采用钻爆法开挖，以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤 换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法称为传统的矿山法。传统的矿山 法主要特点是采用大量的钢、木支撑和刚度较大的单层衬砌，不进行施工量测等。近儿年， 随着施工机械的发展，传统矿山法明显不符合围岩力学的基本原理，并且不经济，已逐渐被 新奥法所取代，只有在一些不便采用喷锚支护的地质条件时或缺少大型机械的短隧道中采用。
本节主要介绍隧道采用传统矿山法施工的施工程序和基本原则、施工工序以及施工基本要求等。
传统矿山法施工的基本原则是:少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌。
(1)少扰动,是指在进行隧道开挖时,要尽量减少对围岩的扰动次数、强度、范围和持续时间。采用钢支撑,可以增大一次开挖断面的跨度,减少分部开挖次数,从而达到减少对围岩的扰动次数。
(2)早支撑,是指开挖坑道后应及时施作临时构件加以支撑,使围岩不致因变形松弛过度而产生坍塌失稳,并能承受围岩松弛变形产生的压力—早期松弛荷载。定期检查支撑的工作情况,若发现变形严重或出现损坏征兆,应及时增设支撑予以加固和加强。作用在临时支撑上的早期松弛荷载大小,可比照设计永久衬砌的计算围岩压力大小来确定。临时支撑的结构设计,也采用类似于永久衬砌的设计计算方法,即结构力学方法。
(3)慎撤换,是指拆除临时支撑而代之以永久性模筑混凝土衬砌时应慎重,即要防止在撤换过程中围岩坍塌失稳。每次撤换的范围、顺序和时间要视围岩稳定性及支撑的受力状况而定。若预计到不能拆除,则应在确定开挖断面大小及选择材料时就予以硏究决定。使用钢支撑作为临时支撑,一般可以避免拆除支撑带来的麻烦和不安全因素。
(4)快衬砌,指拆除临时支撑时要及时修筑永久性混凝土衬砌,并使其能尽早承载参与工作。若采用的是钢支撑又不必拆除,或无临时支撑时,也应尽早施作永久性混凝土衬砌,防止坑道壁裸露时间过长风化侵蚀围岩、强度降低、产生变形过大等情况的发生。
传统矿山法的施工工序,可按衬砌的施作顺序分为先墙后拱法和先拱后墙法两种。
它通常是在隧道开挖成形后,再由下至上施作模筑混凝土衬砌。先墙后拱法施工速度较快,施工各工序及各工作面之间相互干扰较小,衬砌结构的整体性较好,受力状态也比较好。
它是先将隧道上部开挖成形并施作拱部衬砌后,在拱圈的掩护下再开挖下部并施作边墙衬砌。先拱后墙法施工速度较慢,上部施工较困难。但是当上部拱圈完成之后,下部施工就较安全和快速。先拱后墙法施工衬砌结构的整体性较差,受力状态不好,并且拱部衬砌结构的沉落量较大,要求的预拱度较大,增加了开挖工作量。
传统的矿山法常用的开挖、支撑、衬砌的施工顺序参看图4-2
传统矿山法施工,其各工序相互联系较密切,互相干扰较大。因此,应注意统一组织和协调,重视处理好开挖与开挖、开挖与支撑、支撑与衬砌、衬砌与开挖之间的相互关系。若围岩较稳定或支撑条件较好,则应尽量将各工序沿隧道纵向展开,以减少相互干扰,保证施工安全、施工质量和施工进度等。
临时支撑容易受爆破的影响,因此在采用钻爆法掘进时,除应注意严格控制爆破对围岩的扰动外,还应尽量减少爆破对支撑的冲击破坏。
考虑到隧道开挖后,围岩的松弛变形、衬砌的承载变形、立模时放线和就位误差的存在,为了保证衬砌厚度及其净空不侵入建筑限界,在隧道开挖及衬砌立模时均应预留沉落量。开挖预留变形量应根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和支护情况等条件来确定,采用工程类比法预测,当无预测值时可参照表4-2选用,并应根据现场监控量测结果进行调整。
采用先拱后墙法施工时,边墙马口(即指先拱后墙法施工时的边墙部位)的开挖应左右交错开挖,不得对开。同一侧的马口宜跳段开挖,不宜顺开。先开马口,应开在边墙围岩较破碎的区段,且长度不能太长,一般不超过2~4m,并且及时施作边墙衬砌。后开的马口应待相邻边墙刹肩(即墙顶与拱脚封口)混凝土达到一定强度后方可开挖。马口开挖顺序还应与拱部衬砌施工缝、衬砌变形缝、辅助洞室位置统一考虑,合理确定。马口开挖时,应严格控制爆破,以防止炸裂拱圈。采取以上措施的目的均是为了减少拱部衬砌下沉和防止掉拱。洞身开挖必须清除大块浮石。
在保证工程质量的前提下提高经济效益,除完整稳定围岩外,施工时必须配合开挖及时支护,确保施工安全。明洞和洞口工程土石开挖不得采用大爆破;石质陡坡应先加固再进洞,尽量保持原有仰坡稳定;松软缓坡开挖边坡时,应事先放出开挖线,由上而下进行随挖随支护。
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