礦山法

礦山法【mine tunnelling method】指的是用開挖地下坑道的作業方式修建隧道的施工方法。 礦山法是一種傳統的施工方法。它的基本原理是，隧道開挖後受爆破影響，造成岩體破裂形成鬆弛狀態，隨時都有可能坍落。基於這種鬆弛荷載理論依據，其施工方法是按分部順序採取分割式一塊一塊的開挖，並要求邊挖邊撐以求安全，所以支撐複雜，木料耗用多。隨著噴錨支護的出現，使分部數目得以減少，並進而發展成新奧法。

基本介紹

• 中文名：礦山法
• 外文名：mine tunnelling method
• 方式：挖地下坑道
• 方法：修建隧道

概念

暗挖法的一種，主要用鑽眼爆破方法開挖斷面而修築隧道及地下工程的施工方法。因借鑑礦山開拓巷道的方法，故名。用礦山法施工時，將整個斷面分部開挖至設計輪廓，並隨之修築襯砌。當地層鬆軟時，則可採用簡便挖掘機具進行，並根據圍岩穩定程度，在需要時應邊開挖邊支護。分部開挖時，斷面上最先開挖導坑，再由導坑向斷面設計輪廓進行擴大開挖。分部開挖主要是為了減少對圍岩的擾動，分部的大小和多少視地質條件、隧道斷面尺寸、支護類型而定。在堅實、整體的岩層中，對中、小斷面的隧道，可不分部而將全斷面一次開挖。如遇鬆軟、破碎地層，須分部開挖，並配合開挖及時設定臨時支撐，以防止土石坍塌。噴錨支護的出現，使分部數目得以減少，並進而發展成新奧法。

分類

按襯砌施工順序，可分為先拱後牆法及先牆後拱法兩大類。後者又可按分部情況細分為漏斗棚架法、台階法、全斷面法和上下導坑先牆後拱法。在鬆軟地層中，或在大跨度洞室的情況下，又有一種特殊的先牆後拱施工法──側壁導坑先牆後拱法。此外，結合先拱後牆法和漏斗棚架法的特點，還有一種居於兩者之間的蘑菇形法。

先拱後牆法

也稱支承頂拱法。在穩定性較差的鬆軟岩層中，為了施工安全，先開挖拱部斷面並即砌築頂拱，以支護頂部圍岩，然後在頂拱保護下開挖下部斷面和砌築邊牆。在開挖邊牆部分的岩層之前，必須將頂拱支承好,故有上述別稱。開挖兩側邊牆部分的岩層時(俗稱挖馬口),須左右交錯分段進行，以免頂拱懸空而下沉。該法施工順序見圖1 (圖中阿拉伯數字為開挖順序，羅馬數字為襯砌順序，下同)。施工時,須開挖上下兩個導坑，開挖上部斷面時的大量石碴，可通過上下導坑之間的一系列漏碴孔裝車後從下導坑運出，既提高出碴效率，又減少施工干擾。當隧道長度較短、岩層又乾燥時，可只設上導坑。在此種場合，為避免運輸和施工的干擾，可先將上半斷面完全修築完畢，然後再進行下半斷面的施工。本法適用於鬆軟岩層，但其抗壓強度應能承受拱座處較高的支承應力；也適用於堅硬岩層中跨度或高度較大的洞室施工，以簡化修築頂拱時的拱架和灌築混凝土作業。該法在外文文獻中也稱為比國法。 礦山法

礦山法

漏斗棚架法

也稱下導坑先牆後拱法。適用於較堅硬穩定的岩層。施工時先開挖下導坑，在導坑上方開始由下向上作反台階式的擴大開挖，直至拱頂；隨後在兩側由上向下作正台階式的擴大開挖，直至邊牆底；全斷面完全開挖後，再由邊牆到頂拱修築襯砌。施工順序見圖2。此法在下導坑中設立的漏斗棚架,是用木料架設的臨時結構。橫樑上鋪設輕便鋼軌，在下導坑運輸線路上方留出縱向缺口,其上鋪橫木,相隔一定間距,留出漏斗口供漏碴用。在向上擴大開挖時,棚架作工作平台用。圖中2至5部爆出的石碴全落在棚架上，經漏斗口卸入下面的斗車運出洞外。這種裝碴方式可減輕勞動強度。下導坑的寬度，一般按雙線斗車運輸決定。由於寬度較大，在棚架橫樑下可增設中間立柱作臨時加固用。設立棚架區段的長度，安裝碴的各擴大開挖部分的延長加上一定餘量來決定。用漏斗棚架裝碴優點顯著，故在中國以漏斗棚架命名。此法曾廣泛套用於修建鐵路隧道。

台階法

又有正台階法和反台階法之分。①正台階法系在穩定性較差的岩層中施工時，將整個坑道斷面分為幾層，由上向下分部進行開挖，每層開挖面的前後距離較小而形成幾個正台階（圖3a）。上部台階的鑽眼作業和下部台階的出碴，可以平行進行而使工效提高。全斷面完全開挖後，再由邊牆到頂拱築襯砌。在坑道頂部最先開挖的第一層為一弧形導坑，需要鑽較多的炮眼，導坑超前距離很短，可使爆破時石碴直接拋落到導坑之外,以減輕扒碴工作量,從而提高掘進速度。如坑道頂部岩層鬆動，應即在導坑內用錨桿或鋼拱架作臨時支護，以防坍塌。②反台階法則用於穩定性較好的岩層中施工，也將整個坑道斷面分為幾層，在坑道底層先開挖寬大的下導坑，再由下向上分部擴大開挖（圖3b)。進行上層的鑽眼時,須設立工作平台或採用漏斗棚架，後者可供裝碴之用。

