硐室

硐室是一種未直通地表出口的、橫斷面較大而長度較短的水平坑道。其作用是安裝各種設備、機器，存放材料和工具，或作其他專門用途，如機修房、炸藥庫、休息室等。 ^[1] 

各種硐室的形狀、規格和結構差別很大，所穿過的岩石性質也不相同，所以施工方法也較多。這些施工方法可以分為以下三類：全斷面一次掘進法、台階工作面施工法和導硐施工法。分層施工法根據硐室的高度及地槽的深度，宜將硐室及地槽分為3～4個分層，每個分層施工時，應採用錨噴作臨時支護，宜從下向上連續施工。導硐施工法導硐斷面，不宜大於10m2，導硐掘進和硐室刷大，宜採用錨噴或金屬支架作I臨時支護，宜先完成硐室的永久支護，再施工地槽，地槽宜分段施行。 ^[2] 

硐室施工與一般巷道相比，具有以下特點：

①硐室的斷面大、變化多，長度則比較短，大型施工機械難於進入工作面施工。

②硐室往往與其他硐室、巷道、井筒相連，加之有的硐室本身結構複雜，故其受力狀態不易準確分析，施工難度較大。當圍巖穩定性差時，施工安全尤為重要。

③硐室的服務年限較長，工程質量要求高，不少硐室還要澆築機電設備的基礎，預留管線溝槽，安設起重梁等，故施工時要精心安排，確保工程規格和質量。

硐室施工，除應注意其本身特點外，還要和井底車場的施工組織聯繫起來，考慮到各工程之間的相互關係和合理安排。

硐室圍巖穩定性基本取決於自然因素(圍巖應力、巖體結構、岩石強度、地下水等)和人為因素(位置、斷面形狀和尺寸、支護方式、施工方法等)。在設計和施工時均應綜合考慮這些因素對硐室圍巖穩定性的影響。必須明確，硐室圍巖的穩定性與硐室施工方法有關，選擇硐室密集區域的硐室施工方法時，應合理安排硐室的施工順序並根據圍巖穩定性分析、判斷允許岩石暴露的面積和時間，以選擇合理的掘進方法。 ^[3] 

各種硐室的形狀、規格和結構差別很大，所穿過的岩石性質也不相同，所以施工方法也較多。這些施工方法可以分為以下三類。

(1)全斷面一次掘進法

全斷面一次掘進法，常用於圍巖比較穩定、斷面不是特別大的硐室。它和普通巷道施工法基本相同。在常規設備條件下，全斷面一次掘進硐室的高度，以不超過5m為宜。徐州大黃山煤礦的一570m水平水泵房，位於砂岩、砂頁岩中，斷面形狀為半圓拱形，掘進寬度4.4m，掘進高度3.1m，就是採用錨噴支護、全斷面一次掘進法施工的。

(2)台階工作面施工法

當採用全斷面一次掘進圍巖維護困難時，或者由於硐室的高度過大而不便於施工時，可以將整個硐室按全高分成幾個分層，施工時形成台階狀。上分層工作面超前施工的，稱為正台階工作面施工法，亦稱下行分層施工法；下分層工作面超前施工的，稱為倒台階工作面施工法，亦稱上行分層施工法。台階工作面施工法一般用在岩層穩定或比較穩定的條件下。

①正台階工作面(下行分層)施工法：根據硐室的全高，整個斷面可分為2～3個分層，每層的高度以2～3m為宜。某礦水泵房施工時，採用了正台階工作面施工法。上分層工作面高2.5m，超前2m左右；下層工作面呈

斜坡是為了便於溜放上分層工作面的矸石，在下分層用裝岩機裝巖，施工組織採用“兩掘一錨噴”。具體做法是隨掘隨噴一層5mm厚的水泥砂漿，用以臨時封閉圍巖，待掘進20～30m後，再按設計厚度噴射混凝土作為永久支護。錨杆有效長度為1.5m，間距0.7m，排距1.0m，方形佈置。

當硐室長度較小時，可將上分層全部掘噴完，然後再掘噴下分層。

若圍巖條件差，硐室採用砌碹支護，也可用正台階工作面施工法。此時上分層掘進錨杆掛網作為臨時支護。砌碹工作可有兩種方法：一是砌碹工作落後於下分層掘進工作面1.5～2.5m，砌碹隨下分層工作面前進逐步向前推進；另一種方法是先拱後牆砌築，即上分層採用短段掘砌，先砌好拱，並適當加大上分層的距離，使下分層爆破不損傷拱帽。採用先拱後牆施工法施工時，牆和拱問的工藝縫的處理要注意填滿硬砂漿。

