥眼爆破時的臨空面和補償空間，有較高的炮眼利用率；不受斷面大小限制；但總炮眼數(shù)目多，炸藥消耗量大。

（1）錐形掏槽

錐形掏槽是一種斜眼掏槽，爆破后槽口呈角錐形，常用于堅硬或中硬整體巖層。根據(jù)孔數(shù)的不同，有三眼錐形和四眼錐形，如圖1.23所示。這種掏槽不易受工作面巖層層理、節(jié)理及裂隙的影響，掏槽力量集中，故較為常用，但打眼時其眼孔方向掌握較難。

圖1.23　常用錐形掏槽

（2）楔形掏槽

楔形掏槽（圖1.24）適用于各種巖層，特別是中硬以上的穩(wěn)定巖層。楔形掏槽因其掏槽可靠、技術(shù)簡單而應(yīng)用最廣。槽口水平時稱為水平楔形如圖1.24（a）所示。槽口垂直時稱為垂直楔形，如圖1.24（b）所示。炮眼底部兩眼相距200～300 mm，炮眼與工作面相交角度為60°左右。斷面較大、巖石較硬、眼孔較深時，還可采用復(fù)楔形，如圖1.24（c）所示，其內(nèi)楔眼深較小，裝藥也較少，并先行起爆。一般情況下采用垂直楔形較多。

圖1.24　楔形掏槽

（3）單向掏槽

單向掏槽適用于中硬或具有明顯層理、裂隙或松軟夾層的巖層。根據(jù)自然弱面的賦存情況，可分別采用底部、側(cè)部或中部掏槽，如圖1.25所示。底部掏槽中炮眼向上的稱為爬眼，向下的稱為插眼。側(cè)部掏槽一般向外傾斜，傾斜角度為50°～70°。

圖1.25　單向掏槽

（4）角柱式掏槽

角柱式掏槽是應(yīng)用最為廣泛的直眼掏槽方式，適用于中硬以上巖層。角柱式掏槽各眼相互平行且與工作面垂直，其中有的眼不裝藥，稱為空眼。根據(jù)裝藥眼、空眼的數(shù)目及布置方式的不同，有各種各樣的角柱形式，如圖1.26所示。

圖1.26　角柱式掏槽

圖1.27　螺旋式掏槽

（5）螺旋式掏槽

螺旋式掏槽的所有裝藥眼都繞空眼呈螺旋線狀布置（圖1.27），1～4號孔順序起爆，逐步擴(kuò)大槽腔。該方式爆破效果較好，優(yōu)點是炮眼較少而槽腔較大，后繼起爆的裝藥眼易將碎石拋出?？昭劬喔餮b藥眼（1、2、3、4號眼）的距離可依次取空眼直徑的1～1.8倍、2～3倍、3～3.5倍、4～4.5倍。遇到難爆巖石時，也可在1、2號和2、3號眼之間各加一個空眼。空眼比裝藥眼深30～40 cm。

2）爆破參數(shù)

（1）炸藥消耗量

炸藥消耗量包括單位消耗量和總消耗量。爆破每立方米原巖所需的炸藥量稱為單位炸藥消耗量，每循環(huán)所使用的炸藥消耗量總和為總消耗量。

單位炸藥消耗量（q）可根據(jù)經(jīng)驗公式計算或者根據(jù)經(jīng)驗選取，也可根據(jù)炸藥消耗定額確定。經(jīng)驗公式有多種，此處僅介紹形式較簡單的普氏公式：

按定額選用時需注意，不同行業(yè)的定額指標(biāo)不完全相同，施工時需根據(jù)工程所屬行業(yè)選用相應(yīng)的定額。隧道施工的定額消耗量見表1.2。

表1.2　開挖1 m3原狀巖石的炸藥用量　單位：kg

注：表中分子為硝銨炸藥用量，分母為62%硝化甘油炸藥用量。

單位炸藥消耗量確定后，根據(jù)斷面尺寸、炮眼深度、炮眼利用率即可求出每循環(huán)所使用的總炸藥消耗量。確定總用量后，還需將其按炮眼的類別及數(shù)目加以分配（按卷數(shù)或質(zhì)量）。掏槽眼因只有一個臨空面，藥量可多些；周邊眼中，底眼藥量最多，幫眼次之，頂眼最少。擴(kuò)大開挖時，由于有2～3個臨空面，炸藥用量應(yīng)相應(yīng)減少，兩個臨空面時減少40%，三個臨空面時可減少60%。

（2）炮眼數(shù)目

炮眼數(shù)目主要與挖掘的斷面大小、巖石性質(zhì)、炸藥性能、臨空面數(shù)目等有關(guān)。目前尚無統(tǒng)一的計算方法，常用的有以下幾種：

①根據(jù)掘進(jìn)斷面面積S（m2）和巖石堅固性系數(shù)f估算，有

②根據(jù)每循環(huán)所需單位炸藥消耗量與每個炮眼的裝藥量計算，有

m———每個藥卷的長度，m；

α———炮眼的平均裝藥系數(shù)，取0.5～0.7。③按炮眼布置參數(shù)進(jìn)行布置確定，即按掏槽眼、輔助眼、周邊眼的具體布置參數(shù)進(jìn)行布置，然后將各類炮眼數(shù)相加即得。

（3）炮眼深度

炮眼深度指炮眼眼底至臨空面的垂直距離。炮眼深度與掘進(jìn)速度、采用的鉆孔設(shè)備、循環(huán)方式（淺孔多循環(huán)、深孔少循環(huán)）、斷面大小等有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗，炮眼深度一般取掘進(jìn)斷面高（或?qū)挘┑?.5～0.8倍；圍巖條件好及斷面小時，對爆破夾制力大，系數(shù)取小值。也可根據(jù)所使用的鉆眼設(shè)備確定，采用氣腿式鑿巖機(jī)時，炮孔深度一般為1.5～2.5 m；使用中小型臺車或其他重型鉆機(jī)時，孔深一般為2.0～3.0 m；使用大型門架式鑿巖臺車時，孔深可達(dá)4～5 m。

（4）炮孔直徑

炮眼直徑對鉆眼效率、炸藥消耗、巖石破碎塊度等均有影響。合理的孔徑應(yīng)是在相同條件下，能使掘進(jìn)速度快、爆破質(zhì)量好、費用低。采用不耦合裝藥時，孔徑一般比藥卷大5～7 mm。目前，國內(nèi)藥卷直徑有32、35、45 mm等幾種，其中32 mm和35 mm的使用較多，故炮孔直徑多為38～42 mm。

