硐室

冶金术语

硐室是一种未直通地表出口的、横断面较大而长度较短的水平坑道。其作用是安装各种设备、机器，存放材料和工具，或作其他专门用途，如机修房、炸药库、休息室等。

介绍

各种硐室的形状、规格和结构差别很大，所穿过的岩石性质也不相同，所以施工方法也较多。这些施工方法可以分为以下三类：全断面一次掘进法、台阶工作面施工法和导硐施工法。分层施工法根据硐室的高度及地槽的深度，宜将硐室及地槽分为3～4个分层，每个分层施工时，应采用锚喷作临时支护，宜从下向上连续施工。导硐施工法导硐断面，不宜大于10m2，导硐掘进和硐室刷大，宜采用锚喷或金属支架作I临时支护，宜先完成硐室的永久支护，再施工地槽，地槽宜分段施行。

硐室施工

特点

硐室施工与一般巷道相比，具有以下特点：

①硐室的断面大、变化多，长度则比较短，大型施工机械难于进入工作面施工。

②硐室往往与其他硐室、巷道、井筒相连，加之有的硐室本身结构复杂，故其受力状态不易准确分析，施工难度较大。当围岩稳定性差时，施工安全尤为重要。

③硐室的服务年限较长，工程质量要求高，不少硐室还要浇筑机电设备的基础，预留管线沟槽，安设起重梁等，故施工时要精心安排，确保工程规格和质量。

硐室施工，除应注意其本身特点外，还要和井底车场的施工组织联系起来，考虑到各工程之间的相互关系和合理安排。

硐室围岩稳定性基本取决于自然因素(围岩应力、岩体结构、岩石强度、地下水等)和人为因素(位置、断面形状和尺寸、支护方式、施工方法等)。在设计和施工时均应综合考虑这些因素对硐室围岩稳定性的影响。必须明确，硐室围岩的稳定性与硐室施工方法有关，选择硐室密集区域的硐室施工方法时，应合理安排硐室的施工顺序并根据围岩稳定性分析、判断允许岩石暴露的面积和时间，以选择合理的掘进方法。

方法

各种硐室的形状、规格和结构差别很大，所穿过的岩石性质也不相同，所以施工方法也较多。这些施工方法可以分为以下三类。

(1)全断面一次掘进法

全断面一次掘进法，常用于围岩比较稳定、断面不是特别大的硐室。它和普通巷道施工法基本相同。在常规设备条件下，全断面一次掘进硐室的高度，以不超过5m为宜。徐州大黄山煤矿的一570m水平水泵房，位于砂岩、砂页岩中，断面形状为半圆拱形，掘进宽度4.4m，掘进高度3.1m，就是采用锚喷支护、全断面一次掘进法施工的。

(2)台阶工作面施工法

当采用全断面一次掘进围岩维护困难时，或者由于硐室的高度过大而不便于施工时，可以将整个硐室按全高分成几个分层，施工时形成台阶状。上分层工作面超前施工的，称为正台阶工作面施工法，亦称下行分层施工法；下分层工作面超前施工的，称为倒台阶工作面施工法，亦称上行分层施工法。台阶工作面施工法一般用在岩层稳定或比较稳定的条件下。

①正台阶工作面(下行分层)施工法：根据硐室的全高，整个断面可分为2～3个分层，每层的高度以2～3m为宜。某矿水泵房施工时，采用了正台阶工作面施工法。上分层工作面高2.5m，超前2m左右；下层工作面呈斜坡是为了便于溜放上分层工作面的矸石，在下分层用装岩机装岩，施工组织采用“两掘一锚喷”。具体做法是随掘随喷一层5mm厚的水泥砂浆，用以临时封闭围岩，待掘进20～30m后，再按设计厚度喷射混凝土作为永久支护。锚杆有效长度为1.5m，间距0.7m，排距1.0m，方形布置。

当硐室长度较小时，可将上分层全部掘喷完，然后再掘喷下分层。

若围岩条件差，硐室采用砌碹支护，也可用正台阶工作面施工法。此时上分层掘进锚杆挂网作为临时支护。砌碹工作可有两种方法：一是砌碹工作落后于下分层掘进工作面1.5～2.5m，砌碹随下分层工作面前进逐步向前推进；另一种方法是先拱后墙砌筑，即上分层采用短段掘砌，先砌好拱，并适当加大上分层的距离，使下分层爆破不损伤拱帽。采用先拱后墙施工法施工时，墙和拱问的工艺缝的处理要注意填满硬砂浆。

