9 3,矿山法勘察9、3.1、矿山法施工的工艺较多,工法名称尚没有统一的规定,目前常见的矿山法施工的开挖方法一般包括全断面法、上半断面临时封闭正台阶法,正台阶环形开挖法、单侧壁导坑正台阶法。双侧壁导坑法，眼镜工法、中隔墙法、CD法。CRD法，中洞法.侧洞法。柱洞法.洞桩法,PBA法 等方法开挖,9.3,2.矿山法隧道轴线位置选定.隧道断面形式和尺寸，洞口、施工竖井位置和明,暗挖施工的分界点的选定,开挖方案及辅助施工方法，围岩加固.初期支护等与工程地质条件和水文地质条件密切相关 岩土工程条件对矿山法施工工法工艺的影响主要体现在以下几个方面，1.矿山法隧道的埋置深度应根据运营使用和环境保护要求结合地层情况通过技术经济比较确定，无水地层中、在不影响地铁运营和车站使用的前提下。宜使区间隧道处于深埋状态,以节约工程费用，但在第四纪土层中往往难以做到，这种情况在选择隧道穿越的土层时,最好使其拱部及以上有一定厚度的可塑一硬塑状的黏性土层,以减少施工中的辅助措施费用,有条件时宜把隧道底板置于地下水位以上 在综合以上考虑的基础上.隧道的埋深宜选择较大的覆跨比，覆盖层厚度与隧道开挖宽度之比 2、矿山法地铁隧道的结构断面形式，应根据围岩条件、使用要求、施工工艺及开挖断面的尺度等从结构受力，围岩稳定及环境保护等方面综合考虑合理确定.宜采用连接圆顺的马蹄形断面.围岩条件较好时、采用拱形与直墙或曲墙相组合的形状.软岩及土、砂地层中应设仰拱或受力平底板,浅埋区间隧道,一般采用两单线平行隧道、岩石地层中则采用双线单洞断面较为经济，也有利于大型施工机具的使用、土层中的车站隧道 一般采用三跨或双跨的拱形结构。岩石地层中的车站隧道、从减少施工对围岩的扰动和提高车站的使用效果等方面考虑.宜采用单跨结构，矿山法车站隧道,视需要也可做成多层 视地层及地下水条件、环境条件，施工方法及隧道开挖断面尺寸的不同。矿山法隧道可选用单层衬砌或双层衬砌。轨道交通行车隧道不宜单独采用喷锚衬砌、当岩层的整体性好、基本无地下水,从开挖到衬砌这段时间围岩能够自稳.或通过锚喷临时支护围岩能够自稳时。可采用单层整体现浇混凝土衬砌或装配式衬砌 双层衬砌一般用于。级围岩或车站，折返线等大跨度隧道中,其外层衬砌为初期支护.由注浆加固的地层，锚喷支护及格栅等组合而成、内层衬砌为二次支护,大多采用模筑混凝土或钢筋混凝土，4、开挖方法对支护结构的受力、围岩稳定 周围环境 工期和造价等有重大影响,对一般的单双线区间隧道和开挖宽度在15m内的其他隧道,可根据地层条件、埋深 机具设备及环境条件等，从图1中选择合适的开挖方法,车站隧道的开挖方法则要根据结构型式、跨度及围岩条件等来选择,例如,埋置于第四纪地层中的北京西单地铁车站 采用双层三跨拱形结构覆盖层厚度6m、隧道开挖尺寸为26、14m、宽。13.5m。高、采用侧洞法施工 首先开挖两侧的行车隧道、完成边洞的二衬及立柱后,再开挖中洞并施作中洞拱部及仰拱的二衬.侧洞采用双侧壁导洞法开挖。埋置于岩石地层中的大跨度单拱车站隧道 当地层较差或为浅埋时。多采用品字形开挖先墙后拱法施工，在,类围岩中的深埋单拱车站.也可采用先拱后墙法施工.图1.中小跨度单跨地铁隧道的开挖方法,关于辅助施工方法、在土。砂等软弱围岩中,遇下列情况在隧道开挖前应考虑使用辅助施工方法、1，采用缩短进尺,分部开挖和及时支护等时空效应的综合利用手段仍不能保证从开挖到支护起作用这段时间内围岩自稳时.2 在隧道上方或一侧有重要建，构,筑物或地下管线需要保护、采用以上时空效应综合利用手段或设置临时仰拱等常规方法仍不能把隧道开挖引发的地面沉降控制在允许范围以内时,3、开挖及出渣等需要采用机械化作业或因工期要求。不允许通过以上缩短进尺等措施作为主要手段来稳定围岩和控制地表沉降时、4。需处理地下水时 作为稳定围岩和控制地面沉降的辅助施工方法大致可分为预支护和围岩预加固两类,常用的预支护方法有超前杆或超前插板,小导管注浆 管棚.超前长桩 预切槽,管拱和超前盖板等 围岩预加固有垂直砂浆锚杆加固和地层注浆等，作为地下水处理的辅助施工方法有降排水法 气压法。地层注浆法和冻结法，辅助施工方法的选择与地层条件.