3）炮眼布置

掘進(jìn)工作面的炮眼，按其用途和位置不同分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼三類。各類炮眼應(yīng)合理布置，布置方法和原則有以下幾點：

①首先選擇掏槽方式和掏槽眼位置，然后布置周邊眼，最后根據(jù)斷面大小布置輔助眼。

②掏槽眼一般布置在開挖面中部或稍偏下，并比其他炮眼深10～20 cm。

③幫眼和頂眼一般布置在設(shè)計掘進(jìn)斷面輪廓線上，并符合光爆要求。在堅硬巖石中，眼底應(yīng)超出設(shè)計輪廓線10 cm左右，軟巖中眼口應(yīng)在設(shè)計輪廓線內(nèi)10～20 cm。

④底眼眼口應(yīng)高出底板水平15 cm左右；眼底超過底板水平10～20 cm，眼深宜與掏槽眼相同，以防欠挖；眼距和抵抗線與輔助眼相同。

⑤輔助眼在周邊眼和掏槽眼之間交錯均勻布置，圈距一般為65～80 cm，炮眼密集系數(shù)一般為0.8左右。

⑥周邊眼和輔助眼的眼底應(yīng)在同一垂直面上，以保證開挖面平整。

⑦炮眼布置要均勻，間距通常為0.8～1.2 m。

4）裝藥結(jié)構(gòu)與填塞

裝藥結(jié)構(gòu)指炸藥在炮眼內(nèi)的裝填情況，主要有耦合裝藥、不耦合裝藥、連續(xù)裝藥、間隔裝藥、正向起爆裝藥及反向起爆裝藥等。

不耦合裝藥時，藥卷直徑要比炮眼直徑小，目前多采用此種。間隔裝藥是在藥卷之間用炮泥或木棍或空氣隔開，這種裝藥爆破震動小，故較適用于光面爆破等抵抗線較小的控制爆破以及炮孔穿過軟硬相間巖層時的爆破；若間隔較長不能保證穩(wěn)定傳爆時，應(yīng)采用導(dǎo)爆索起爆。正向起爆裝藥是將起爆藥卷置于裝藥的最外端，爆轟向孔底傳播，反向裝藥與正向裝藥相反。反向裝藥由于爆破作用時間長，破碎效果好，故優(yōu)于正向裝藥。

在炮孔孔口一段應(yīng)填塞炮泥。炮泥通常用黏土或黏土加砂混合制作，也可用裝有水的聚乙烯塑料袋作充填材料。填塞長度約為1／3的炮眼長度；當(dāng)眼長小于1.2 m時，填塞長度需有眼長的1／2左右。

5）起爆

起爆方法有電起爆和非電起爆兩類。電起爆系統(tǒng)由放炮器、放炮電纜、連接線、電雷管組成。非電起爆有火雷管法、導(dǎo)爆索法和非電導(dǎo)爆管法等。目前常用的是電雷管、導(dǎo)爆索雷管起爆法。起爆順序一般為：掏槽眼→輔助眼→幫眼→頂眼→底眼。

起爆電源有發(fā)爆器起爆和交流電源起爆兩種。雷管的連線方式有串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等。用電雷管起爆時，要認(rèn)真檢查電爆網(wǎng)路，以免出現(xiàn)瞎炮（即由于操作不良、爆破器材質(zhì)量等原因引起的藥包不爆炸）。出現(xiàn)瞎炮時應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定的方法處理。瞎炮處理完畢之前，不允許繼續(xù)施工，處理瞎炮應(yīng)由專人負(fù)責(zé)，無關(guān)人員撤離現(xiàn)場。

6）光面爆破

為了減少超挖，減輕爆破對圍巖的擾動，獲得既符合設(shè)計要求又平整、穩(wěn)定的圍巖，降低工程成本，掘進(jìn)施工中應(yīng)采用光面爆破。

光面爆破是指沿隧道設(shè)計輪廓線布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，采用不耦合裝藥，同時起爆，使炸藥的爆炸作用剛好產(chǎn)生炮眼連線上的貫穿裂縫，使爆破面沿周邊眼崩落出來，在圍巖上形成較為平整的巖面。

光面爆破質(zhì)量一般應(yīng)達(dá)到3條標(biāo)準(zhǔn)：巖石上留下具有均勻眼痕的周邊眼數(shù)應(yīng)不少于周邊眼總數(shù)的50%；超挖尺寸不得大于150 mm，欠挖不得超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；巖石上不應(yīng)有明顯的炮震裂縫。隧道施工規(guī)范的規(guī)定是：眼痕保存率，軟巖中要≥50%，中硬巖中要≥70%，硬巖中要≥80%；爆破塊度應(yīng)與所采用的裝巖機(jī)相適應(yīng)，以便于裝巖。

為搞好光面爆破，應(yīng)采取以下技術(shù)措施：

①合理布置周邊眼。周邊眼布置參數(shù)包括眼距E和最小抵抗線W，二者既相互獨立又相互聯(lián)系。E值與巖石的性質(zhì)有關(guān)，一般為40～70 cm，層理、節(jié)理發(fā)育、不穩(wěn)定的松軟巖層中應(yīng)取較小值。W值與E值相關(guān)，二者的比值m（m= E／W，稱為周邊炮眼密集系數(shù)，在隧道中稱為相對距離）一般為0.8～1.0，軟巖時取小值，硬巖和斷面大時取大值。

②合理選擇裝藥參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗，周邊眼的裝藥量為普通裝藥量的1／3～2／3，并采用小直徑藥卷，低密度、低爆速炸藥。裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合裝藥或空氣柱裝藥。小直徑藥卷在孔中可連續(xù)裝填，也可用導(dǎo)爆索連接、分段裝藥。

③精心實施鉆爆作業(yè)。周邊炮眼應(yīng)相互平行，開孔位置準(zhǔn)確，炮眼向外偏斜角度不要超過5°。最外圈輔助眼與周邊眼宜采用相近的斜率鉆眼。裝藥質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計要求。

④頂部和幫部周邊眼采取一些特殊的措施和新技術(shù)，如切槽法、縫管法、聚能藥包法等。

7）爆破圖表

爆破圖表是指導(dǎo)和檢驗鉆眼爆破工作的技術(shù)性文件，必須根據(jù)具體條件認(rèn)真編制。施工過程中，爆破圖表要根據(jù)地質(zhì)條件的變化不斷修正、完善。

爆破圖表包括炮眼布置圖、爆破參數(shù)表和爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表，如圖1.28、表1.3和表1.4所示。