②倒台階工作面(上行分層)施工法：下分層工作面超前，邊掘進邊砌兩側邊牆，上分層工作面則利用挑頂後的矸石作腳手架砌頂部碹。

(3)導硐施工法

導硐施工法是指巷道或硐室施工時，先以小斷面超前掘進，而後擴大到設計斷面的方法。導硐的位置、斷面應滿足通風和裝運的要求。根據導硐所在位置的不同，有中央下導硐施工法、頂部導硐施工法、兩側導硐施工法之分。對特大斷面硐室(如50m2以上)多采用兩側導硐施工。

①中央下導硐施工法：導硐位於硐室中部靠近底板，導硐斷面可按單軌巷道考慮以滿足機械裝巖為準。當導硐掘到預定位置後，再進行刷幫、挑頂，並完成永久支護工作。硐室採用錨噴支護時，宜用中央下導硐先挑頂後刷幫的施工順序。挑頂的矸石可用裝岩機裝出，挑頂後隨即安裝拱頂錨杆和噴射拱部混凝土，然後刷幫並噴射牆部混凝土。

對於砌碹支護的硐室，適用於中央下導硐先刷幫後挑頂的施工順序。在刷幫的同時完成砌牆工作，然後挑頂，完成拱部砌碹。

②兩側導硐施工法 在鬆軟、不穩定岩層中，為了保證硐室施工的安全，在兩側牆部的位置沿硐室底板開掘兩條小導硐，其斷面不宜過大，一般寬度為1.8～2.0m，高度為2.0m，以利控制頂板。掘一層導硐後隨即砌牆，再掘上一分層的導硐，矸石放在下層導硐裏一部分，代替腳手架，再接砌邊牆到拱基線位置。牆部完成後開始挑頂砌拱。拱部完成後再拆除中間所留的巖柱。 ^[4] 

硐室爆破是把硐室或井巷作為專用的裝藥空間，將大量炸藥裝填其中，達到一次起爆大量炸藥，完成大量土石開挖的爆破技術。硐室爆破具有施工快，工效高，不受氣候、交通等條件限制的特點，適用於山區交通、水利工程土石方開挖和大型露天礦山的剝離爆破等。我國是進行硐室爆破最多的國家之一。目前，萬噸級炸藥的爆破有三次，百噸級以上的達數百次。爆破工作者在工程實踐中創造了條形藥包硐室控制爆破、多邊界公路土石方硐室控制爆破和硐室加預裂一次成形爆破新技術，在保證爆破效果、控制爆破危害、降低工程成本、加快工程進度等方面取得了很好的社會和經濟效益。 ^[5] 

（1）按爆破作用特徵分類

①鬆動爆破。

②加強鬆動爆破(也稱減弱拋擲爆破)。

③拋擲爆破，包含定向拋擲、標準拋擲、加強拋擲三種類型。

④崩塌爆破。

在陡坡地形條件下，藥包的最小抵抗線W遠小於藥包中心至地面的高度H，抗高比W/H小於0.6的硐室爆破稱為崩塌爆破。

⑤混合型爆破。

根據爆破的目的和要求，可以使一次爆破同時具有以上多種爆破類型，稱之為混合型爆破。

(2)按藥室形態分類

①集中藥包硐室爆破

集中藥包以球形為標準：爆破作用範圍近似於球形，其爆破應力波為球面波向外傳播。一般認為高度不超過直徑4倍的圓柱形，或最長邊不超過其他任意最短邊4倍的直角六面體，都屬於集中藥包。

集中藥包的優點是藥室佈置靈活。如可較容易避開斷層、溶洞等地質構造薄弱面，可用多個集中藥包組合的形式控制斷層、溶洞等地質構造薄弱面對爆破效果的影響；對地形崎嶇的爆區，容易用輔助集中藥包改造地形，為主藥包創造理想的自由面。集中藥包的缺點是裝藥量集中，岩石破碎不均勻，大塊率高；在邊坡處佈置集中藥包時，對藥包附近基岩的破壞性影響比條形藥包大；導洞開挖工程量較大；爆破規模較大，並且

較大時藥室的體積大，其斷面形狀較複雜，藥室掘進難度較大，安全性較差。

集中藥包適用於地形、地質條件複雜，斷層、溶洞較多的爆區。

②條形藥包硐室爆破

通常將滿足

的藥包稱為條形藥包。也有從藥包淺埋岩土內因爆破產生的漏斗形狀特徵出發，認為在條形藥包的中段，爆破漏斗口半徑，一沿藥包縱軸線上有一段相同值時為條形藥包。因此用藥包的長度￡與藥包的最小抵抗線W之比作為判據，一般認為當Z/W≥2.0時為條形藥包。

