分断面两次开挖及台阶法在巷道施工技术中的应用与解析

发布时间:2024-06-29

分断面两次开挖及台阶法在巷道施工技术中的应用与解析

矿山大课堂 矿山大课堂 2024-06-28 15:19 北京

在巷道及地下空间的建设领域，施工技术的选择对于确保工程质量和施工效率至关重要。本文将深入探讨两种常见的开挖技术——分段面两次开挖法和台阶法，分析其适用条件、优缺点及施工要点，旨在为读者提供清晰的技术指导。

一、分段面两次开挖法概述

首先，让我们来看看分段开挖法。顾名思义，分段开挖法是将巷道的整体断面分成两部分，分别进行两次开挖。与全断面一次开挖相比，分段开挖法的稳定性相对较差，但相对较为稳定。也就是说，在稳定岩层中，如果断面较大、长度较短且需要快速施工以探明另一条巷道的地质情况，则应采用分段开挖法。根据你的分段面顺序，可以分为三类。第一种是上断面先行施工法，第二种是下断面先行施工法。也就是说，你是先施工上面还是先施工下面，分为两类。另外，在下面我先用打一个导洞，再进行全断面扩挖，这也是一种分断面施工的方法。这是采用下先导动后全断面开挖的一种方法的示意图。实际上，无论采用上断面开挖、下断面先行开挖还是先导动在全断面扩挖，第一个断面开挖之后，都可以为后面一个断面形成更多的自由空间。比如，在进行下断面开挖时，我可以既水平打又垂直打，这样就提高了爆破效率，也就是引出了这种方法的施工优点。

分段面两次开挖法，作为分段多次开挖法的重要组成部分，其核心理念在于将巷道断面分割为两个或更多部分，分阶段进行开挖。该方法适用于断面较大、岩层稳定性较好且长度较短的巷道施工环境，尤其适合于需要快速施工以探索相邻结构地质情况的场合。具体实施中，分段面开挖可以细分为上段面先行、下段面先行及先导洞后全断面扩挖三种策略。

上断面先行施工法允许下层开挖与上层钻孔同步进行，有效提升施工进度；下断面先行施工法则利用下层开挖产生的碎石作为自然平台，上层作业时可直接站立其上进行钻孔作业，避免了大型井架的使用，提升了施工效率；先导洞后全断面扩挖通过先期开凿导洞释放高应力，为后续开挖创造更为稳定的作业环境，同时快速探明地质状况，为施工决策提供依据。

二、技术优势与局限

首先，降低了开发尺寸，避免了大型设备的使用，从而降低了造价。如果巷道断面较大，采用全断面一次开挖需要大型设备或架子才能满足施工要求。而采用分段面则不需要这些大型设备，因此造价较低。

第二个优点是施工灵活，可以及时改变。在进行第一个断面施工时，我们可以提前探明前面的地质情况，以便及时调整下一个断面的施工方法。第三个优点是增加了自由面，减少了钻爆的成本。正如前面的图表所示，在进行后一个断面施工时，炮眼既可以向下打，也可以水平打。第四个优点是提前探测了工程地址。最后一个不是优点，而是缺点，造成了工期的延长。因为在同一个长度上需要组织两次施工，所以工期比较长。

针对上断面先行、下断面先行和先导动的不同特点，它们有不同的施工方式。例如，在上断面先行施工时，下分层在开挖时可以与上端面钻孔同时进行，从而提高施工进度。而在采用下断面先行施工时，上断面在进行钻井爆破时，可以在下端面崩出的碎渣上进行钻眼，避免使用大型井架，从而提高施工效率。先导动后断面的优点是提前释放高应力，有利于其他开发，并且探明地址情况的速度非常快，对施工有利。

小结：

分段面两次开挖法的优势主要体现在以下几个方面：首先，它显著减小了开挖尺寸，避免了大型设备的依赖，有效控制了成本。其次，施工灵活性得以增强，首段开挖能够为后续施工提供地质信息，便于施工方案的即时调整。此外，增加的自由面减少了钻爆成本，提高了爆破效率。然而，该方法的缺点也很明显，即由于需分阶段施工，导致整个工程周期延长。