圖1.28　巷道炮眼布置圖

表1.3　爆破參數(shù)表

表1.4　爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

1.3　巖石裝運工作

1.3.1　裝渣工作

裝渣方式有人力和機(jī)械兩種。機(jī)械裝渣速度快、效率高，是主要的裝渣方式。

裝渣機(jī)械種類繁多，按取巖構(gòu)件名稱分，有鏟斗式、耙斗式、蟹爪式、立爪式等；按行車方式分，有軌輪式、膠輪式、履帶式以及履帶與軌道兼有式；按驅(qū)動方式分，有電動、風(fēng)動、液壓、內(nèi)燃式；按卸巖方向分，有后卸式、前卸式、側(cè)卸式等。

軌輪式裝渣機(jī)須鋪設(shè)行走軌道，因而其工作范圍受到限制，一般只適用于斷面較小的平洞。為了改進(jìn)其缺點，有的軌輪式能轉(zhuǎn)動一定角度，以增加其工作寬度；必要時可采用增鋪軌道來滿足更大的工作寬度要求。膠輪式裝渣機(jī)移動靈活，工作范圍不受限制，在大斷面導(dǎo)洞及全斷面隧道的施工中，采用無軌運輸時，可使用大型膠輪式鏟車裝渣。履帶走行的大型電鏟則適用于特大斷面的隧道。

1）鏟斗前卸式裝渣機(jī)

這種裝渣機(jī)多采用輪胎行走。輪胎行走的鏟斗式裝渣機(jī)多采用鉸接車身，燃油發(fā)動機(jī)驅(qū)動；裝渣機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑小，移動靈活；鏟取力強(qiáng)，鏟斗容量大，達(dá)0.76～3.8 m3，工作能力強(qiáng)；可側(cè)卸也可前卸，卸渣準(zhǔn)確。但燃油廢氣會污染洞內(nèi)空氣，需配備凈化器或加強(qiáng)隧道通風(fēng)，常與裝載汽車配套用于較大斷面的隧道工程，如圖1.29所示。

圖1.29　輪胎行走鏟斗式裝渣機(jī)

2）耙斗式裝渣機(jī)

耙斗裝渣機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單的裝渣設(shè)備，為電動軌輪式，在礦山中應(yīng)用最為廣泛。

耙斗裝渣機(jī)主要構(gòu)成如圖1.30所示。其工作原理是：耙斗裝巖機(jī)在工作前，用卡軌器將機(jī)體固定在軌道上，并用固定楔將尾輪懸吊在工作面適當(dāng)位置。工作時，通過操縱手把啟動行星輪或摩擦輪傳動裝置，驅(qū)使主繩滾筒轉(zhuǎn)動，并纏繞鋼絲繩牽引耙斗把渣石耙到卸料槽。此時，副繩滾筒從動并放出鋼絲繩，渣石靠自重從槽口卸載入渣車。然后使副繩滾筒轉(zhuǎn)動，主繩滾筒變?yōu)閺膭?，耙斗空載返回工作面。這樣，耙斗往復(fù)運行，不斷進(jìn)行裝渣。

圖1.30　耙斗裝巖機(jī)總裝示意圖
1—連桿；2—主、副滾筒；3—卡軌器；4—操作手把；5—調(diào)整螺絲；6—耙斗；7—固定楔；8—尾輪；9—耙斗鋼絲繩；10—電動機(jī)；11—減速器；12—架繩輪；13—卸料槽；14—礦車

耙斗裝渣機(jī)常用型號有P-15、P-30、P-60、YP-90等，其耙斗的容積為0.1～0.9 m3不等，最常用的是0.3，0.6，0.9 m3。如YP-90B型，耙斗容積0.9 m3，裝巖能力為120～150 m3／h，900 mm軌距，適用于高度3 m以上、斷面12 m2以上的平洞或斜洞。

3）鏟斗側(cè)卸式裝渣機(jī)

這種裝渣機(jī)是正面鏟取巖石，在設(shè)備前方側(cè)轉(zhuǎn)卸載，行走方式為履帶式，如圖1.31所示。

圖1.31　側(cè)卸式裝巖機(jī)外形圖

與鏟斗后卸式比較，它的鏟斗插入力大、斗容大、提升距離短；履帶行走機(jī)動性好，裝渣寬度不受限制，鏟斗還可兼做活動平臺，用于安裝錨桿和挑頂?shù)取?/p>

側(cè)卸式裝巖機(jī)裝巖效率比較高，如ZLC-60型的斗容為0.6 m3，生產(chǎn)能力為90 m3／h，常將其與轉(zhuǎn)載機(jī)配合使用，形成以側(cè)卸式裝渣機(jī)為主的機(jī)械化作業(yè)線（圖1.32）。裝渣機(jī)鏟取的巖石直接卸到?？吭诰蜻M(jìn)工作面前部的料倉中，通過轉(zhuǎn)載機(jī)再轉(zhuǎn)卸到渣車中，這樣可以連續(xù)裝滿一列渣車，大大提高裝運效率。

圖1.32　側(cè)卸式裝巖機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)配套示意圖
1—側(cè)卸式裝巖機(jī)；2—支撐式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)；3—鑿巖臺車；4—礦車組；5—電機(jī)車；6—支撐

4）爪式裝渣機(jī)

爪式裝巖機(jī)是為實現(xiàn)快速掘進(jìn)施工而發(fā)展起來的一種可連續(xù)工作的高效裝巖機(jī)。按扒爪的布置形式，有蟹爪式、立爪式和蟹立爪式。蟹爪式如圖1.33所示，由蟹爪、履帶行走部分、輸送機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成。在前方傾斜的受料盤上裝有一對由曲軸帶動的蟹爪式扒爪。裝巖時，受料盤插入巖堆，同時兩個蟹爪交替將巖渣扒入受料盤，并由刮板輸送機(jī)將巖渣裝入機(jī)后的運輸車內(nèi)。

圖1.33　蟹爪式裝巖機(jī)

