礦山法隧道施工關鍵技術探析

摘要 以探討礦山法隧道施工關鍵技術為研究目的，采用理論與實例結合的方法，選取鄧生溝隧道工程實例，著重探討了案例隧道的開挖及支護施工技術。結果顯示：案例工程通過礦山法開挖，并配合砂漿錨桿、噴射混凝土、鋼筋網等復合型支護施工，取得了理想的施工效果，隧道工程各驗收節點均達到了驗收標準，且施工期間未出現安全事故。由此可見，礦山法開挖并配合合理的支護結構對于確保隧道施工安全、提高施工質量具有顯著作用，可供同類工程提供一定參考。

關鍵詞 隧道施工；礦山法；施工效率；工程質量

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0170-03

0 引言

礦山法隧道施工以其適應性強、技術復雜、安全可靠性高等特點，在復雜多變的地質環境下展現出獨特的優勢，在隧道建設中得到了廣泛應用。但同時也面臨開挖面不穩定、支護難度大、工期長等問題，此類問題處理不當可能導致施工安全事故和質量問題。基于此，該文結合四川汶川縣鄧生溝隧道工程實例，著重探討了復雜地質下的礦山法隧道施工技術。

1 項目概況

鄧生溝隧道位于汶川縣臥龍鎮境內，位于鄧生溝～巴朗山區間，為雙洞分修隧道，設計上坡時速30 km，下坡時速20 km；左線隧道進口里程D1K101+415，全長7 937.986 m（長鏈12.986 m），隧道最大埋深約575 m，右線隧道進口里程D1YK101+360，全長7 864.669 m（長鏈2.669 m），隧道最大埋深約545 m，隧道采用礦山法配合TBM進行施工。

隧址區處于川西高原東部，邛崍山脈北段，為四川盆地向川西高原過渡地帶﹐屬深切高中山峽谷冰川地貌，地勢高低懸殊，山巒陡峻、挺拔，地面高程2 750～4 300 m，冬季積雪時間較長，冰蝕地形發育，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，亦被稱為礦山巷道法或礦山開挖法，是一種廣泛應用于地下工程建設的施工方法。其核心定義在于：利用礦山開采中的相關技術原理與工藝手段，進行地下隧道的掘進、支護和加固等一系列作業。這種方法特別適用于地質條件復雜、巖石堅硬且不易爆破的地下工程環境[1]。

2.2 礦山法隧道施工的特點

礦山法隧道施工的特點主要體現在其適應性、技術復雜性和安全可靠性等方面。

（1）礦山法隧道施工具有極強的適應性。無論是堅硬的巖石地層、軟弱的土層，還是存在斷層、節理等地質構造的地區，礦山法隧道施工都能通過靈活調整掘進方法和支護加固措施來適應，從而確保施工的順利進行[2]。

（2）礦山法隧道施工涉及的技術復雜性較高。不僅需要掌握地質勘探、掘進技術、支護加固、排水通風等多方面的專業知識，還需要具備豐富的實踐經驗和精湛的操作技能。

（3）礦山法隧道施工注重安全可靠性。在掘進過程中，必須嚴格遵守安全操作規程，采取有效的防護措施和應急預案，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方面：

（1）在地質條件復雜多變的地區，礦山法能夠通過靈活選擇掘進方法和支護加固措施，適應復雜的地質條件，確保隧道的掘進精度和安全性。

（2）對于巖石堅硬且不易爆破的地區，礦山法能夠在不破壞周圍巖石結構的前提下，實現隧道的快速掘進，提高施工效率。

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

3 礦山法隧道施工關鍵技術分析

3.1 隧道總體施工工藝流程

結合該項目特點，制定隧道總體施工工藝流程如圖1所示[3]：

3.2 機械開挖施工技術

3.2.1 開挖總體情況

鄧生溝隧道非TBM段按照礦山法組織施工，洞口段采用機械開挖、錨網噴支護、拱墻一次襯砌，噴射混凝土采用濕噴工藝。由于該項目隧道斷面較小，且在進洞施工前，均有超前管棚進行加固，故針對各洞口段50 m暗洞的機械開挖段，按照兩臺階法組織施工，機械開挖段落如表1所示。

3.2.2 洞口段機械開挖方案

機械開挖（兩臺階）施工工序如圖2所示：

兩臺階施工工序如下：

（1）進行①部挖掘時，首先進行初期支護工作，包括噴射混凝土、鋪設鋼筋網和鋼支架（可以使用鎖腳錨桿或錨管），然后鉆孔安裝徑向錨桿，最后再次進行混凝土噴射至達到設計厚度。接著進行下一個循環的超前支護步驟（若適用于具備超前支護條件的情況）。

（2）對于②部挖掘，同樣需要進行初期支護工作，包括噴射混凝土、鋪設鋼筋網、安裝延長的鋼支架（可以使用鎖腳錨桿或錨管），然后鉆孔安裝徑向錨桿，最后再次進行混凝土噴涂至達到設計厚度。