②倒台阶工作面(上行分层)施工法：下分层工作面超前，边掘进边砌两侧边墙，上分层工作面则利用挑顶后的矸石作脚手架砌顶部碹。

(3)导硐施工法

导硐施工法是指巷道或硐室施工时，先以小断面超前掘进，而后扩大到设计断面的方法。导硐的位置、断面应满足通风和装运的要求。根据导硐所在位置的不同，有中央下导硐施工法、顶部导硐施工法、两侧导硐施工法之分。对特大断面硐室(如50m2以上)多采用两侧导硐施工。

①中央下导硐施工法：导硐位于硐室中部靠近底板，导硐断面可按单轨巷道考虑以满足机械装岩为准。当导硐掘到预定位置后，再进行刷帮、挑顶，并完成永久支护工作。硐室采用锚喷支护时，宜用中央下导硐先挑顶后刷帮的施工顺序。挑顶的矸石可用装岩机装出，挑顶后随即安装拱顶锚杆和喷射拱部混凝土，然后刷帮并喷射墙部混凝土。

对于砌碹支护的硐室，适用于中央下导硐先刷帮后挑顶的施工顺序。在刷帮的同时完成砌墙工作，然后挑顶，完成拱部砌碹。

②两侧导硐施工法在松软、不稳定岩层中，为了保证硐室施工的安全，在两侧墙部的位置沿硐室底板开掘两条小导硐，其断面不宜过大，一般宽度为1.8～2.0m，高度为2.0m，以利控制顶板。掘一层导硐后随即砌墙，再掘上一分层的导硐，矸石放在下层导硐里一部分，代替脚手架，再接砌边墙到拱基线位置。墙部完成后开始挑顶砌拱。拱部完成后再拆除中间所留的岩柱。

硐室爆破

硐室爆破是把硐室或井巷作为专用的装药空间，将大量炸药装填其中，达到一次起爆大量炸药，完成大量土石开挖的爆破技术。硐室爆破具有施工快，工效高，不受气候、交通等条件限制的特点，适用于山区交通、水利工程土石方开挖和大型露天矿山的剥离爆破等。我国是进行硐室爆破最多的国家之一。目前，万吨级炸药的爆破有三次，百吨级以上的达数百次。爆破工作者在工程实践中创造了条形药包硐室控制爆破、多边界公路土石方硐室控制爆破和硐室加预裂一次成形爆破新技术，在保证爆破效果、控制爆破危害、降低工程成本、加快工程进度等方面取得了很好的社会和经济效益。

硐室爆破分类

（1）按爆破作用特征分类

①松动爆破。

②加强松动爆破(也称减弱抛掷爆破)。

③抛掷爆破，包含定向抛掷、标准抛掷、加强抛掷三种类型。

④崩塌爆破。

在陡坡地形条件下，药包的最小抵抗线W远小于药包中心至地面的高度H，抗高比W/H小于0.6的硐室爆破称为崩塌爆破。

⑤混合型爆破。

根据爆破的目的和要求，可以使一次爆破同时具有以上多种爆破类型，称之为混合型爆破。

(2)按药室形态分类

①集中药包硐室爆破

集中药包以球形为标准：爆破作用范围近似于球形，其爆破应力波为球面波向外传播。一般认为高度不超过直径4倍的圆柱形，或最长边不超过其他任意最短边4倍的直角六面体，都属于集中药包。

集中药包的优点是药室布置灵活。如可较容易避开断层、溶洞等地质构造薄弱面，可用多个集中药包组合的形式控制断层、溶洞等地质构造薄弱面对爆破效果的影响；对地形崎岖的爆区，容易用辅助集中药包改造地形，为主药包创造理想的自由面。集中药包的缺点是装药量集中，岩石破碎不均匀，大块率高；在边坡处布置集中药包时，对药包附近基岩的破坏性影响比条形药包大；导洞开挖工程量较大；爆破规模较大，并且较大时药室的体积大，其断面形状较复杂，药室掘进难度较大，安全性较差。

