12-26 23:05:58 浏览次数:559次 栏目：实习报告
土木,岩土,地基基础,基坑边坡,隧道立井生产实习论文
前言
第一部分 隧道与地下工程
第一节 概述
隧道和地下工程随着我国经济和人民生活水平的提高而进一步发展和推广。隧道和地下工程已经是解决我国交通和工业的和很有前景的一门科学(教学案例，试卷，课件，教案)。
隧道是一种地下工程结构物，通常是指修筑在地下或山体内部，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线通过的通道。隧道一般包括交通运输方面的铁路、公路、航运和人行隧道；城市地下铁路和海底、水底隧道；军事工程方面的各种国防坑道；水利发电工程方面的各种水工隧道或隧洞等。
隧道工程是指从事研究和建造各种隧道的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学(教学案例，试卷，课件，教案)和工程技术，它是土木工程的一个分支。
目前，大部分隧道的设置以交通运输为主要目的，穿越山岭、河流、港湾等障碍，修建地下铁道，缩短交通线路，改善线形，可提到车辆行驶速度，以获得良好的经济效益和社会效益。除此之外，在水电工程中设置各类水工隧道可实现引水、排水、通风等目的；在市政工程中，设置各类公共隧道可实现污水排放、管线铺设等目的。隧道的这些功能，决定了其一般在长度方向上有较大的尺寸，多数长度为几千米道几十千米，有的甚至更长。而横断面的尺寸则相对较小，一般仅几米到几十米。断面较小的隧道，一般不作为交通设施，仅用于污水排放和水、气管道、电缆、通讯线路等敷设用途，这些通道常常也被称为隧硐、导沟、管沟等。断面较大、长度较短的隧道所形成的地下空间，一般有其专用功能，如作为地下变电站、地下停车场、地下仓库、地下广场等。
隧道之所以在近几年迅猛的发展，是因为它有独特的优点：
首先，利用隧道可以实现各种运输线路直线等穿越山岭而不必盘山绕岭。
其次，隧道还可以改善线路中的车辆运行情况和提高线路的运行能力。
其三，隧道是一项隐蔽在地下、水下或山体内部的重要结构。
其四，隧道在具有以上功能的同时，还存在有另一重要特点就是它不占据地面空间，这等于无形中增加了城市的有效面积，对于人口拥挤、道路密集、交通繁忙的城市来说，无疑是十分重要的。
最后，城市地下隧道的兴起，也带动了整个城市地下工程的发展。
隧道是地下工程的一种，而矿井和巷道同样是地下工程的重要组成部分。矿井的建设和施工比隧道更困难，因为它位于较深的地下，地质条件更复杂和施工技术不完善！
我们这次实习，主要是焦晋高速隧道工程和赵固煤矿的矿井建设。
第二节 隧道工程
我们这次实习地点是焦晋高速的隧道工程，特别是牛郎河隧道，它是焦晋隧道中工程量最大，地质条件最复杂，施工最困难的最长的隧道。
1、焦晋高速
1.1、概况
焦作至晋城高速公路（焦作境），是经国家计委批准立项的河南省重点工程，也是国内第一条由地、市级公路局自筹资金、自行建设、自主管理的跨省高速公路。焦晋高速（焦作境）穿梭在太行山崇山峻岭之中，悬挂于县崖峭壁之上，地质条件复杂，施工场地狭小，施工难度前所未有。去年年底全线通车的河南焦作至晋城高速公路，由于采用了多项诸如煤炭采空区注浆加固等先进技术，使这条穿越太行山的高速公路成为国内先进筑路技术的实验示范基地。
焦作至晋城高速公路（焦作至省界段）虽然只有短短的17.036公里，但因穿越太行山，地形复杂，地质条件十分恶劣，全线从起点到终点总落差达566米，有大中型桥梁22座，隧道7座，并有多处穿越孤峰的桥隧工程，施工难度极大。具体表现为桥墩高、挡墙高，其中最高的桥墩达83米，有“河南第一墩”之称；最高的挡墙高达30米，接近工程规范极限，技术要求极高。省界至晋城段有隧道10座，其中牛郎河隧道是焦晋高速最长的隧道，约为3900米。
1.2、成果
为了优质完成工程建设，工程业主单位———焦作市公路局在设计过程中，先后采取了红外遥感、卫星导航摄像技术对地质构造、岩石进行科学(教学案例，试卷，课件，教案)分析，并普遍采用计算机辅助设计线路、桥隧、挡墙，使所有工程设计都达到了科学(教学案例，试卷，课件，教案)化和标准化。开工以后，工程指挥部相继聘请了省内外8名筑路工程专家成立了工程技术专家组，针对工程建设中出现的技术难题，定期召开科研论证例会进行技术攻关。
在治理大面积煤矿采空区时，工程施工单位在有关专家的帮助下，采用最先进的钻孔注浆施工方法实施治理，共钻孔912个，注浆近12万立方米，从根本上解决了采空区地表不规则沉降这一难题。其他如桥梁高墩滑模顶升、隧道浅埋偏压和膨胀土路基处理等高新技术的相继采用，使该工程的各分项工程合格率达到100％，优良率达到90％。
2、牛郎河隧道
2.1、概况
牛郎河隧道进口位于张庄河附近,出口位于牛郎河村,属越岭特长
隧道,为双线、双洞、双车道、双侧电缆槽和排水沟的隧道。其中左线起讫里程LK26+415～LK30+370,全长3955m;右线里程RK26+405～RK30+300,全长3895m。
牛郎河隧道地处太行山中低山区,海拔高度介于724m～1046m之间,隧址区地形起伏较大。地势陡峭,相对高差320m。隧道最大埋深280m。区内沟谷发育,多呈“U”及“V”型谷。
2.2、工程地质条件