裝巖機(jī)的選擇與平洞斷面的大小、運輸方式及軌距、施工速度、轉(zhuǎn)載和運輸設(shè)備供應(yīng)、操作維修水平以及機(jī)械化配套等因素有關(guān)。所選裝巖機(jī)的類型和能力必須要與其他設(shè)備配套合理，以充分發(fā)揮裝巖機(jī)的單機(jī)能力和設(shè)備的綜合能力，并保證施工安全，獲得合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在大型機(jī)械化配套施工及快速掘進(jìn)時，宜選用大容積鏟斗裝渣機(jī)配以大型斗車裝渣或選用蟹爪式連續(xù)裝渣機(jī)配以膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)的轉(zhuǎn)載式裝渣，轉(zhuǎn)載機(jī)可一次連續(xù)裝滿數(shù)個斗車，節(jié)省大量調(diào)車時間。如秦嶺隧道Ⅱ線平導(dǎo)施工中，使用了ZL-120型電動立爪式裝渣機(jī)及ITC312H4型挖裝機(jī)（裝渣能力為250 m3／h），創(chuàng)造了硬巖獨頭月掘進(jìn)456 m的好成績。

1.3.2　運輸工作

地下工程施工運輸?shù)闹饕蝿?wù)是運送渣石和材料。運輸方式分為有軌運輸和無軌運輸兩種。有軌運輸和無軌運輸各有利弊，施工時應(yīng)根據(jù)平洞長度、開挖方法、機(jī)具設(shè)備、運量大小等具體情況確定。大斷面平洞由于空間大，可使用大型裝載車輛進(jìn)入且錯車方便，故多為無軌運輸；斷面較小、長度較大時多采用有軌運輸，如礦山地下工程。鐵路、公路交通隧道則二者都有使用，一般認(rèn)為，長大單線隧道宜用有軌運輸。選擇運輸方式時要滿足：運輸能力大于開挖能力；調(diào)車容易、便捷；有效時間利用率高；作業(yè)環(huán)境良好等條件。

1）有軌運輸

有軌運輸是鋪設(shè)軌道，用軌道式運輸車出渣和進(jìn)料。有軌運輸既適應(yīng)大斷面開挖的工程，也適用于小斷面開挖的工程，是一種適應(yīng)性較強(qiáng)且較為經(jīng)濟(jì)的運輸方式。有軌運輸多采用蓄電池式電機(jī)車（圖1.34）、架線式電機(jī)車或內(nèi)燃機(jī)車牽引，運輸距離較短或無牽引機(jī)械時也可使用人力推車運輸。蓄電池式機(jī)車牽引的優(yōu)點是無廢氣污染，但電瓶需充電，能量有限，必要時應(yīng)增加電瓶車臺數(shù)。內(nèi)燃機(jī)車牽引能力較大，但存在噪聲和污染問題，須加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)。

運輸車輛按形式分有斗車、窄軌礦車、梭車、平板車等。斗車結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，是較經(jīng)濟(jì)的運輸方式。按其容量大小可分為小型斗車（容量小于3 m3）和大型斗車（單車容量可達(dá)20 m3）。小型斗車結(jié)構(gòu)簡單、輕便靈活、滿載率高、調(diào)車便利，一般均可人力翻斗卸渣。大型斗車須用動力機(jī)車牽引，并配用大型裝渣機(jī)械才能保證快速裝運。窄軌礦車在地下礦山應(yīng)用最多，形式有固定車廂式、翻轉(zhuǎn)車

圖1.34　蓄電池式電機(jī)車

廂式等。平板車主要用于運送材料和設(shè)備。

軌道要根據(jù)所選用的設(shè)備選擇，小型設(shè)備一般用輕型鋼軌，軌距為600 mm；大型設(shè)備則須用重軌（38 kg／m以上）和900 mm軌距。洞內(nèi)外軌道、岔線、渡線布置要有利于調(diào)車、裝渣、支護(hù)、裝料、卸載等作業(yè)。洞內(nèi)外可根據(jù)需要鋪設(shè)單線或雙線軌道。

2）無軌運輸

無軌運輸是采用各種無軌運輸車或者皮帶輸送機(jī)出渣和進(jìn)料。大斷面隧道施工基本上采用無軌車輛運輸，礦山主要是采用皮帶輸送機(jī)或小型膠輪車輛運輸。

無軌車輛運輸設(shè)備主要有自卸汽車（載重量2～25 t）、手推車等。無軌運輸不需鋪設(shè)軌道，無電瓶車充電、車輛掉道等問題，其最大優(yōu)點是比有軌運輸施工速度快，勞動強(qiáng)度比有軌運輸?shù)?。另外，無軌運輸對洞口場地要求不高，對洞外上坡、遠(yuǎn)距離棄渣、場地狹窄等困難地形的適應(yīng)性強(qiáng)，因此得到較多應(yīng)用，如我國的都軍山、大瑤山隧道及日本的九鬼、三戶隧道等。但其最大缺點是由于運輸車輛排放的廢氣多，洞內(nèi)空氣污染嚴(yán)重，通風(fēng)費用大，尤其在單線長距離施工時，增加了通風(fēng)難度；其次，如果施工組織不合理，易產(chǎn)生出渣車與襯砌車的干擾。因此，無軌運輸時必須加強(qiáng)通風(fēng)，要多開工作面，長隧短打，縮短獨頭通風(fēng)距離。掘進(jìn)與襯砌要拉開距離并合理組織，洞內(nèi)各種管線應(yīng)盡量在拱頂及側(cè)幫布置，以減少對車輛的干擾。

1.3.3　調(diào)車工作

有軌運輸和機(jī)械裝渣時，選用合理的調(diào)車設(shè)施和方法，對提高施工速度有很大影響，良好的調(diào)車應(yīng)使裝渣機(jī)不間斷地連續(xù)工作。有軌運輸中，調(diào)車方法有固定調(diào)車場式、浮放道岔式、平行調(diào)車器式等，施工中應(yīng)根據(jù)具體情況選用。

1）固定調(diào)車場調(diào)車

在鋪設(shè)單軌的平洞中每隔一定距離（60～100 m）鋪設(shè)一個錯車場（即一段雙軌），以存放空車，如圖1.35所示。在雙軌平洞內(nèi)，可利用道岔調(diào)車，如圖1.36所示。

圖1.35　單軌固定錯車場調(diào)車
1—裝巖機(jī)；2—正在裝巖的斗車；3—等待裝巖的空車；4—錯車場；5—空車；6—重車

圖1.36　雙軌道岔調(diào)車

2）浮放道岔調(diào)車

浮放道岔不僅在鉆爆法施工時采用，而且在掘進(jìn)機(jī)施工的隧道也可使用。

浮放道岔調(diào)車是利用搭設(shè)在原線路上的一組完整的道岔進(jìn)行調(diào)車。浮放道岔結(jié)構(gòu)簡單、移動方便，調(diào)車距離可隨需要及時調(diào)整。常用的浮放道岔有鋼板對稱式、雙軌錯車場式等。鋼板對稱浮放道岔的結(jié)構(gòu)和調(diào)車方法如圖1.37所示。