條形藥包硐室爆破是在集中藥包硐室爆破的基礎上發展起來的。相對於集中藥包硐室爆破，條形藥包硐室爆破藥量分佈較均勻，爆破大塊率較低；條形藥包硐室爆破對藥包附近的基岩損壞範圍較小，若條形藥包佈置在永久邊坡處，則爆破對永久邊坡的損傷要比集中藥包小；同等藥量情況下，條形藥包的爆破震動強度比集中藥包低。條形藥包的缺點是藥包佈置不夠靈活。

在地形條件不十分複雜，工程地質條件較好(如無斷層、溶洞等)的爆區，應採用條形藥包。

③分集藥包硐室爆破

將條形藥包沿藥室軸線分割成若干個長度較短的裝藥段，裝藥段之間適當充填，這種藥包稱為分集藥包，也稱為條形藥包分段間隔裝藥微差爆破藥包，簡稱分段藥包。分集藥包的爆破作用特徵介於集中藥包和條形藥包之間。

分集藥包的優點是能充分適應複雜的地形、地質條件，如爆區內存在斷層、溶洞、軟弱夾層等，或同一個條形藥包硐室內的

值相差較大，或為了降低爆破震動強度，限制每個藥室的裝藥量，或因爆破規模不大，

值較小。若採用條形藥包連續裝藥結構，則不耦合係數過大時，均可採用分集藥包佈置形式。分集藥包的主要缺點是分段填塞工程量大，起爆網路連接和保護較複雜。

分集藥包多用於巖體內斷層和大裂隙較多，地形崎嶇不平，同一條條形藥室w變化突出或不耦合係數過大的爆破中。

④混合藥包硐室爆破

由於地形、地質以及施工等因素，一次硐室爆破中有時其藥包的形態既有集中藥包又有條形藥包，甚至還有分集藥包。這就是混合藥包硐室爆破。混合藥包一般用於爆破規模較大，爆區的地形、地質條件較複雜的硐室爆破中。 ^[5] 

斜坡應根據地形和開挖邊坡佈置藥包，儘量使設計斷面內的巖體鬆動或被大量拋擲，同時減輕爆破作用對基面和邊坡的損傷。

①一側邊坡不高時，經常採用的布藥方式是單層單排佈置藥包，並依據周圍環境情況和爆破要求採用拋擲爆破或鬆動爆破，如圖1中(a)所示。

②當路基較寬時，為了保護邊坡，減少大藥量藥包對邊坡的破壞，可採用單層雙排的布藥方式佈置雙排集中藥包或條形藥包。兩排藥包間採用毫秒延期起爆，前排藥包採用較大的參數，以有利於改善後排藥包的爆破效果以及減輕對邊坡的影響範圍，如圖1中(b)所示。

③在陡坡上，多采用單排雙層的布藥方式，如圖1中(c)所示。在條件適宜的地方，應儘可能採用崩塌或拋擲爆破。

④地形較陡、開挖路基(站場)較寬時，佈置最小抵抗線較大的藥包容易對邊坡產生較大的影響，此時一般採用多排多層的布藥方式，如圖1中(d)所示，以減小最小抵抗線的數值，降低裝藥量。同排上下層藥包、同段前後排的藥包採用延期雷管起爆。

⑤在斜坡上開挖雙壁路塹時，為保護邊坡，可佈置成雙層單排藥包，如圖1中(e)所示：上層設計成拋擲藥包，下層設計成鬆動藥包；上層先爆破，下層後爆破。

⑥對於山脊地形，一般在主山脊的正下方佈置主藥包，如圖1中(f)所示。當山脊較平緩厚實時，可在山脊下圍繞主藥包佈置輔助藥包，如圖1中(g)、(h)所示，也可佈置兩排或多排對稱的主藥包。

⑦在山脊地形條件下，在一側可以拋擲、另一側不允許拋擲的情況下，可將藥包偏離山脊的投影線，選擇兩側的最小抵抗線

、

和適當的

、

值，做到一側拋擲而另一側鬆動，如圖2所示。 ^[5] 