隧道进口隧址区主要穿越中奥陶统上马家沟组第三岩性段中厚层灰岩及第四薄层泥灰岩,岩层产状平缓,近于水平。地表覆盖薄层第四系残坡积地层。进口80m属Ⅲ类围岩,薄泥层灰岩,强～弱风化,硬质岩组。发育两组节理,岩体较破碎,呈碎石状镶嵌结构,围岩稳定性差。中间Ⅳ围岩,中厚层灰岩,微风化～新鲜岩石,硬质岩组, 单斜构造,产状平缓。受构造影响较重,节理较发育,呈X型张性节理,节理走向分别5°～7°和290°,节理宽度约1～1.5cm,贯通性良好,由黄粘土残积物充填,层间结合性差。岩体呈块碎石状镶嵌结构块状砌体结构,围岩稳定性一般。地下水主要为岩溶水和基岩裂隙水,呈滴水状或涌水状。
2.3、施工概况
根据隧址区地形、地貌及地质条件，两端接线工程量和隧道照明的需求，隧道进、出口段平面线形分别设置为半径R-2500m、R-1500m的不设超高的平曲线，洞身段均为直线，主要是考虑减少隧道长度和有利于通风而为之。左洞纵坡为-1.90%的单坡，右洞纵坡为-2.654%和-1.89%的合成坡。依救援逃逸的需求，隧道内布设车行横洞3道、人行横洞3道。另外，左、右洞内各设置4处应急停车带。牛郎河隧道采用分离式断面，两洞净间距约30m，其建筑限界为：净宽9.75m(0.75+0.25+0.50+3.75×2+0.50+0.25)，净高5m。洞内设单侧检修道，高0.40m，隧道内轮廓为单心圆。应急停车带处的内轮廓为三心圆。除明洞外，隧道衬砌结构系按NATM原理，采用以柔性支护体系为主要受力结构的复合式衬砌，即以喷、锚、网、格栅或型钢钢架等为初期支护，模筑混凝土或模筑钢筋混凝土为二次衬砌，并在两者之间敷设防水板。这种支护方式既能充分维护和利用围岩的自承能力，减薄衬砌厚度，又便于机械化快速施工有利于保证施工安全和工程质量。隧道内设置有电光照明、全射流风机纵向式通风、消防、监控通讯以及配套的养管设施。
牛郎河隧道采用分离式、双洞、双车道布置,两洞净距30m。隧道净宽9.75m,净高6.8m。隧道内轮廊为R=527cm单心圆。本标段左、右线各设紧急停车带两处,行车方向右侧加宽2.5m,净宽12.25m,内轮廊为三心圆。车行横洞、人行横洞各两处,洞门为端墙式。隧道以柔性支护体系结构的复合式衬砌为主要受力结构,即以喷锚,钢筋网,钢格栅支撑、喷25#防水混凝土为初期支护,模注混凝土为二次支护,并敷设防水层防水;路面为25cm厚35#混凝土,上铺7cm沥青混凝土作为上路面。隧道采用新奥法施工技术,利用大型配套施工机械施工作业生产线。Ⅲ类围岩采用上半断面开挖法作业,Ⅳ围岩采用全断面光面爆破法开挖,洞口段采用上半断面弧形导坑开挖先拱后墙法施工,并且打入间距为50cm、长度为5m锚杆三排;明洞采用明挖方法施工。不良地质采用短循环、弱爆破、超前锚杆、强支撑方法。Ⅲ类围岩开挖循环进尺1.5m～2.0m,Ⅳ类围岩循环进尺2.5m～3.0m。装碴运输采用无轨装碴,无轨运输方案。二次衬砌采用自行全液压整体模板台车施工方案。
2.4、新奥法施工
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称, 原 文 是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM , 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 (L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的, 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础, 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法,经过一些国家的许多实践和理论研究, 于xx年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展, 已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代NATM 被介绍到我国, 七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开NATM。新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
2.4.1、新奥法施工特点
一、及时性
新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。
在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。
二、封闭性
由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。
巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。（提高围岩的粘聚力C和内摩擦角）。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。
三、粘结性
喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用：