圖1.37　鋼板對稱浮放道岔及調(diào)車方法

雙軌錯車場式實質(zhì)上是由兩個對稱道岔和一段直線組合而成的調(diào)車場（會讓站），隨著平洞的延伸，可每2～3 km增設(shè)一幅。這種道岔的結(jié)構(gòu)和布置方式如圖1.38所示。

圖1.38　雙軌錯車場式浮放道岔的布置及調(diào)車方法

3）移車器式調(diào)車

該類調(diào)車方法是在距工作面10～20 m處安設(shè)移車器，將空車平移至裝載線路上進(jìn)行裝車的方法。橫向移車器有平移式、吊車式等。

平移式調(diào)車器由底架、車架和車輪組成，如圖1.39（a）所示。工作面的礦車裝滿推出后，空車線上的空車通過調(diào)車器平移到裝車線上繼續(xù)裝車。

圖1.39　移車器調(diào)車

吊車式調(diào)車器的調(diào)車方式如圖1.39（b）所示，它在單軌或雙軌巷道內(nèi)都可使用。雙軌使用時直接將空車線上的空車移動到裝車線上去；單軌使用時，可提前將空車吊在空中，移位到巷道一側(cè)，待工作面重車推出后，再將空車移到裝車線上，推到工作面裝車。

4）渣石轉(zhuǎn)載

為了進(jìn)一步減少調(diào)車時間，提高裝載機(jī)的工時利用率，裝渣機(jī)不直接將渣石卸入運渣車，而是先裝入轉(zhuǎn)載機(jī)，再由轉(zhuǎn)載機(jī)卸入運渣車。與錯車場比較，可將裝渣機(jī)的工時利用率由30%～40%提高到60%～70%。

轉(zhuǎn)載設(shè)備有膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和斗式轉(zhuǎn)載機(jī)兩種，前者采用較多（圖1.40）。裝渣時，轉(zhuǎn)載機(jī)下由電機(jī)車推入一組空車，采用反復(fù)調(diào)車的方法，增加連續(xù)裝車的數(shù)目，連續(xù)調(diào)車數(shù)目為2n-1（n為轉(zhuǎn)載機(jī)下能容納的渣車數(shù)目）。

圖1.40　膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載示意圖

膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)按其結(jié)構(gòu)形式，大體上可分為懸臂式、支撐式和懸掛式。懸臂式轉(zhuǎn)載機(jī)長度較短，結(jié)構(gòu)簡單，行走方便，能適用彎道裝渣，輔助工作量??；但是一次容納渣車數(shù)量少，連續(xù)轉(zhuǎn)載能力較小。欲使轉(zhuǎn)載機(jī)的臂下能容納更多的渣車，可采用支撐式轉(zhuǎn)載機(jī)（參見圖1.32）。支撐方式有門框式支撐架和油缸式支腿兩種。門框式要鋪設(shè)輔助軌道，供支撐架行走。

1.4　不良地質(zhì)條件下的施工

不良地質(zhì)條件是指處于偏壓、斷層、高應(yīng)力、巖爆、松軟、流沙、瓦斯溢出等不利于地下工程施工的不良地質(zhì)環(huán)境。不良地質(zhì)地段的變異條件非常復(fù)雜，施工過程中應(yīng)經(jīng)常觀察地層與地質(zhì)條件的變化，監(jiān)測、檢查支護(hù)與襯砌的受力狀態(tài)，及時排險，防止突發(fā)事故的發(fā)生。另外，還要做好超前探測工作。技術(shù)要求和作業(yè)應(yīng)以“短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”為指導(dǎo)原則。

1.4.1　破碎帶及斷層帶施工

破碎帶及斷層帶施工前，應(yīng)切實掌握所遇斷層帶的所有情況。當(dāng)斷層破碎帶的寬度較大、破壞程度嚴(yán)重、破碎帶的充填物情況復(fù)雜且有較多地下水時，應(yīng)在隧道一側(cè)或兩側(cè)開挖調(diào)查導(dǎo)洞。調(diào)查導(dǎo)洞穿過斷層后，宜在較好的巖層中掘進(jìn)一段距離再轉(zhuǎn)入正洞，開辟新的工作面，以加快施工進(jìn)度。如設(shè)有平行導(dǎo)洞時，可超前于正洞，預(yù)先了解正洞斷層的實際地質(zhì)情況，并有利于排水。

1）選擇合理施工方法

應(yīng)根據(jù)有關(guān)施工技術(shù)與機(jī)具設(shè)備條件、進(jìn)度要求、材料供給等，慎重選擇通過斷層地段的施工方法。當(dāng)斷層帶內(nèi)充填軟塑狀的斷層泥或特別松散的顆粒時，比照松散地層中的超前支護(hù)，采用先拱后墻法。巖體破碎嚴(yán)重或涌水量較大時，應(yīng)先采用工作面注漿進(jìn)行加固堵水。

2）開挖施工注意事項

①斷層有水補給時，應(yīng)在地表設(shè)置截排系統(tǒng)引排。對斷層承壓水，應(yīng)在每個掘進(jìn)循環(huán)中，向前鉆鑿不小于2個超前鉆孔，其深度宜在4 m以上。堅持“有疑必探”的原則。

②隨工作面的向前推進(jìn)挖好排水溝，并根據(jù)巖質(zhì)情況，必要時加以鋪砌。如為反坡掘進(jìn)，除應(yīng)準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備外，還應(yīng)安排適當(dāng)?shù)募印?/p>

③洞壁或洞頂有水流出時，應(yīng)鑿眼安置套管集中引排，使其不漫流。

④各施工工序之間的距離宜盡量縮短，并盡快地使全斷面襯砌封閉，以減少巖層的暴露、松動和地壓增大。

⑤采用上下導(dǎo)洞、先拱后墻法施工時，其下導(dǎo)洞不宜超前過多，并改用單車道斷面，掘進(jìn)后隨即將下導(dǎo)洞予以臨時襯砌。

⑥采用爆破法掘進(jìn)時，應(yīng)嚴(yán)格掌握炮眼數(shù)量、深度及裝藥量。原則上應(yīng)盡量減小爆破對圍巖的震動。

⑦采用分部開挖法時，其下部開挖宜左右兩側(cè)交替作業(yè)。如遇兩側(cè)軟硬不同時，應(yīng)用偏槽法開挖，按先軟后硬順序交錯進(jìn)行。

⑧斷層地帶的支護(hù)應(yīng)寧強(qiáng)勿弱，并應(yīng)經(jīng)常檢查加固。

⑨斷層破碎地帶中，開挖后要立即噴射一層混凝土，并架設(shè)有足夠強(qiáng)度的鋼架支撐。

⑩襯砌應(yīng)緊跟開挖面，襯砌斷面應(yīng)盡早封閉。

1.4.2　松散地層施工

松散地層的特點是：結(jié)構(gòu)松散，膠結(jié)性弱、穩(wěn)定性差，施工中極易發(fā)生坍塌，若有地下水時則更甚。松散地層施工方法的基本原則是：采用超前支護(hù)、先護(hù)后挖、密閉支撐、邊挖邊封閉。必要時可采用超前注漿預(yù)加固地層，以達(dá)到提高圍巖自穩(wěn)性的目的。