集中药包适用于地形、地质条件复杂，断层、溶洞较多的爆区。

②条形药包硐室爆破

通常将满足的药包称为条形药包。也有从药包浅埋岩土内因爆破产生的漏斗形状特征出发，认为在条形药包的中段，爆破漏斗口半径，一沿药包纵轴线上有一段相同值时为条形药包。因此用药包的长度￡与药包的最小抵抗线W之比作为判据，一般认为当Z/W≥2.0时为条形药包。

条形药包硐室爆破是在集中药包硐室爆破的基础上发展起来的。相对于集中药包硐室爆破，条形药包硐室爆破药量分布较均匀，爆破大块率较低；条形药包硐室爆破对药包附近的基岩损坏范围较小，若条形药包布置在永久边坡处，则爆破对永久边坡的损伤要比集中药包小；同等药量情况下，条形药包的爆破震动强度比集中药包低。条形药包的缺点是药包布置不够灵活。

在地形条件不十分复杂，工程地质条件较好(如无断层、溶洞等)的爆区，应采用条形药包。

③分集药包硐室爆破

将条形药包沿药室轴线分割成若干个长度较短的装药段，装药段之间适当充填，这种药包称为分集药包，也称为条形药包分段间隔装药微差爆破药包，简称分段药包。分集药包的爆破作用特征介于集中药包和条形药包之间。

分集药包的优点是能充分适应复杂的地形、地质条件，如爆区内存在断层、溶洞、软弱夹层等，或同一个条形药包硐室内的值相差较大，或为了降低爆破震动强度，限制每个药室的装药量，或因爆破规模不大，值较小。若采用条形药包连续装药结构，则不耦合系数过大时，均可采用分集药包布置形式。分集药包的主要缺点是分段填塞工程量大，起爆网路连接和保护较复杂。

分集药包多用于岩体内断层和大裂隙较多，地形崎岖不平，同一条条形药室w变化突出或不耦合系数过大的爆破中。

④混合药包硐室爆破

由于地形、地质以及施工等因素，一次硐室爆破中有时其药包的形态既有集中药包又有条形药包，甚至还有分集药包。这就是混合药包硐室爆破。混合药包一般用于爆破规模较大，爆区的地形、地质条件较复杂的硐室爆破中。

布置原则

斜坡应根据地形和开挖边坡布置药包，尽量使设计断面内的岩体松动或被大量抛掷，同时减轻爆破作用对基面和边坡的损伤。

①一侧边坡不高时，经常采用的布药方式是单层单排布置药包，并依据周围环境情况和爆破要求采用抛掷爆破或松动爆破，如图1中(a)所示。

②当路基较宽时，为了保护边坡，减少大药量药包对边坡的破坏，可采用单层双排的布药方式布置双排集中药包或条形药包。两排药包间采用毫秒延期起爆，前排药包采用较大的参数，以有利于改善后排药包的爆破效果以及减轻对边坡的影响范围，如图1中(b)所示。

③在陡坡上，多采用单排双层的布药方式，如图1中(c)所示。在条件适宜的地方，应尽可能采用崩塌或抛掷爆破。

④地形较陡、开挖路基(站场)较宽时，布置最小抵抗线较大的药包容易对边坡产生较大的影响，此时一般采用多排多层的布药方式，如图1中(d)所示，以减小最小抵抗线的数值，降低装药量。同排上下层药包、同段前后排的药包采用延期雷管起爆。

⑤在斜坡上开挖双壁路堑时，为保护边坡，可布置成双层单排药包，如图1中(e)所示：上层设计成抛掷药包，下层设计成松动药包；上层先爆破，下层后爆破。

⑥对于山脊地形，一般在主山脊的正下方布置主药包，如图1中(f)所示。当山脊较平缓厚实时，可在山脊下围绕主药包布置辅助药包，如图1中(g)、(h)所示，也可布置两排或多排对称的主药包。

⑦在山脊地形条件下，在一侧可以抛掷、另一侧不允许抛掷的情况下，可将药包偏离山脊的投影线，选择两侧的最小抵抗线、和适当的、值，做到一侧抛掷而另一侧松动，如图2所示。