① 联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。
②复和作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。
③增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。
四、柔性
喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。
2.4.2、新奥法理论要点及施工要点
一、新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。
新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。
新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。
二、保护巷道围岩自身的承载能力
新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围筵强度。使其与人工支护结构共同承受巷道压力。
三、允许围岩有一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时巷道的支护结构，也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。
围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。
2.4.3、新奥法的主要支护手段与施工顺序
新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩有一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。
施工顺序可以概括为：开挖→一次支护→二次支护。
一、开挖
开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为2-2.5米，在膨胀性地层中大约为0.8-1.米。
二、第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土
在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（3-5mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。
按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后应达到设计厚度（一般为10-15mm）,并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。
完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。
在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。
在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度。
一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。
对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。
2.4.4、新奥法适用范围
① 具有较长自稳时间的中等岩体；
② 弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩；
③ 强风化的岩石；
④ 刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩；
⑤ 坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土；
⑥ 微裂隙的，但很少粘土的岩体；
⑦ 在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石；在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合
① 有强烈地压显现的岩体；
② 膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）；
③ 在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合；
④ 在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合；
在下列场合中应用应慎重
① 大量涌水的岩体；
② 由于涌水会产生流砂现象的围岩；
③ 极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体；
④ 开挖面完全不能自稳的岩体等。
2.4.5、新奥法的缺点主要有