1）超前支護(hù)的方法

（1）超前支護(hù)類型

①超前錨桿或小鋼管法。爆破前，將超前錨桿或小鋼管打入掘進(jìn)前方穩(wěn)定的巖層內(nèi)，外端支承在作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的錨桿上。超前錨桿（鋼管）的長度一般為3.5～5.0 m，長者可達(dá)7.0 m；傾角一般為6°～12°；橫向間距一般為0.2～0.4 m；若采用雙層支護(hù)時，間距為0.4～0.6 m，其上下層應(yīng)錯開排列。縱向間距一般取1.0～1.5 m，最大不超過2.0 m。

②超前管棚法。如圖1.41所示，使用外徑φ40～108 mm或其他直徑的無縫鋼管插入圍巖，一般在十分軟弱的地層可直接將管頂入，或借助于手動液壓千斤頂、鑿巖機(jī)、液壓鉆的沖擊力，將鋼管頂入末端開挖的地層中去。直接頂入困難時需鉆孔插入。鋼管打入就位后，應(yīng)及時向管內(nèi)及周圍壓注水泥漿。超前管棚的傾角，一般選用5°～10°，鋼管長度8～30 m不等，布置間距一般為2～2.5倍的鋼管直徑，前后管棚的搭接長度應(yīng)大于3.0 m。

③超前小導(dǎo)管預(yù)注漿法。如圖1.42所示，這是松散地層中施工使用較多的一種方法。在砂夾礫石、粗砂且有侵蝕性水的地層中，采用水泥砂漿壓注；在粉、細(xì)砂地層或有侵蝕性水時，可壓注化學(xué)漿液。施工時，先沿開挖斷面周邊布置壓漿孔，其間距視圍巖松散情況一般為0.6～0.8 m，壓漿后要求在開挖斷面外要有約0.1 m厚的加固層。小導(dǎo)管用φ30～50 mm、長3～6 m的鋼管制作，鋼管前端做成尖楔狀，在管前部2.0～4 m范圍內(nèi)按梅花形布置φ6 mm的注漿孔，孔距100～150 mm，以便鋼管頂入地層后對圍巖空隙注漿。超前小導(dǎo)管預(yù)注漿中的鋼管傾角，一般情況下同超前管棚法。前后兩排小導(dǎo)管的搭接長度一般不小于1.0 m。

圖1.41　超前管棚法

圖1.42　超前小導(dǎo)管預(yù)注漿法

（2）超前支護(hù)法的開挖順序

①先頂后墻：在超前支護(hù)保護(hù)下先開挖拱部并進(jìn)行噴錨支護(hù)，然后再開挖下半部。

②分層開挖：采用臺階法開挖，層數(shù)及臺階層的長度視地質(zhì)情況確定。臺階層至頂部的開挖高度受裝渣機(jī)高度和鑿巖臺車的長鉆桿向上垂直鉆孔的要求所限制。

③留核心土開挖法：在極為軟弱或破碎的地層，拱部采用環(huán)狀開挖，留梯形核心土，以減小工作面的開挖高度，便于架設(shè)鋼架支撐，掛網(wǎng)和噴射混凝土，縮短圍巖的暴露時間，有利于增強(qiáng)頂部圍巖和工作面的自穩(wěn)能力。

（3）超前支護(hù)法施工注意事項

①合理運用微振動爆破，以免引起圍巖過大的擾動和破壞。

②噴錨支護(hù)既要及時又要保證質(zhì)量。

③采用半斷面掘進(jìn)時，掘進(jìn)長度不大于2倍洞徑時就應(yīng)施作臨時仰拱。

④及時檢查、量測，對有異狀或變形量較大處進(jìn)行加固。

2）松散圍巖分部開挖方法

遇到松散破碎地層時，隧道施工多采用導(dǎo)洞領(lǐng)先，先拱后墻，分部開挖法。

（1）插釬法

開挖時，用風(fēng)錘或人力將2 m左右長的鋼釬或短鋼軌，沿最前一排支撐上緣向工作面打入，方向略向上斜，其間距可根據(jù)具體地質(zhì)情況而定。

（2）插板法

適用于石屑堆積、沙層或軟塑地層。一般用寬0.1 m左右，長0.8～1.0 m的長板，前端劈尖，板與板間應(yīng)相互抵緊或適當(dāng)錯搭。在橫梁上的上下兩塊板間，以木楔楔緊。工作面設(shè)置護(hù)板，開挖時由上而下拆除，向前掘進(jìn)。

（3）鉆釬護(hù)頂法

若采用一般插釬法打入極端困難，而且不易掌握方向、達(dá)不到護(hù)頂目的時，可運用鉆釬護(hù)頂，不僅穿入地層速度較快，而且易于控制鉆釬位置和方向。其方法是用鑿巖機(jī)在橫梁下緣向上傾斜（≮30°）鉆入一排鋼釬，釬長為1.5～2.0 m，間距一般為20～25 cm，釬尾用鉛絲系于橫梁上，然后在鋼釬護(hù)頂下，自上而下邊挖邊支，排架間距50 cm。

插板和鉆釬護(hù)頂法開挖順序：單車道隧道宜采用上導(dǎo)坑先拱后墻法，起拱線以上用上導(dǎo)坑及分部擴(kuò)大，起拱線以下用挖井法開挖邊墻部位及灌注邊墻；也可用短段拉中槽加背板和橫撐的方法，分段施工邊墻，并隨即做好仰拱。雙車道隧道則宜采用側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法施工。