隧道断面大小及采用目的等因素有关。并对工程造价和施工机具的配置等产生直接影响，5,预支护与围岩预加固.工程实践和理论分析证明 隧道开挖过程中。围岩应力状态的改变和松弛将波及开挖面前方一定范围内的地层，所以提高开挖面前方土体强度和改善其受力条件、是保证开挖面稳定和控制开挖产生过大沉降的重要手段,因此、预支护和围岩预加固就成为土质浅埋隧道中经常使用的施工措施，所谓预支护、就是在隧道开挖前 预先设在隧道轮廓线以外一定范围内的支护，有的还与开挖面后方的支架等共同组成支护体系.超前杆和小导管注浆是一般土质隧道采用较多的预支护方法。前者适用于拱顶以上黏性土地层较薄或为粉土地层.后者多用于砂层或砂卵石地层，它们能有效地防止顶部围岩坍塌、在一定程度也有利于提高开挖面的稳定度，但由于预支护长度短,一般3m。5m.在特别松软的地层中.难以有效地支承开挖面前方破坏棱体上方的土体、此外.对限制土体变形的作用也不够明显、所以国外在对地层扰动大或开挖成型困难的超浅埋隧道。多连拱隧道和平顶直墙隧道。都无例外地采用了管棚等大型预支护手段。管棚和超前长桩是对传统预支护手段的重大改进.不仅把预支护长度增加到10m 20m以上,有的还在开挖面前方形成空间刚度很大，纵横两个方向均能传力的伞状预支护体系。因而对控制开挖产生的地面沉降特别有效、一种常见的超前长桩是意大利人开发的旋喷水平桩.利用专用设备.根据土层分别选用不同的注浆方法及注浆材料 可以在隧道外周构筑直径0 6m，2.0m的砂浆桩 在砂性土中。采用单管法.使用水泥浆加固。砂浆桩的直径为0、6m，0.8m.在淤泥和黏性土中 采用双重管法，用压缩空气.水泥浆加固 砂浆桩的直径为1，2m 若采用三重管法 用压缩空气.水、水泥浆加固，砂浆桩的直径可达2.0m。管拱实际上是一种直径达2m的巨型钢筋混凝土超前长桩.它同时又作为隧道主要承载结构的一部分、米兰地铁verriezia车站采用了这一技术。车站主体为净跨22.8m.净高16m的单拱隧道，开挖宽度达28m。覆盖层厚度为4m 5m.埋置于砂砾和粉细砂组成的地层中,先在墙脚处开挖两个侧导洞并浇筑混凝土.在车站两端的竖井内沿隧道顶部依次顶入12根覆盖整个车站的钢筋混凝土管、在管内充填混凝土,从侧导洞沿拱圈每隔6m开挖一个弧形导洞.施作支承顶管的钢筋混凝土拱肋，在管拱的下面开挖隧道。施作仰拱 实测施工引起的地面沉降为10mm.14mm、预切槽法是在隧道开挖前。沿隧道外轮廓用专用设备切出一条1.5m.5，0m的深槽,当为土质隧道时必须用喷混凝土立即充填，形成一个预拱。它可用于开挖断面积为30m2 150m2。土质比较均匀的隧道、围岩预加固多用于浅埋隧道或对地面沉降控制特别严格的隧道 其中垂直砂浆锚杆加固、是在地面按一定间距垂直钻孔后，设置一直伸到拱外缘的砂浆锚杆，用以加固地层,注浆法则常与封闭地下水的目的配合使用,7,地下水对矿山法施工隧道的设计,施工,使用以及由它引发的环境问题的影响.主要表现在以下两个方面。一是隧道施工中。地下水大量涌入.不仅影响正常作业 严重的还会导致开挖面失稳 事故统计资料表明 塌方总量的95、都与地下水有关、二是在某些地层中由于施工降水措施不当 或在隧道建成后的运营过程中.由于长期渗漏造成城市地下水位的大幅度变化.引起周围建筑物因沉陷过大而破坏、此外,在粉状土中长期渗漏会把土颗粒带进隧道.最终将削弱对隧道的侧向和底部支撑。严重时可导致隧道破坏.地下水的处理 必须因地制宜。结合隧道所处地质条件,环境条件及施工方法等。选择经济，适宜的方法，9,3,3、本条规定了矿山法的重点勘察内容。1,3，第四纪覆盖地区土层的密实度,自稳性.地下水。饱和粉细砂层等。基岩地区的基岩起伏 结构面,构造破碎带.岩层风化带,岩溶 地热、温泉.膨胀岩等。以及隧道分布范围内的古河道.古湖泊，地下人防,地下管线.古墓穴,废弃工程残留物等均是影响矿山法隧道施工安全的重要因素。应重点查明其分布和范围、对人体带来不良影响的各种有毒气体 以及能形成爆炸,火灾等可燃性气体，统称为有害气体,除洞内作业生成的以外 从地层涌出的有害气体主要包括缺氧空气 硫化氢、H2S。