① 实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。
② 开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题；
③ 用能控制的施工量测，往往给施工带来不便；
④ 干喷射带来的灰尘以及由于易受化学(教学案例，试卷，课件，教案)药品的损害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体。
新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山、西山坪等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。
不可否认，新奥法也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用。
除此之外隧道掘进还有盾构法、明挖法和沉管法施工技术。
盾构是一种钢制活动防护装置或支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市中心区修建隧道的一种机械。在他的掩护下，头部可以安全的开挖地层，尾部可迅速地拼装隧道永久衬砌，并将衬砌与土层之间的空隙压浆填实。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，如此不断开挖不断拼装，并不断推进，借助盾构这种施工机械可用较快的速度完成隧道施工作业循环，直至隧道建成。
盾构的种类按其结构特点和开挖方式可分为：
①手掘式盾构：有敞开式、正面支撑式和棚式，此类盾构辅以气压法或降水法等疏干地层的措施并使用必要的正面支撑后，可适用于各种地层中，特别是地下障碍较多的地层；在精心施工的条件下，亦可将地表变形控制到中等或较小的程度。
②挤压式盾构：有全挤压、局部挤压、网格等形式。仅适用于软弱黏性土层，适用范围较狭窄，在挤压推进时，对地层土体扰动较大，地面产生较大的隆起变化，所以在地面有建筑物的地区不宜使用，只能用在空旷的地区或江河底下、海滩处等区域。
③半机械式盾构：包括正、反铲、螺旋切削、软岩掘进机等，适用范围基本和手掘式一样，可减轻劳动强度。
④机械式盾构：有开胸的大刀盘切削、闭胸式的局部气压、泥水
加压、土压平衡等形式，当土质好，能自立，或采用辅助措施后自立时，则可用开胸式机械盾构，如地层土质差，应采用闭胸机械式盾构。
土压平衡盾构推进过程中依靠开挖面切削面板的临时挡土效果、充满于密封仓内的切削土土压，以及螺旋输送机排土机构的综合作用，保证削土土压，以及螺旋输送机排土机构的综合作用，保持开挖面的稳定状态。泥水加压盾构在开挖面和泥水室内充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。
明挖法又称为基坑法。它是按照隧道的宽度和高度，包括必要地施工操作余量，从地面开挖出一个基坑，并在其中修筑钢筋混泥土箱涵，做外放水，再进行回填的方法。
沉管法修建隧道首先是在隧址以外的预制现场制作隧道管道，管道两端用临时封墙密封，待达到设计强度后拖运到隧址位置，沉放管段到已预先进行了沟槽浚挖的设计位置上，然后进行管段水下连接，处理管段接头及基础，覆土填回，以完成隧道构筑的全部工作。这种方法也称为预制管段沉放法。
第三节 地下工程
地下工程是在岩土中建设的不同用途的工程，包括各类隧道和洞室工程。他们是修建在岩体与土体中的地下建筑。一项建筑工程的建设要经过可行性研究、设计、施工、投产等阶段，其中设计是一项涉及科学(教学案例，试卷，课件，教案)、技术、经济和方针政策等各方面内容的工作。一个工程建设项目在建设时期和生产时期的效果，在很大程度上取决于其设计和施工的质量。
同地面工程结构物的区别是，地下建筑工程，不但要用建筑材料，而且首先要在承载的且变化难测的岩体中靠开挖地下空间，这无疑增加设计和施工的难度。所以无论设计还是施工都特别重视支护系统。地下建筑工程施工，是在地下作业，其工作面狭小，且作业场所不断延伸，工作对象是称作岩体的地质体，不稳定的客观因素多。施工过程是一个技术难度不断增加，作业条件逐渐恶化的复杂过程。虽受外界气候条件影响较小，可受地质条件的影响较大。
我们这次生产实习是再赵固矿区进行，我们先后参观了解了赵固一矿河二矿。一矿主、副、风三井竖井已经建成，现在正在施工风门和平洞。二矿正在进行冻结法施工的准备阶段，三井正在钻孔下冻结管。
一、 赵固矿简介
赵固一矿位于焦作煤田东部，西南距焦作市50km，东南距新乡市39km，行政区域隶属辉县市管辖。
矿区南部以峪河断层及二2煤-1100米底板等高线为界，西及西北部以耿村断层为界，北及东北部以一1煤层露头为界，东部以石庄断层为界，东西长约23km，南北宽2.5～10km，矿区面积161.17平方千米。矿区地质普查报告获得二1煤和一2煤333+334？级总储量128963万吨，其中333级储量45103万吨，334？级储量83860万吨。以上总储量中，二1煤层储量为69617万吨，一2煤层储量为59346万吨。