最小抵抗线

选择药包的最小抵抗线是硐室爆破中药包布置的核心问题。最小抵抗线应根据周围环境和爆破要求而定，一般控制在15～25 m。

集中药包硐室爆破中的药包间距一般由下式计算。

对于中硬和坚硬岩石：或。

式中m——密集系数；

n——爆破作用指数；

——最小抵抗线，m。

对于斜坡地形爆破，m=1.0～1.2。如果两个药包的值和值不一样，则有

K值的确定

形成标准抛掷爆破漏斗时，单位体积岩石的炸药消耗量称为标准抛掷爆破单位炸药消耗量，简称标准单耗，用K表示，单位为。标准单耗K值可用计算法和爆破漏斗试验法获得，但更多的是根据经验选取。

(1)计算法

用岩石密度计算，公式为或。

式中：——岩石密度，。

(2)爆破漏斗试验法

试验要选择与爆破工点相同地质情况的平坦地面，首先假定K值，按 n-1 计算装药量。爆破后，实际测出爆破漏斗半径和可见漏斗深度，计算出的值。若n值不等于1，则先按爆破作用指数函数修正设计的K值：。

需要注意的是，标准抛掷爆破漏斗试验中，除要求 n=1 外，还有爆破漏斗可见深度的要求，此外还需根据试验岩石条件修正K值。

(3)经验选取

根据岩石坚固性系数厂，同时考虑工地具体的岩层结构、节理、裂隙和风化程度，适当确定岩石等级，合理选用K值。

装药量的计算

集中药包硐室爆破的装药量计算可采用鲍氏公式：。

常用的变换形式如下。

①对于标准松动爆破：；

②对于加强松动爆破：；

③对于多面临空、陡坡地形崩塌爆破：。

相关名词

硐室支护

硐室支护(cavern support)：为防止硐室围岩失稳而采用的临时加固措施。根据地质条件，对硐室不同部位可采用拱部支撑、全断面支撑、密排式支撑等结构形式。设计支护结构时，要求坚固稳定，构造简单，装拆方便，净空较大，尽量就地取材，尽可能与永久性衬砌结合。按结构材料不同，分木支撑、钢支撑、钢筋混凝土支撑、锚杆支撑和喷混凝土支撑等。

硐室照明

硐室照明(cavem lighting)：保证硐室施工中良好可见度需要的技术措施。必须符合安全要求，照明线路的电压应采用低压，在施工地段用24～36 V，在成洞地段可用l 10～220 V。为保证照明电源不致发生间断，照明线路应采用单独系统，不与动力线接在一起。有渗水、潮湿的地段需用胶皮电缆，工作面附近应使用防水灯头和防水灯罩。架设电线位置必须与高压风管、水管和通风管分开。照明电线要求布置在开挖前进方向的隧洞左侧岩壁上；横跨通道的电线，最低点的高度不低于2 m。

硐室通风

硐室通风(cavern ventilation) 排除因爆破、机械产生的有害气体或粉尘，保持硐室内有足够新鲜空气流通的一种技术措施。按通风方式，分压入式、吸出式和混合式三种。压人式通风是利用压入式通风机向洞内吹人新鲜空气，把有害气体和粉尘赶出洞外；由于风速大，能很快将工作面的有害气体和粉尘冲淡并由硐室排出，排出物在洞内随风扩散、蔓延范围大，开挖长隧洞时，工作人员需穿过蔓延的混浊气流进入工作面。吸出式通风是通过风管将有害气体和粉尘吸走并排出洞外，不影响工作人员爆破后进洞工作，但洞内风压小，通风时间长。混合式通风是同时使用压吸两套设备，压入式通风机吹入新鲜空气，吸出式通风机吸出有害气体和粉尘，兼有压人式和吸出式两种通风方式的优点。

硐室开挖

硐室开挖(cavern excavation)：硐室施工的一项作业。开挖方法的选择受地形、地质和水文地质条件，隧洞断面大小、形状和埋置深度，施工机械和安全防护措施等因素的影响。岩石硐室可采用钻孔爆破开挖法和掘进机开挖。土质隧洞可采用盾构开挖法、顶管法和明挖法等。

躲避硐室

躲避硐室是无轨运输的斜坡道，应设人行道或躲避硐室。行人的无轨运输水平巷道应设人行道。

躲避硐室的间距在曲线段不超过15m，在直线段不超过30m。躲避硐室的高度不小于1.9m，深度和宽度均不小于1.0m。躲避硐室应有明显的标志，并保持干净、无障碍物。

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