分部開挖施工應(yīng)注意：上導(dǎo)坑與擴(kuò)大部分之間的距離應(yīng)盡量縮短，拱部襯砌要緊跟；在松散的碎石或砂層中開挖時，應(yīng)準(zhǔn)備草束或麻袋，隨時堵塞縫隙，以免漏砂造成空洞，引起坍塌；支撐架設(shè)應(yīng)預(yù)留沉落量；襯砌應(yīng)隔適當(dāng)距離設(shè)置沉降縫；無論松散地層中有無水，襯砌斷面封閉后，均應(yīng)向襯砌背后（包括仰拱下）壓注水泥砂漿加固。

1.4.3　瓦斯地層施工

地下施工中經(jīng)常會遇到CO2、CO、H2 S、NO2等有毒有害氣體。這些有害氣體，在礦井中總稱為瓦斯，由于從煤（巖）層涌出的有害氣體主要是沼氣，因此習(xí)慣上將沼氣稱為瓦斯。

1）瓦斯?jié)舛瓤刂?/p>

地下工程施工中必須將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩南拗怠?/p>

①隧道總回風(fēng)風(fēng)流或一翼回風(fēng)中，瓦斯?jié)舛葢?yīng)小于0.75%。

②工作面風(fēng)流中，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，必須停止用電鉆打眼；放炮地點附近20 m以內(nèi)，風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時，禁止放炮。

③開挖工作面風(fēng)流中，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時，必須停止工作，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理；電動機(jī)或其開關(guān)地點附近20 m以內(nèi)，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時，必須停止運轉(zhuǎn)，撤出人員，切斷電源，進(jìn)行處理。

④因瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定而切斷電源的電氣設(shè)備，都必須在瓦斯?jié)舛冉档?%以下時，方可開動機(jī)器，使用瓦斯自動檢測報警斷電裝置的掘進(jìn)工作面只準(zhǔn)人工復(fù)電。

⑤停工后或風(fēng)機(jī)停止運轉(zhuǎn)，在恢復(fù)通風(fēng)前，局部通風(fēng)機(jī)及其開關(guān)附近10 m以內(nèi)風(fēng)流中，瓦斯?jié)舛榷疾怀^0.5%時，方可開動局部通風(fēng)機(jī)。

2）施工技術(shù)安全措施

（1）施工方法

隧道通過瓦斯地區(qū)的施工方法，宜采用全斷面開挖，因其工序簡單、面積大、通風(fēng)好，隨掘進(jìn)隨襯砌，能夠很快縮短煤層的瓦斯放出時間，縮小圍巖暴露面，有利于排除瓦斯。

采用平行導(dǎo)坑施工時，不使用的橫通道宜迅速封閉。由于平行導(dǎo)坑一般不襯砌，坑壁極不平整，在支撐背后容易積聚瓦斯。雖有強(qiáng)大風(fēng)流，亦不易驅(qū)除干凈。作為排除瓦斯回風(fēng)流巷道，應(yīng)特別注意對瓦斯?jié)舛鹊臋z查，不準(zhǔn)超過規(guī)定。

（2）電氣設(shè)備安全技術(shù)

所有洞內(nèi)機(jī)電設(shè)備，不論移動式或固定式都必須采用安全防爆類型；在工作面或回風(fēng)巷道中，必須采用礦用防爆型照明燈；檢修和遷移電氣設(shè)備必須停電進(jìn)行。測量儀表只準(zhǔn)在瓦斯?jié)舛?%以下的地點使用；蓄電池機(jī)車的電氣設(shè)備，只準(zhǔn)在車庫內(nèi)檢修；電氣設(shè)備的修理工作應(yīng)在洞外進(jìn)行；洞內(nèi)各種機(jī)電設(shè)備的開關(guān)、保險絲盒等均應(yīng)密閉。

照明電壓不得超過127 V。輸電線路必須使用密閉電纜。使用的燈頭、開關(guān)、燈泡等照明器材必須為防爆型。使用手電筒及空氣電池?zé)粽彰鲿r，所有使用接觸導(dǎo)電的部件，必須進(jìn)行焊接；不準(zhǔn)在導(dǎo)坑內(nèi)進(jìn)行裝拆、敲打、碰擊。

（3）進(jìn)洞人員管理

工作人員進(jìn)洞前必須進(jìn)行登記，不準(zhǔn)將火柴、打火機(jī)、損壞的頭燈及其他易燃物品帶入洞內(nèi)；嚴(yán)禁穿化纖衣服進(jìn)洞；攜帶工具應(yīng)防止敲打、撞擊，以免引起火花。

3）防治技術(shù)措施

①選擇關(guān)鍵地點，對爆炸性混合氣體進(jìn)行監(jiān)測。

②工作面附近應(yīng)保持正常通風(fēng)，防止瓦斯積聚。

③瓦斯排放技術(shù)：充分利用輔助坑道采用巷道式通風(fēng)排放瓦斯，因這種通風(fēng)方式風(fēng)量大，收效快，施工簡單；利用局扇正壓排放瓦斯，將局扇安設(shè)在新鮮風(fēng)流中，用風(fēng)管將新鮮風(fēng)流引向瓦斯排放地點，如坑道距離長，可采取局扇并、串聯(lián)的方法提高風(fēng)壓。

1.4.4　流沙治理措施

流沙是沙土或粉質(zhì)黏土在水的作用下喪失其內(nèi)聚力后形成的，多呈糊漿狀，對地下工程施工危害極大。由于流沙可引起圍巖失穩(wěn)坍塌，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，甚至倒塌破壞。因此，治理流沙必先治水，以減少沙層的含水量為主。

1）加強(qiáng)調(diào)查，制訂方案

施工中應(yīng)調(diào)查流沙特性、規(guī)模，了解地質(zhì)構(gòu)成、貫入度、相對密度、粒徑分布、塑性指數(shù)、地層承載力、滯水層分布、地下水壓力和滲透系數(shù)等，并制訂出切實可行的治理方案。

2）因地制宜，綜合治水

隧道通過流沙地段，處理地下水的問題，是解決隧道流沙、流泥施工難題中的首要關(guān)鍵技術(shù)。施工時，應(yīng)因地制宜，采用“防、截、排、堵”的治理方法。

①防：建立地表溝槽導(dǎo)排系統(tǒng)及仰坡地表局部防滲處理，防止降雨和地表水下滲。

②截：在正洞之外水源一側(cè)，采用深井降水，將儲藏豐富構(gòu)造裂隙水，通過深井抽水排走，減少正洞的靜水和動水壓力，對地下水起到攔截作用。

③排：有條件的隧道在正洞水源下游一側(cè)開挖一條洞底低于正洞仰拱的泄水洞，用以降排正洞的地下水，或采用水平超前鉆孔真空負(fù)壓抽水的辦法，排除正洞的地下水。