選擇藥包的最小抵抗線是硐室爆破中藥包佈置的核心問題。最小抵抗線應根據周圍環境和爆破要求而定，一般控制在15～25 m。

集中藥包硐室爆破中的藥包間距一般由下式計算。

對於中硬和堅硬岩石：

或

。

式中m——密集係數；

n——爆破作用指數；

——最小抵抗線，m。

對於斜坡地形爆破，m=1.0～1.2。如果兩個藥包的

值和

值不一樣，則有

形成標準拋擲爆破漏斗時，單位體積岩石的炸藥消耗量稱為標準拋擲爆破單位炸藥消耗量，簡稱標準單耗，用K表示，單位為

。標準單耗K值可用計算法和爆破漏斗試驗法獲得，但更多的是根據經驗選取。

(1)計算法

用岩石密度計算，公式為

或

。

式中：

——岩石密度，

。

(2)爆破漏斗試驗法

試驗要選擇與爆破工點相同地質情況的平坦地面，首先假定K值，按 n-1 計算裝藥量

。爆破後，實際測出爆破漏斗半徑

和可見漏斗深度

，計算出

的值。若n值不等於1，則先按爆破作用指數函數修正設計的K值：

。

需要注意的是，標準拋擲爆破漏斗試驗中，除要求 n=1 外，還有爆破漏斗可見深度

的要求，此外還需根據試驗岩石條件修正K值。

(3)經驗選取

根據岩石堅固性係數廠，同時考慮工地具體的岩層結構、節理、裂隙和風化程度，適當確定岩石等級，合理選用K值。 ^[5] 

集中藥包硐室爆破的裝藥量計算可採用鮑氏公式：

。

常用的變換形式如下。

①對於標準鬆動爆破：

；

②對於加強鬆動爆破：

；

③對於多面臨空、陡坡地形崩塌爆破：

。 ^[5] 

硐室支護(cavern support)：為防止硐室圍巖失穩而採用的臨時加固措施。根據地質條件，對硐室不同部位可採用拱部支撐、全斷面支撐、密排式支撐等結構形式。設計支護結構時，要求堅固穩定，構造簡單，裝拆方便，淨空較大，儘量就地取材，儘可能與永久性襯砌結合。按結構材料不同，分木支撐、鋼支撐、鋼筋混凝土支撐、錨杆支撐和噴混凝土支撐等。 ^[6] 

硐室照明(cavem lighting)：保證硐室施工中良好可見度需要的技術措施。必須符合安全要求，照明線路的電壓應採用低壓，在施工地段用24～36 V，在成洞地段可用l 10～220 V。為保證照明電源不致發生間斷，照明線路應採用單獨系統，不與動力線接在一起。有滲水、潮濕的地段需用膠皮電纜，工作面附近應使用防水燈頭和防水燈罩。架設電線位置必須與高壓風管、水管和通風管分開。照明電線要求佈置在開挖前進方向的隧洞左側巖壁上；橫跨通道的電線，最低點的高度不低於2 m。 ^[6] 

硐室通風(cavern ventilation) 排除因爆破、機械產生的有害氣體或粉塵，保持硐室內有足夠新鮮空氣流通的一種技術措施。按通風方式，分壓入式、吸出式和混合式三種。壓人式通風是利用壓入式通風機向洞內吹人新鮮空氣，把有害氣體和粉塵趕出洞外；由於風速大，能很快將工作面的有害氣體和粉塵沖淡並由硐室排出，排出物在洞內隨風擴散、蔓延範圍大，開挖長隧洞時，工作人員需穿過蔓延的混濁氣流進入工作面。吸出式通風是通過風管將有害氣體和粉塵吸走並排出洞外，不影響工作人員爆破後進洞工作，但洞內風壓小，通風時間長。混合式通風是同時使用壓吸兩套設備，壓入式通風機吹入新鮮空氣，吸出式通風機吸出有害氣體和粉塵，兼有壓人式和吸出式兩種通風方式的優點。 ^[6] 

硐室開挖(cavern excavation)：硐室施工的一項作業。開挖方法的選擇受地形、地質和水文地質條件，隧洞斷面大小、形狀和埋置深度，施工機械和安全防護措施等因素的影響。岩石硐室可採用鑽孔爆破開挖法和掘進機開挖。土質隧洞可採用盾構開挖法、頂管法和明挖法等。 ^[6] 

躲避硐室是無軌運輸的斜坡道，應設人行道或躲避硐室。行人的無軌運輸水平巷道應設人行道。

躲避硐室的間距在曲線段不超過15m，在直線段不超過30m。躲避硐室的高度不小於1.9m，深度和寬度均不小於1.0m。躲避硐室應有明顯的標誌，並保持乾淨、無障礙物。 ^[7]