三、台阶法详解

下面来看一下台阶法。台阶法是什么意思呢？可以从字面上理解，即将巷道的断面分成若干个分层。通常情况下，分段面两次开发一般分为两层，而台阶法则至少分为两层，甚至可以分为三层或更多。将断面分成多个分层后，在一定距离内呈台阶状同时推进。我们可以想象一下我们平时上楼梯的情况，这就是台阶法的特点。首先，它缩小了断面的高度，不需要使用笨重的钻孔设备，与分段面施工法相同。其次，当进行下一层台阶施工时，有两个凌空面，这样爆破效率就会更高，效果也会更好。

根据台阶布置形式不同，可以分为两类。一种是正台阶，即先开挖上部台阶，然后再开挖下部台阶；另一种是反台阶，即先开挖下部台阶，然后再开挖上部台阶。最常用的方法实际上是正台阶法。同学们可以看一下这张图，这是先开挖上部断面，待开挖到一定距离后，再同时开挖下部断面的一种施工方法。这张图将断面分成了三个台阶，有一定的距离间隔。根据间隔的不同，还可以分为长台阶、短台阶和微台阶。这取决于现场实际的地质情况以及设备图中断面上的阿拉伯数字和罗马数字，它们分别代表开挖的顺序和支付的顺序。.

正台阶法适用于围岩稳定性好的巷道，开挖后不需要或仅需临时支护。在土层巷道中也可以使用，特点是工序少，可分成2-3个，相互干扰小。上部钻孔可同时进行，无需支撑和棚架，节省大量木材支护。    

台阶法是另一种重要的巷道开挖技术，它将巷道断面分成多个水平或近乎水平的台阶状分层，逐层向下开挖。这一方法不仅限于两层，根据实际情况，可灵活扩展至三层或更多，形成长短不一的台阶序列。台阶法施工可分为正台阶和反台阶两种基本类型，其中正台阶法更为常见，即先开挖上层台阶，再依次向下进行。

台阶法的核心优势在于，通过减小每个台阶的高度，降低了对重型钻孔机械的需求，同时，每个台阶在爆破时拥有两个自由面，显著提升了爆破效率和效果。在土层巷道中，正台阶法因工序简洁、相互干扰小，且能节省大量支撑材料，成为首选方案。

四、应用注意事项

在应用正台阶法时需要注意以下几点。首先，台阶数量不宜过多，台阶长度也不宜超过隧道宽度的1.5倍。因为台阶越多，生产组织的次数也就越多，每次组织生产都需要全套管理人员管理工序，增加了管理难度。其次，要避免台阶之间相互干扰，即上台阶施工和下台阶施工不能相互干扰，以免因下台阶爆破而损坏上台阶。最后，应使用密布中小的泡眼。在第四点需要注意的是，应该采用光面爆破或预裂爆破技术。这样可以减少爆破对围岩的扰动，从而提高整体围岩的稳定性。另外，一般需要将开挖分为1到2个台阶进行，台阶数要少一些。小结：

首要的是控制台阶数量与长度，以不超过巷道宽度的1.5倍为宜，以减少管理复杂度和相互干扰的风险。其次，必须确保台阶间的独立性，防止上下台阶作业相互影响，造成安全隐患。此外，采用光面爆破或预裂爆破技术，可以有效减少对围岩的扰动，维持巷道的稳定性。最后，施工中应采用密集的中小直径炮眼，以进一步提升爆破效率。

五、结论

综上所述，分段面两次开挖法与台阶法各自具有独特的优势和适用场景，前者在快速施工和成本控制方面表现突出，后者则更适用于复杂地质条件下，通过分层开挖保障施工安全与效率。在实际工程实践中，应综合考虑地质条件、成本预算、施工周期等多方面因素，灵活选择并优化开挖策略，以实现巷道建设的最佳效益。随着技术进步和施工经验的积累，未来巷道施工技术将更加精细化、智能化，进一步推动地下空间的有效开发与利用。