矿区总体构造形态为一走向北西，倾向南西的单斜构造，地层倾角普遍较小，东部2——10度，西部2——4度。区内构造以断裂为主，共发育断层19条，其中落差>500米的3条，500——100米的6条，100米以下的10条。含煤17层，其中二1、一2煤为主要可采煤层。二1煤层平均煤厚5.91米，层位稳定，结构简单。为低中灰分，特低硫、低磷、高发热量无烟煤三号。块煤产率较高。
地质构造和水文地质条件中等，估算全井田正常涌水量1510立方米/h；最大涌水量2265立方米/h。本区煤层大部分属瓦斯风化带范围，应为低沼气矿井。煤层不易自燃，地温正常，煤尘无爆炸性，开采技术条件非常简单。
总之，本井田除新生界地层较厚，建井条件复杂，需采用特殊方法凿井外，煤层赋存及开采条件十分优良，属理想的高产煤层，适宜采用综合机械化开采，为建设高产高效的现代化矿井提供了良好的资源条件。根据矿区地质条件和煤层分布情况，全矿区规划为两对矿井，两矿井之间以F17断层为界，F17断层以西为赵固一矿（规模2.4Mt/a），F17断层以东为赵固二矿（规模1.8Mt/a），矿区先期开发赵固一矿。
赵固矿区的竖井施工是采用冻结法施工技术。赵固二矿正在进行冻结法施工前期阶段，我们去实习时正在进行变电站建设和冻结站以及井筒周围的冻结管下放工作。每一个井上都用混泥土预先铺设一个工作台，预留三层共三十多个孔。每个工作台有五台转机在工作。主井深度是564.5米，所以最外层冻结孔是500米左右，中间层是560米左右而内层是570米左右。这样可以保证冻结强度和施工安全。
二、冻结法施工
冻结法施工技术，即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕，用人工冻土帷幕结构体来抵抗水土压力，以保证人工开挖工作顺利进行。作为一种成熟的施工方法，冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设和煤矿建设中，已有100多年的历史(教学案例，试卷，课件，教案)，我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史(教学案例，试卷，课件，教案)，主要用于煤矿井筒开挖施工，其中冻结最大深度达435m，冻结表土层最大厚度达375m。经过多年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有以下特点：
1、可有效隔绝地下水，其抗渗透性能是其它任何方法不能相比的，对于含水量大于10%的任何含水、松散，不稳定地层均可采用冻结法施工技术；
2、冻土帷幕的形状和强度可视施工现场条件，地质条件灵活布置和调整，冻土强度可达5-10Mpa，能有效提高工效；
3、冻结法施工对周围环境无污染，无异物进入土壤，噪音小，冻结结束后，冻土墙融化，不影响建筑物周围地下结构；
4、冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业，能有效缩短施工工期。
通过对上述两种施工方法的比较可知，采用冻结法施工，冻土帷幕能满足受力要求，不需下沉庞大的钢护筒，也无需大吨位钻机，解决了起重设备能力不足的困难，降低了施工难度；而且能有效地隔绝了地下水，实现桩基干处施工，减小大直径桩浇注水下混凝土的风险；同时，能有效提高工效，比常规方法施工方法节约工程成本。
三、立井施工技术
立井井筒工程是矿井建设的关键工程。采用先进的施工技术和选用适宜的机械配套方式可使井筒施工质量和速度大幅度提高，进而可有效地缩短矿井建设总工期，降低人工费、辅助费、管理费、设备租赁费等，提高施工企业的竞争能力，而且对矿山整体的建设和其后的生产都有巨大的效益。在70-xx年代，立井施工单位多采用劳动密集型的突击创月成井新纪录的方法，对全井筒平均速度的提高效果不明显。xx年代末，立井混合作业法及机械化配套在我国逐步形成和推广，极大地推动了立井施工速度的提高。目前，立井施工重视施工技术的开发和机械化配套，充分发挥凿井设备能力，加强劳动管理，实现正规循环，争取全井筒的持续稳定高速度施工，以获得好的经济效益。我国立井平均施工速度在经历xx年的徘徊后19xx年32m/月，19xx年28.18/月）有了较大突破，19xx年已达到45.43/月。
立井施工时，通常是掘进一段井筒，砌筑一段井壁。掘砌段高的长短，掘壁顺序的不同，演变出不同的施工方式。混合作业方式不受井筒断面、深度和地质条件的限制，不需要临时支护，掘砌可以适当地平行交叉作业，使掘砌工序在同一循环内完成。工序转换时间少，施工速度快，可以大幅度地提高立井筒施工速度和工程质量。而且永久支护紧跟工作面，安全性好。现已被建设部批准为第一批工法。目前，采用立井短段掘砌混合作业法施工的井筒已占在建井筒的90%以上。
立井混合作业方式便于实现综合机械化配套，减轻工人体力劳动强度，大幅度提高成井速度。这种方式的基本循环过程是：打眼放炮后立即通风、出矸，当出矸到一个段高后，在工作面矸石上立模并浇灌混凝土。当混凝土浇筑完后，即可实施下一个段高的装矸作业，清底后再进行下一循环打眼放炮。有时，在浇筑混凝土的后期，可以交叉进行一部分装矸工作。另外，工作面找平，脱模，立模等工序与出矸、清底与凿岩准备工作可实现部分平行交叉作业；由于压气、供水、风筒等管路实行井壁吊挂，井内管路的接长也可安排与打眼工序平行进行。
