隧道工程矿山法施工的工程地质与施工方法分析

摘要：本文通过介绍矿山法施工的基本施工原理以及矿山法施工常用的几种施工方法，着重分析了先拱后墙法、漏斗棚架法、正反台阶法、全断面法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法等施工方法所使用的工程地质以及施工方法。

关键词：隧道施工矿山法施工工程地质施工方法

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1、矿山法施工

矿山法施工是一种较为传统的隧道施工方式，属于暗挖法的一种，其基本原理是松弛荷载原理，即对隧道进行开挖施工之后，隧道会受到爆破作用的影响，使得岩体发生破裂并处于一种非常松弛的状态，非常容易发生坍塌现象。基于这种原理，矿山法施工采用的方法是将隧道分割成若干部分，然后按照分部顺序对隧道进行逐块开挖，并且一边开挖一边对其进行支撑以保证其不会发生坍塌现象。支撑方式主要有木材支撑和钢制材料支撑，由于木材韧度不够且容易折断变形等，所以目前已经很少使用，大部分都是使用钢制材料作为支撑。

按照衬托砌筑施工的顺序，矿山法施工可以分为先拱后墙法、先墙后拱法以及综合方法。其中，先墙后拱法包括很多细分方法，例如：漏斗棚架法（又称下导坑先墙后拱法）、台阶法、上下导坑先墙后拱法、单侧壁导坑先墙后拱法、双侧壁导坑先墙后拱法等。综合方法主要包括：蘑菇形法。此外，矿山法施工方法还包括全断面法、CD法（中隔墙法）、CRD法（交叉中隔墙法）、中洞法、侧洞法、桩洞法、柱洞法等。

2、隧道工程矿山法施工适用的工程地质

工程地质的主要内容包括：岩土组成成分、岩土物理性质、岩土的化学性质、岩土的强度应变力等力学性质、岩土的微观结构以及岩土对隧道稳定性影响等。在隧道工程中，对工程地质的描述主要包括稳定性差的松软岩土层、稳定性强的坚硬岩土层以及稳定一般的岩土层等。下面我们介绍一下先拱后墙法、漏斗棚架法、台阶法、全断面法、上下导坑先墙后拱法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法、CD法（中隔墙法）这几种方法适用的所适用的岩土层。

先拱后墙法：主要适用于松软的稳定性差的岩土层，此外也可以用于坚硬稳定岩土层中高度较高、跨度较大的隧道施工。

漏斗棚架法：该方法主要适用于稳定性强的坚硬的岩土层，在铁路隧道施工中，曾得到过广泛应用。

台阶法：台阶法分为正台阶法和反台阶法两种。正台阶法主要适用于在稳定性差的松软的岩土层中施工。反台阶法主要适用于在稳定性强的坚硬的岩土层中施工。

全断面法：主要适用于坚硬稳定岩土层中的小型断面隧道施工以及中型断面隧道施工。

上下导坑先墙后拱法：主要是在稳定性差的松软的岩土层中使用，但是该方法需要较多的木质材料作为支撑，还需要多次替换等，施工起来非常麻烦且安全系数很低，所以在我国隧道施工中几乎没有采用过这种方法。

蘑菇形法：这种方法主要应用于稳定性一般的岩土层施工，在铁路工程隧道施工以及大断面隧道施工中都有使用。

侧壁导坑先墙后拱法：该方法主要是在大跨度隧道工程施工时使用。其经常应用于松软不稳定岩土层中的大跨度隧道施工，也经常应用在周围岩土压力很大、地层结构不稳定的大跨度隧道工程施工。此外，在坚硬稳定的岩土层结构中，也常采用侧壁导坑先墙后拱法修建大跨度隧道。

CD法（中隔墙法）：主要应用在稳定性差的松软岩土层中的隧道施工。

在实际应用中，工程地质远要比我们描述的复杂得多，所以隧道工程施工中，也经常会把几种矿山施工方法结合起来使用。有些时候，也会因为特殊的工程地质条件，而在某些步骤或者工序中稍作一些改变。我们将上面的几种矿山法施工方法归纳起来，可以看出：在松软不稳定的岩土层中进行隧道开挖，可以使用的方法有：先拱后墙法、正台阶法、上下导坑先墙后拱法、CD法（中隔墙法）等。在坚硬稳定的岩土层中进行隧道开挖，可以使用的方法有：漏斗棚架法、反台阶法等。在稳定性一般的岩土层中进行隧道开挖，可以使用的方法主要为蘑菇形法。全断面法主要适用于稳定坚硬岩层中的中小断面隧道开挖。侧壁导坑先墙后拱法则适用于大跨度隧道工程施工。

3、隧道工程矿山法施工的施工方法分析

我们主要对先拱后墙法、漏斗棚架法、正反台阶法、全断面法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法进行施工方法分析。

先拱后墙法：主要是指在施工过程中，先对拱顶进行砌筑施工，后对边墙进行砌筑施工的方法。首先开挖中间底部，然后开挖拱顶，并进行砌筑支撑工作，顺着拱顶往下再向边墙上层部分开挖，接着向边墙中下层进行开挖，并砌筑边墙。

漏斗棚架法：主要是指在施工过程中，先对边墙进行砌筑施工，后对拱顶进行砌筑施工的方法。首先从隧道中间的底部开始向拱顶处进行开挖，接着从两边边墙的上层断面开始向边墙下层进行开挖，并先将边墙砌筑起来，再顺着边墙往上将拱顶砌筑起来。

台阶法：正反台阶法的第一步都是先将断面分层并进行测量，正台阶法接下来利用钻眼爆破方法从上层台阶开始往下开挖，然后经过喷射混凝土、下放锚杆、上层设置钢筋网、用钢架作支撑、装置脚锚杆、混凝土二次喷射等步骤，完成开挖。反台阶法是利用钻眼爆破方法从下层台阶开始往上开挖，然后都再经过喷射混凝土、下放锚杆、设置钢筋网、用钢架作支撑、混凝土二次喷射完成开挖。

全断面法：这种施工方法是将整个断面进行一次性开挖的方法，经常会用到矿车、装碴机等大型机械设备。

蘑菇形法：是将先拱后墙法和先墙后拱法结合起来的一种方法，开挖顺序是先对断面中间底部进行开挖，然后沿中间底部往上开挖出一个底部小的面，接着对断面的整个上层部分进行从下往上的开挖，直到挖到拱顶，然后再对断面的边墙中下层进行开挖，在开挖过程中，对松弛的地方或者易于坍塌的地方做支护。

侧壁导坑先墙后拱法：首先对侧壁的一部分开挖，利用锚杆、喷射混凝土、钢筋网以及钢架进行联合支护，将中隔墙以及仰拱部分进行临时支护，形成支护圈；然后错开已开挖部分合适的距离，开始开挖侧壁的第二部分，支护同第一部分一样；接着在墙壁另一侧以同样的方式开挖第三部分与第四部分，接着分别开挖隧道顶部以及底部，并进行支护；最后拆除中隔墙等临时支护，并浇筑混凝土等，完成开挖。

4、结论

在隧道工程中，矿山法施工作为钻眼爆破方法的一种得到了广泛的应用，本文主要分析了矿山法施工中几种较为重要的施工方法，并介绍分析了它们所使用的工程地质环境以及施工方法。常用的矿山法施工方法主要包括先拱后墙法、漏斗棚架法、正反台阶法、全断面法、蘑菇形法、侧壁导坑先墙后拱法等。

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