礦山法

全斷面法

將整個斷面一次挖出的施工方法。適用於較好岩層中的中、小型斷面的隧道。此法能使用大型機械，如鑿岩台車、大型裝碴機、槽式列車或梭式礦車、模板台車和混凝土灌築設備等進行綜合機械化施工。新奧法的出現，擴大了全斷面法和台階法的適用範圍。

上下導坑先牆後拱法

礦山法

也稱全斷面分部開挖法（圖4）。以前,在穩定性較差的鬆軟岩層中，為提高襯砌的質量，曾採用過此種先分部挖出全斷面，再按先牆後拱順序修築襯砌的施工方法。採用此法開挖時，要用大量木料支撐，還需多次頂替，施工既困難又不安全，故在中國未見採用。該法在外文文獻中還稱之為奧國法或稱老奧法。

蘑菇形法

綜合先拱後牆法和漏斗棚架法的特點而形成的一種混合方案（圖5）。開挖1至4部後呈現形似蘑菇狀的斷面，故名。在下導坑中設立漏斗棚架，供向上擴大開挖時裝碴之用，同時當拱部地質條件較差時，為使施工安全可先築頂拱。該法具有容易改變為其他方法的優點，遇岩層差時改為單純的先拱後牆法，岩層好時改為漏斗棚架法。在中國首先套用於岩層基本穩定的鐵路隧道施工，以後又用來修築大斷面洞室，為減少設立模架作業及其所需材料，並加快施工進度創造有利條件。

側壁導坑先牆後拱法

簡稱側壁導坑法，也稱核心支持法。在很鬆軟、不穩定地層中修築大跨度隧道時，為了施工安全，先沿坑道周邊分部開挖，隨即逐步由邊牆到頂拱修築襯砌，以防止地層坍塌。開挖時可將臨時支撐和拱架都支承於坑道中間未被開挖的大塊核心地層上，在襯砌保護之下最後將此核心挖除，必要時再砌築仰拱（圖6）。側導坑的寬度較大，除包括邊牆以外，還須有通行出土斗車和工人以及砌築邊牆的工作位置，才能使導坑開挖和邊牆襯砌作業同時進行。為了核心部分地層的穩定，也須保持足夠的寬度,且其寬度愈大，留在最後的開挖量愈大,開挖費用就愈小。此法通常適用於圍岩壓力很大、地層不穩定的大跨度隧道（如雙線或多線鐵路隧道和道路隧道、運河隧道）。在堅硬岩層中修建大跨度洞室時也常採用，利用其核心部分作為支承頂拱和邊牆模板的基礎；開挖時臨時支撐可大為減少，甚至完全免除。該法在外文文獻中至今還稱德國法。

此外，在大斷面洞室施工時，還採用先拱後牆法與核心支持法、先拱後牆法與正台階法等的混合方案。

爆破開挖

隧道及地下工程施工的爆破與一般石方工程的爆破要求不同。為了便於裝碴和不損壞附近的臨時支撐或永久性襯砌，不使岩層爆得粉碎或碎落的岩塊過大，又不使爆破時的岩塊拋擲很遠，故一般用鬆動爆破。由鑽眼、裝藥、封口、起爆、排煙、臨時支護和出碴等作業，組成一個爆破循環，其中鑽眼和出碴占用大部分時間，應使之機械化，如採用鑿岩機、裝碴機、礦用牽引機車等。

為了提高爆破效果，避免超挖或欠挖，並使坑道的輪廓符合設計要求，除須根據岩層情況和坑道斷面大小，選擇炮眼的數目、直徑、深度和裝藥量等參數之外，炮眼布置也是重要影響因素。

為了在爆破時開闢新的自由面（即臨空面），不論在導坑開挖還是在全斷面開挖時，通常在開挖面上布置位於中央的掏槽眼，及其周圍用以擴大爆破範圍的輔助眼，和控制開挖面輪廓的周邊眼等三類炮眼，並按先掏槽後周邊的次序先後起爆。掏槽眼的布置形式一般有直眼掏槽和斜眼掏槽。前者的炮眼軸線與開挖面垂直，可將幾個掏槽眼布置成一字形、梅花形或螺旋形；斜眼的軸線則與開挖面斜交，並隨地質構造的不同，布置成楔形、錐形或扇形。

礦山法

爆破材料大多採用威力較低、價格較廉的硝銨炸藥，有水時則用硝化甘油炸藥。起爆時以往大多用火雷管作火花起爆；後來改用電雷管、毫秒雷管，用電起爆；近期又出現用導爆管的非電起爆。

爆破開挖時，為保證開挖面輪廓準確而平整，並控制對圍岩的震動，近年來，在爆破技術上發展和套用了光面爆破、預裂爆破和毫秒爆破等新技術(見爆破技術)，達到了預期的爆破效果。

礦山法常用設備 芬蘭Normet公司的噴漿台車、混凝土台車、高空作業車、炸藥台車、撬毛台車，SADVIK和ATLAS的鑿岩台車。

常用方法

台階法、CD工法(跨度大)、CRD工法、雙側壁導坑法、聯拱隧道中洞法。