竖井的全断面施工方法一般按照自上而下的程序进行，该法施工程序简单，但施工时要注意：①做好竖井锁口，确保井口稳定；②起重提升设备应有专门设计，确保人员、设备和石渣等的安全提升；③涌水和淋水地段要做好井内外防水排水设施；④围岩稳定性较差或在不良地层中修筑竖井，宜开挖一段衬砌一段，或采用预灌浆方法加固后再进行开挖、衬砌；⑤井壁有不利的节理裂隙组合时，要及时进行锚固。
导井法施工是在竖井的中部先开挖导井，其断面一般为4～5m2，然后再扩大开挖。扩大开挖时的石碴，经导井落入井底，由井底水平通道运出洞外，以减轻出碴的工作量。
四、平洞施工
开挖和衬砌（支护）是平洞施工的两个主要施工过程。处理好平洞开挖与临时支撑、平洞开挖与衬砌或支护的关系，以便各项工作在狭小的工作面上有条不紊地进行。
1、平洞的开挖程序
平洞开挖有全断面开挖、断面分部开挖和导洞开挖等方法。
（1）全断面开挖
全断面开挖是将平洞整个断面一次开挖成洞。衬砌或支护施工，须待全洞贯通以后或掘进相当距离以后进行，并视围岩开挖后允许暴露时间和总的施工安排而定。
全断面开挖一般适用于围岩坚固稳定，对应 f≥8～10，有大型开挖衬砌设备的情况。目前国内外的全断面开挖高度一般为8~10m，主要由使用的多臂钻凿岩机或全断面掘进机的工作高度（直径）控制。采用全断面开挖方法，洞内工作场面比较大，施工组织因工作面宽而比较容易安排，施工干扰也较易解决，有利于提高平洞施工速度。
（2） 断面分部开挖
断面分部开挖是将整个断面分成若干层（通常为二层或三层），分层开挖推进，分部开挖适用于围岩较差、洞径过大的平洞开挖。
如果围岩比较稳定，洞线又不太长，可先分部开挖掘进，贯通以后再进行衬砌；在地质条件较差，围岩允许暴露时间不宜过久条件下，可以采用上部开挖一段以后，将顶拱衬砌支护好，再进行下部开挖，以策安全。
分部开挖的主要优点是不一定需要大型设备，就能进行大断面洞室的开挖，比较机动灵活，能适应地质条件的变化。采用分部开挖、分部衬砌支护的措施，使施工组织比较复杂，施工速度受到影响。
断面分部开挖从开挖形态上通常分为台阶法开挖和导洞法开挖。
2、平洞其他施工方法
钻孔爆破法开挖|：采用钻孔爆破法开挖，其轮廓控制主要取决于周边孔的布置及其爆破参数的选择。为了降低糙率，减少回填和整修工程量，目前洞挖作业的轮廓控制普遍推广光面爆破。其施工方法是沿设计开挖线布置小孔径、密间距的周边孔，采用低密度、低爆速、低猛度和高爆力的光爆x药，不耦合连续装药或间隔装药，进行弱震爆破，炸除沿洞周留下的厚度为最小抵抗线的光爆层，形成光面。
钻孔爆破循环作业工序一般有：钻孔准备、钻孔、装药、设备撤离、起爆、通风排烟、安全检查、临时支撑、出渣准备、出渣、延长运输线路和风水电管线等。
3、平洞衬砌或支护施工
平洞开挖以后，除地质条件特别好，一般都要进行衬砌或支护。若地质和设备条件允许，应尽量减少断面衬砌的分缝分块数目。断面衬砌的顺序，常见的有自下而上、自上而下两种方式。前者先衬砌底拱（底板），后衬砌边拱（边墙）、顶拱，或边顶拱一次衬砌；后者先衬砌顶拱，在顶拱防护下衬砌边拱（边墙）、底拱（底板）。自下而上衬砌多用于地质条件较好的场合，自上而下衬砌适合于围岩自承能力较差的情况。
混凝土和钢筋混凝土衬砌的施工，有现浇、预填骨料压浆和预制安装等方法。
3.1、平洞衬砌的分缝分块及浇筑顺序
平洞由于很长，纵向通常要分段进行浇筑。当结构上设有永久伸缩缝时，可以利用永久缝分段。当永久缝间距过大或无永久缝时，则应设施工缝分段。分段长度一般为 4－18m，视平洞断面大小、围岩约束特性以及施工浇筑能力等因素而定。分段浇筑的顺序有：①跳仓浇筑；②分段流水浇筑；③分段留空档浇筑等不同方式。
衬砌施工在横断面上也常分块进行。一般分成底拱（底板）、边拱（边墙）和顶拱。横断面上浇筑的顺序，正常情况是先底拱（底板），后边拱（边墙）和顶拱，其中边拱（边墙）和顶拱，可以连续浇筑，也可以分块浇筑，视模板型式和浇筑能力而定。后两种饶筑顺序，由于在浇筑顶拱、边拱（边墙）时，混凝土体下方无支托，应注意防止衬砌的位移和变形，并做好分块接头处反缝的处理，必要时反缝要进行灌浆。
3.2、平洞衬砌模板
平洞衬砌模板的型式依隧洞洞型、断面尺寸、施工方法和浇筑部位等因素而定。对底拱而言，当中心角较小时，可以象底板浇筑那样，不用表面模板，只立端部挡板，混凝土浇筑后用型板将混凝土表面刮成弧形即可。当中心角较大时，一般采用悬挂式弧型模板。浇筑边拱（边墙）、顶拱时，常用桁架式或钢模台车。
3.3、衬砌的浇筑
隧洞衬砌多采用二级配混凝土。对中小型隧洞，一般采用斗车或轨式混凝土搅拌运输车将混凝土运至浇筑部位；对大中型隧洞，则多采用3~6m3的轮式混凝土搅拌运输车运输。在浇筑部位，通常用混凝土泵将混凝土压送并浇入仓内。
3.4、衬砌的封拱
平洞的衬砌封拱是指顶拱混凝土即将浇筑完毕前将顶拱范围内未充满混凝土的空隙和预留的进出口窗口予以浇筑、封堵填实的过程。
封拱方法多采用封拱盒法和混凝土泵封拱。
封拱盒封拱，在封拱前，先在拱顶预留一小窗口，尽量把能浇筑的两侧部分浇好，然后从窗口退出人和机具，并在窗口四周立侧模，待混凝土达到规定强度后，将侧模拆除凿毛之后安装封拱盒。封堵时，先将混凝土料从盒侧活门转入，再用千斤顶顶起活动封门板，将盒内混凝土压入待封部位即告完成。
混凝