二氧化碳、CO2。二氧化氮.NO2。有机溶液的蒸气及甲烷等天然气.其中垃圾及沼池回填地中的甲烷属可燃性气体、由于它的比重仅约为空气比重的一半，极易沿地层的裂隙上升到地表附近、是隧道施工中遭遇频度最高的一种有害气体。硫化氢气体主要产生于火山温泉地带，它可燃，能引起人员中毒、还会腐蚀衬砌结构,缺氧气体多出现在以下地层中,1。在上部有不透水层的砂砾层或砂层中.由于抽取地下水或用气压法施工等原因。使地下水完全枯竭或含水量大量减少.如果地层中含有氧化亚铁等还原物质或有机物等 就会与空气产生氧化作用而消耗氧气.使之变为缺氧气体 2，含有甲烷或其他可燃气体时，在通风不良的隧道或竖井中 因施工作业大量消耗氧气，使空气中氧气浓度降低，也会导致缺氧。人体吸入氧气浓度低于18。的缺氧空气而产生的各种病症.称为缺氧症，低于10。时能造成神志不清或窒息死亡。5,隧道突水、涌砂、开挖面坍塌、冒顶，边墙失稳，洞底隆起 岩爆，滑坡。围岩松动等是矿山法施工常见的工程地质问题.会给隧道施工带来灾难性的后果、勘察过程中应根据所揭露的地质条件。预测其可能发生的部位并提出防治措施建议、是矿山法勘察的重要内容之一.9.3、5 掘进机是一种先进 高效的开挖设备 它根据以剪裂为主的滚刀破岩原理。充分利用了岩石抗剪强度较低的特点 尤其适用于长隧道的施工。但它也存在以下问题。1，掘进机掘进速度取决于岩石硬度 完整性和节理情况.节理越密、掘进越快。节理方向与掘进方向的夹角在45.左右,掘进速度较快。节理平行或垂直掘进方向 速度较慢,在软岩中最快,但在断层.溶岩发达区则问题较多。还出现过难以用正常方法掘进的实例，因此，事前对沿线地质进行深入细致的调查,对掘进机的选型、设计、估算工程进度等都至关重要，2，工作中刀片消耗极大。需要经常更换.9,3。6 爆破对地面建筑和居民的主要影响表现在爆破地震动效应和爆破噪声 爆破地震动在达到一定的量值之后，不仅引起建筑物的裂损和破坏，而且也会影响居民的正常生活、大量的试验观察结果表明.地震动对建筑物的破坏和对居民的影响与爆破产生的地面震动速度关系极大,爆破噪声也与爆破地面震动速度关系密切，所以各国大都把爆破产生的地面震动速度作为评价爆破次生效应的基础 制定出建筑物和人员所能承受的地面安全震动速度标准.据现行国家标准。爆破安全规程 GB 6722规定、不同类型建筑物地面安全震动速度为、土窑洞 土坯房。毛石房屋，1 0cm。s.一般砖房 非抗震的大型砌块建筑物，2cm，s，3cm、s。钢筋混凝土框架房屋.5cm，s、9 3 7 洞桩。柱 法一般用于城市轨道交通工程的暗挖车站工程。通过先施工上下导洞,在上导洞中向下导洞中施作立柱或桩、柱下要施作基础，通常桩或柱需要承担上部荷载，边桩还要承担侧向岩土压力 在桩或柱体的支护下、再进行车站的开挖.这种开挖方式又称为PBA法或暗挖逆筑法、勘察时,根据该工法的特点提供地基承载力.桩基承载力及变形计算的岩土参数。以及侧向土压力计算参数是勘察工作的重要内容 9 3，8。气压法是在软弱含水地层中、向开挖面输送能抵抗水压力的压缩空气.以控制涌水、保证开挖面稳定的一种开挖隧道的方法、覆盖层厚度 土的粒径.颗粒组成 密度 土的透气性 地下水状态和隧道开挖断面的大小等对压气作用的效果影响很大。一般在黏性土地层中.压气效果显著 在粉土地层中。由于透水性小.压气效果较好。但当覆盖层薄和气压高时 有造成地表隆起的危险、而气压过低又容易使隧道底部呈现泥泞状态、引起开挖面松弛，这时 应结合实际情况，及时调整气压 在透水性和透气性大的砂土地层中.当开挖面的顶部有一层不透水的黏性土层时。也是一种使用气压法施工的较好条件、如果砂土中黏土成分占30。40.则有一定的压气效果。在黏土含量在15 20，以下的砂层中。当覆盖层薄或上部无不透水层时.过高的气压有使地表喷发的危险,此时往往需要与注浆法或降低地下水位法同时使用.当隧道开挖断面较大时,由于隧道底部的气压无法平衡外部的水压力，有可能出现涌水甚至是流砂,而隧道顶部由于，过剩压力 而导致的地层过度脱水、又极易引起地层坍塌,