（3）施作③部隧底初期支護。

（4）在滯后于③部一段距離后，灌筑Ⅱ部仰拱及周邊基礎。

（5）待仰拱混凝土初凝后，即可開始灌注仰拱填充至規定高度。

（6）對初期支護基面進行清理后，鋪設塑料防水板、土工布和環縱向透水盲管。進行一次性的灌注工作（拱墻一次性施工），同時在拱頂預埋PVC注漿管。

3.3 初期支護施工技術

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輸→初噴→復噴。

（2）噴射混凝土方式

使用兩次噴射工藝，分為初噴和復噴。初噴工序緊隨開挖施工進行，噴射3～5 cm混凝土。復噴是在錨網或鋼架施作完成后，噴射混凝土至設計厚度。

（3）噴射混凝土作業

①混凝土的攪拌：包括使用全自動計量強制式攪拌機進行濕噴混凝土攪拌，操作時需嚴格按照配合比進行施工配料，速凝劑應在噴射機喂料時投入使用。

②混凝土的運輸：采用混凝土運輸罐車，實行隨運隨拌原則。在運輸過程中，必須防止混凝土發生離析、水泥漿流失、坍落度變化以及初凝等現象。

③混凝土的噴射按照以下步驟進行：首先打開速凝劑輔助風，然后緩慢打開主風閥，啟動速凝劑計量泵、主電機和振動器，最后加入混凝土至料斗中。噴射混凝土時，應分段、分片、分層依次進行，噴射順序為自下而上，每段長度不應超過6 m。噴射過程中，應先將低洼處噴平，然后按自下而上的順序逐層噴射。為了保證混凝土的壓實效果，噴射速度需適當控制。過大的風壓會導致噴射速度過快，增加回彈現象；反之，過小的風壓會使噴射速度過慢，影響混凝土的壓實效果。因此，在啟動設備后，需及時監測風壓，當起始風壓達到0.5 MPa后才能進行操作，并根據噴嘴出料情況調整風壓。一般工作風壓為：邊墻0.3～0.5 MPa，拱部0.4～0.65 MPa。

（4）噴射混凝土養護

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

3.3.2 砂漿錨桿施工

隧道主體支護側墻范圍錨桿型式：采用Φ22砂漿錨桿，間距（環向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行，使用拱錨一體化臺車進行鉆孔，并利用高壓風槍進行孔洞清理。孔徑應與錨桿直徑相匹配，且錨桿孔徑應略大于設計要求，孔深略超過錨桿長度，鉆孔方向應按設計指引進行，垂直于巖石表面；鉆孔完成后，利用高壓風和水清理孔洞，然后逐步灌入砂漿至錨桿孔中，當砂漿填充達到孔深的70%至80%時，再插入錨桿本體，待砂漿凝固后，安裝孔口鋼墊板[4]。

錨桿的原材料規格、長度、直徑需符合設計要求，錨桿本體不得存在油污或其他不符合標準的缺陷。錨桿孔的位置、深度和布置需符合設計規范，灌漿液的配合比必須通過試驗確定。

3.3.3 鋼筋網施工

鄧生溝隧道初支鋪設單層鋼筋網片，網片規格φ6@250×250 mm、φ8@200×200 mm、φ8@250×250 mm。

（1）施工準備：在進行網片掛設之前，需要檢查斷面是否存在超欠挖情況，對欠挖部位進行處理并進行初次噴涂封閉。

（2）網片掛設：進行網片掛設時，應將鋼筋網片與外露的錨桿頭、鋼架進行焊接連接，以固定網片位置。

（3）網片綁扎：網片的搭接長度不應小于一個網格長度，并采用扎絲進行綁扎，確保連接牢固。

3.4 洞身襯砌施工技術

仰拱襯砌施工方法如下[5]：

（1）隧底開挖

隧底開挖完成后，將隧底虛碴、雜物、積水等清除干凈，并用高壓風將隧底吹洗干凈。測量放樣檢查斷面，若有欠挖則用同級混凝土進行回填處理，處理完成后重復上述清理步驟，若無欠挖則進行下一道工序。

（2）仰拱鋼筋綁扎

仰拱鋼筋在鋼筋加工廠集中加工，統一配送到隧道安裝。

（3）模板安裝

仰拱模板采用組合鋼模板，面板必須進行打磨，接縫寬度、錯臺等各項指標滿足要求。

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

（4）仰拱混凝土澆筑

仰拱及填充混凝土施工分兩次澆筑，時間間隔6 h以上，仰拱混凝土強度達到5 MPa以上再進行填充施工，Ⅳ、Ⅴ級圍巖不宜超過3 m。混凝土通過罐車運至現場倒入底板內，插入式振動棒振搗。

（5）混凝土養護

混凝土達到2.5 MPa強度后脫模，脫模后立即進行填充混凝土施工，填充混凝土達到5 MPa后方可行人，達到設計強度的100%，車輛方可直接通行。混凝土拆模后，養護時間不得少于14 d，且混凝土的強度應達到設計強度的75%以上；當環境溫度低于5°C時，禁止對混凝土表面進行灑水養護，應采取保溫、保濕措施。

4 結語

綜上，合理的開挖技術是確保隧道施工安全、高效進行的關鍵，此外支護結構設計的合理性與否也直接關系到隧道的穩定性和使用壽命，同時還應加強施工監測與控制，確保隧道施工質量和安全。未來，隨著隧道建設技術的不斷發展，仍需繼續深入研究礦山法隧道施工中的關鍵技術，不斷提高隧道施工的技術水平和質量水平，為推動交通基礎設施建設的持續發展作出更大的貢獻。

參考文獻

[1]廖能武，王兵.山嶺隧道礦山法（鉆爆法）施工開挖作業面機械四次排危法關鍵技術及應用研究[J].大眾標準化，2023（8）：50-52.

[2]劉棟.基于礦山法施工技術的區間隧道設計—以福州地鐵6號線林浦站—樟嵐站區間為例[J].交通科技與管理，2023（19）：134-136.

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

[4]劉琨.復雜環境條件下的地鐵礦山法施工技術[J].技術與市場，2021（8）：89-90.

[5]陳志強.復雜地質條件下地鐵礦山法隧道施工技術分析[J].運輸經理世界，2020（18）：98-99.

收稿日期：2024-03-07

作者簡介：趙紅斌（1990—），男，本科，工程師，主要從事項目管理工作。