土泵封拱的施工程序是：①当混凝土浇至顶拱仓面时，撤出仓内各种器材，尽量筑高两端混凝土；②当混凝土达到与进人孔齐平时，仓内人员全部撤离，封闭进人孔，同时增大混凝土的坍落度（达14～16cm），加快混凝土泵的压进速度，连续压送混凝土；③当排气管开始漏浆或压入的混凝土量已超过预计方量时，停止压送混凝土；④去掉尾管上包住预留孔眼的铁箍，从孔眼中插入防止混凝土塌落的钢筋；⑤拆除导管；③待顶拱混凝土凝固后，将外伸的尾管割除，并用灰浆抹平。
4、喷锚支护
喷锚支护是喷混凝土支护、锚杆支护、喷混凝土锚杆支护、喷混凝土锚杆钢筋网支护和喷混凝土锚杆钢拱架支护等不同支护型式的统称。它是地下工程支护的一种新型式，亦是新奥地利隧道工程法（新奥法）的主要支护措施。喷锚支护是充分利用围岩的自承能力和具有弹塑变形的特点，有效控制和维护围岩稳定的新型支护。它的原理是把岩体视为具有粘性、弹性、塑性等物理(教学案例，试卷，课件，教案)性质的连续介质，同时利用岩体中开挖洞室后产生变形的时间效应这一动态特性，适时采用既有一定刚度又有一定柔性的薄层支护结构与围岩紧密粘结成一个整体，以期既能对围岩变形起到某种抑制作用，又可与围岩“同步变形”来加固和保护围岩，使围岩成为支护的主体，充分发挥围岩自身承载能力，从而增加了围岩的稳定性。
第二部分 地基基础工程
第一节 地基基础概论
基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。如果地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就常常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础抵抗地震的能力。只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。
关于基础我们实习的地点是河南理工大学教师公寓楼的粉喷桩和龙泽小区的高压旋喷装。两个地方都属于地基处理。
第二节 地基处理
由于焦作市的地下水丰富，地基属于软地基，所以要进行地基处理即粉喷桩处理。
一、粉喷桩处理方法
粉喷桩的桩径一般为50cm，设计的桩长宜穿透软土层并达到持力层内50cm。桩距与地基的稳定和沉降量有关，最小桩距宜为1.1～1.2m，桩位在平面上呈正三角形（梅花形）或矩形布置。
为改善基础底面的受力条件，粉喷桩处理段基础下宜铺设30cm左右石灰土或沙石垫层（掺灰量以8%为宜）。
湿喷桩也是深层搅拌法的一种，是近几年用于加固软粘土地基的一种新兴常用方法，它是利用水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥浆强制搅拌，利用水泥和软土产生的一系列物理(教学案例，试卷，课件，教案)-化学(教学案例，试卷，课件，教案)反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质复合地基。湿喷桩加固软土地基实际上就是水泥加固土的过程，即采用机械深层搅拌软土与水泥浆进而发生的一系列物理(教学案例，试卷，课件，教案)化学(教学案例，试卷，课件，教案)反应形成复合地基的过程。
湿喷桩施工是首先将水泥拌和成水泥浆，水泥中各种钙质矿物和水
深度小于5m的一般基础（柱基或墙基）以及埋置深度虽超过5m，但小于基础宽度的大尺寸基础（如箱形基础），统称为天然地基上的浅基础。
天然地基上的浅基础埋置深度较浅，用料较省，无需复杂的施工设备，在开挖基坑、必要时支护坑壁和排水疏干后对地基不加处理即可修建，工期短、造价低，因而设计时宜优先选用天然地基。当这类基础及上部结构难以适应较差的地基条件时才考虑采用大型或复杂的基础形式，如连续基础、桩基础或人工处理地基。
一、 按基础刚度分类
1、刚性基础
刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。
2．扩展基础
当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础。
柱下扩展基础和墙下扩展基础一般做成锥形和台阶形。对于墙下扩展基础，当地基不均匀时，还要考虑墙体纵向弯曲的影响。这种情况下，为了增加基础的整体性和加强基础纵向抗弯能力，墙下扩展基础可采用有肋的基础形式。
二、按构造分类
浅基础按构造类型可分为四种：
1．单独基础：在建筑中，柱的基础一般都是单独基础。
2．条形基础：墙的基础通常连续设置成长条形，称为 条形基础。
3．筏板基础和箱形基础：当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。为了增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。
4．壳体基础：为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。
第四节 深基础
深基础有两种类型 ——桩基础与墩基础
一、桩基础
桩的分类
桩可根据桩身材料、施工方法、成桩过程中挤土效应、承载性状及使用功能等进行分类。
1．按桩身材料分类
按桩身材料不同，可将桩划分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、 钢桩、其它组合材料桩。