④堵：采用注漿方法充填裂隙，形成止水帷幕，減少或堵塞滲水通道。

3）先護(hù)后挖、加強(qiáng)支護(hù)

開挖時，必須采取自上而下分部進(jìn)行，先護(hù)后挖，密閉支撐，邊挖邊封閉，遇縫必堵，嚴(yán)防沙粒從支撐縫隙中逸出。也可采用超前注漿，以改善圍巖結(jié)構(gòu)，用水泥漿或水泥水玻璃為主的注漿材料注入，或用化學(xué)藥液注漿加固地層，然后開挖。

在施工中，應(yīng)觀測支撐和襯砌的實際沉落量的變化，及時調(diào)整預(yù)留量。架立支撐時應(yīng)設(shè)底梁并縱橫、上下連接牢固，以防箱架斷裂傾倒。拱架應(yīng)加強(qiáng)剛度，架立時設(shè)置底梁并墊平楔緊，拱腳下墊鋪牢固。支撐背面用木板或槽型鋼板遮擋，嚴(yán)防流沙從支撐間逸出。在流沙逸出口附近較干燥圍巖處，應(yīng)盡快打入錨桿或施作噴射混凝土，加固圍巖，防止逸出擴(kuò)大。

4）盡早襯砌，封閉成環(huán)

流沙地段，拱部和邊墻襯砌混凝土的灌筑應(yīng)盡量縮短時間，盡快與仰拱形成封閉環(huán)。這樣，即使圍巖中出現(xiàn)流沙，也不會對洞身襯砌造成破壞。

1.4.5　巖爆地段施工

所謂巖爆，是指在開挖過程中，圍巖突然猛烈釋放彈性變形能，造成巖石脆性破壞，或?qū)⒋笮〔坏鹊膸r塊彈射或掉落，并伴有響聲的現(xiàn)象。

圍巖發(fā)生巖爆一般應(yīng)滿足三個條件：巖石屬硬質(zhì)巖，強(qiáng)度與最大地應(yīng)力之比小于7；巖體完整性好，能儲存較大的能量，一般巖體呈塊狀或厚層狀整體結(jié)構(gòu)；無地下水活動。

1）巖爆的特點

①巖爆是巖石內(nèi)部能量突然釋放的結(jié)果，故高應(yīng)力區(qū)的堅硬巖石最易出現(xiàn)巖爆。

②巖爆發(fā)生時常伴有聲音，有的雖不聞其聲，但通過儀器仍可發(fā)現(xiàn)有聲發(fā)射現(xiàn)象。

③多在開挖后數(shù)小時內(nèi)發(fā)生，但有時也在較長時間后發(fā)生，或1～2個月，甚至更長。

2）巖爆地段的施工注意事項

①根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，預(yù)測硬巖地層的位置和厚度，及時了解地層的地下水活動情況。

②改變圍巖物理力學(xué)性能，弱化圍巖。向巖層表面噴水和向深部巖體注水，使水滲到巖體的內(nèi)部空隙中，降低巖石強(qiáng)度和彈性模量，可消除巖爆或使其烈度降低。

③改善圍巖應(yīng)力條件，采用超前鉆孔、松動爆破等方法卸壓，降低圍巖應(yīng)力。

④強(qiáng)化圍巖，采用多種圍巖加固方法，及時進(jìn)行支護(hù)。

⑤隨時注意地層完整性和產(chǎn)狀的變化，以判斷有否發(fā)生巖爆的可能。

⑥對可疑地層進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)測試，一般抗壓強(qiáng)度大于60 MPa的硬巖易發(fā)生巖爆。

⑦有巖爆現(xiàn)象的地層應(yīng)采取測壓措施，以便對巖爆發(fā)生的可能性進(jìn)行預(yù)測和監(jiān)控。

⑧由于巖爆一般在爆破后1 h左右比較激烈，故爆破后施工人員應(yīng)躲避在安全處，待激烈的巖爆之后再進(jìn)行施工；巖爆產(chǎn)生的松動石塊必須清除，以保證施工安全。

⑨如設(shè)有平行導(dǎo)坑，則平導(dǎo)應(yīng)超前正洞一定距離掘進(jìn)。

⑩使用光面爆破，并嚴(yán)格控制炸藥量，以減少對圍巖的影響。

本章小結(jié)

（1）地下工程開挖方案有多種，選擇時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小及形狀、隧道長度、工程的支護(hù)形式、施工技術(shù)與裝備、工程工期等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定。一般宜優(yōu)先選用全斷面法和正臺階法。對地質(zhì)變化較大的隧道，選擇施工方法時要有較大的適應(yīng)性，以使在圍巖變化時易于變換施工方法。

（2）本章雖然講述的是洞式工程，但其施工原理與方法也同樣適用于室式工程，工程實踐中可靈活運用。

（3）裝巖（又叫裝渣）運輸是巷道或隧道掘進(jìn)中比較繁重的工作，占掘進(jìn)循環(huán)的35%～50%，個別可達(dá)70%，在一定條件下會成為影響掘進(jìn)速度的重要因素。因此，提高裝巖調(diào)車和運輸機(jī)械化水平，是快速掘進(jìn)的主要措施。

習(xí)　題

1.1　地下工程施工的基本方案有哪幾種?

1.2　分?jǐn)嗝鎯纱伍_挖法有哪幾種具體方法?它與臺階法有何區(qū)別?

1.3　什么是CD法和CRD法?二者的區(qū)別是什么?

1.4　選擇開挖方法時需考慮哪些因素?

1.5　爆破參數(shù)有哪幾個?如何確定各個參數(shù)?

1.6　光面爆破的標(biāo)準(zhǔn)是什么?如何搞好光面爆破?

1.7　某平洞為半圓拱形斷面，掘進(jìn)高度4.3m，掘進(jìn)寬度6m，巖石堅固性系數(shù)為6～8。炮眼深度為3 m，炮眼直徑55 mm。試進(jìn)行該斷面的炮眼布置并繪制出炮眼布置圖。

1.8　裝巖機(jī)有哪些分類方式和類型?

1.9　為何要采用調(diào)車措施?簡述不同調(diào)車方式的使用方法。

1.10　從網(wǎng)上查詢并下載更多的鉆眼、襯砌、裝渣、運渣設(shè)備，每類不小于5種。用表格列出其型號、主要技術(shù)特征和適用條件。