2．按施工方法分类
按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。
d. e. f.混凝土灌注桩
3．按成桩过程中挤土效应分类
随着桩的设置方法（打入或钻孔成桩等）的不同，桩周土所受的排挤作用也很不相同。挤土作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响土的性质和桩的承载力。
对桩按设置效应分为三类：挤土桩、小量挤土桩和非挤土桩。
4．按承载性状分类
轴向荷载作用下的竖直桩，按达到承载力极限状态时的荷载传递主要方式，可分为(a)端承型桩和(b)摩擦型桩两大类，如下图所示。
沉管灌注桩施工过程:就位——沉套管——开始灌注混凝土——下钢筋骨架继续浇灌混凝土——拔管成型
二、墩基础
墩基础是在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。墩身施工：在护圈保护下开挖土方——支模板浇筑混凝土护圈——浇筑墩身混凝土
1、墩基的适用范围：
埋深大于3m、直径不小于800mm、且埋深与墩身直径的比小于6或埋深与扩底直径的比小于4的独立刚性基础，可按墩基进行设计。墩身有效长度不宜超过5m。
墩基础多用于多层建筑，由于基底面积按天然地基的设计方法进行计算，免去了单墩载荷试验。因此，在工期紧张的条件下较受欢迎。
墩基施工应采用挖（钻）孔桩的方式，扩壁或不扩壁成孔。考虑到埋深过大时，如采用墩基方法设计则不符合实际，因此规定了长径比界限及有效长度不超过5m的限制，以区别于人工挖孔桩。当超过限制时，应按挖孔桩设计和检验。
单从承载力方面分析，采用墩基的设计方法偏于安全。
2、墩基的设计应符合下列规定：
a、单墩承载力特征值或墩底面积计算不考虑墩身侧摩阻力，墩底端阻力特征值采用修正后的持力层承载力特征值或按抗剪强度指标确定的承载力特征值。岩石持力层承载力特征值不进行深宽修正。
b、持力层承载力特征值的确定应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007—20xx第5．2．3条的规定。
甲级设计等级建筑物的墩底承载力特征值可通过孔内墩底平板载荷试验、深层平板载荷试验、螺旋板载荷试验等方法确定。荷载不大的墩，也可直接进行单墩竖向载荷试验，按单桩竖向载荷试验方法直接确定单墩承载力特征值。
墩埋深超过5m且墩周土强度较高时，当采用公式计算、室内试验、查表或其他原位测试方法（载荷试验除外）确定墩底持力层承载力特征值时，可乘以1.1的调整系数，岩石地基不予调整。
c、墩身混凝土强度验算应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007—20xx第8．5．9条的规定。
d、墩底压力的计算、墩底软弱下卧层验算及单墩沉降验算应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007—20xx第5章地基计算中的有关规定。
3、墩基的构造应符合下列规定：
a、墩身混凝土强度等级不宜低于C20。
b、墩身采用构造配筋时，纵向钢筋不小于8Φ12mm，且配筋率不小于0.15%，纵筋长度不小于三分之一墩高，箍筋Φ8@250mm。
c、对于一柱一墩的墩基，柱与墩的连接以及墩帽（或称承台）的构造，应视设计等级、荷载大小、连系梁布置情况等综合确定，可设置承台或将墩与柱直接连接。当墩与柱直接连接时，柱边至墩周边之间最小间距应满足国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007—20xx表8．2．5—2杯壁厚度的要求，并进行局部承压验算。当柱与墩的连接不能满足固接要求时，则应在两个方向设置连系梁，连系梁的截面和配筋应由计算确定。
墙下墩基多用于多层砖混结构建筑物，设计不考虑水平力，墙下基础梁与墩顶的连接只需考虑构造要求，采取插筋连接即可。可设置与墩顶截面一致的墩帽，墩帽底可与基础梁底标高一致，并与基础梁一次浇注。在墩顶设置墩帽可保证墩与基础梁的整体连接，其钢筋构造可参照框架顶层的梁柱连接，并应满足钢筋锚固长度的要求。
d、墩基成孔宜采用人工挖孔、机械钻孔的方法施工。墩底扩底直径不宜大于墩身直径的2.5倍。
e、相邻墩墩底标高一致时，墩位按上部结构要求及施工条件布置，墩中心距可不受限制。持力层起伏很大时，应综合考虑相邻墩墩底高差与墩中心距之间的关系，进行持力层稳定性验算，不满足时可调整墩距或墩底标高。
f、墩底进入持力层的深度不宜小于300mm。当持力层为中风化、微风化、未风化岩石时，在保证墩基稳定性的条件下，墩底可直接置于岩石面上，岩石面不平整时，应整平或凿成台阶状。
三、沉井基础
为了满足结构物的要求，适应地基的特点，在土木工程结构的实践中形成了各种类型的深基础，其中沉井基础，尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井，在国内外已有广泛的应用和发展，如我国的南京长江大桥。
1、沉井按下沉方式分类
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