李亚军

（五矿二十三冶建设集团有限公司，湖南 长沙 410000）

随着我国社会经济实力和综合国力的增强，工业化进程正在持续加快推进，对于工程领域各行各业的隧洞（含隧道）工程建设也在大规模开展。目前，隧洞工程在公路、铁路、管道、矿山等各行各业均有应用。隧洞工程因土层岩层性质的差异可分为硬岩中施工和软岩（软土）中施工。硬岩中施工时，因岩石性质坚硬，机械钻井不仅进度慢，而且钻头消耗巨大，因此往往采用爆破施工，此时因岩层较为坚硬，一般采用喷射混凝土、锚杆、挂网等其中一种方式或数种方式联合支护即可，钢拱架支护方式只在少数岩层极为破碎情况下使用。软岩或软土中施工时，岩性较软，采用机械掘进可以提高安全性，且提高工作效率，因此一般采用机械钻井方式进行，但也正因为岩性较软，容易坍塌，因此对于支护工作要求很高，一般采用排架、钢架、液压支架甚至砌碹，在岩性条件极差且支护代价过高时，甚至采用明挖后填埋。

尾矿库排洪隧洞因尾矿库及其附属工程一般在土层中施工，因此属于典型的软岩软土工程。尾矿库长距离排洪隧洞工程支护困难，工程施工时的工程稳定性成为影响工程进度、质量及安全的关键因素[1，2]。除此之外，当隧洞工程较长时，通风、排土、水电供应等都将成为新的挑战，也成为影响工程进度，甚至安全的新的因素，进而直接关系到工程成败。近年来，由于时代发展、工程技术的进步与突破，长距离隧洞工程如雨后春笋，越建越多，在长距离软土隧洞工程建设上积累的经验也越来越多，但是大体上，软土长距离隧洞的施工、排土及水电供应等都相对短隧洞要困难[3，4]，需要花更多的代价才能解决，但是如果隧洞工程从设计、施工组织设计及支护合理性上综合考虑，往往会将这种代价降低到最低限度。

1 工程概况

德兴铜矿为全国乃至世界知名的大型露天铜矿，铜金属储量占全国第一位，为江西铜业股份有限公司主力矿山。德兴铜矿为特大型斑岩铜矿，由铜厂、富家坞和朱砂红三个矿区组成。建有铜厂、富家坞两个露天采场和泗洲、大山两个选矿厂，原采选能力10 万t/d，其中泗洲选矿厂3.8 万t/d，大山选矿厂6.2 万t/d。2010 年对大山选矿厂进行改扩建后，大山选矿厂处理能力提高到9.2 万t/d，矿山总的生产规模达到了13 万t/d。考虑到生产能力的增加，德兴铜矿在原有的一号、二号、四号尾矿库之后新增了五号尾矿库以容纳矿山生产新产生尾矿。五号尾矿库工程包括尾矿库设施、尾矿库的排洪系统、输送系统等。其中排洪系统包括1#排洪系统、2#排洪系统及至乐安河排洪隧洞。1#排洪隧洞长3170m，2#排洪隧洞长3252.5m，至乐安河排洪隧洞长3373m，都属于典型的软土长距离隧洞，支护、通风、排土及水电供给都面临较大困难，需要采取专门技术措施加以处理。

2 技术措施

2.1 设计措施

考虑到软土隧洞周围围岩（或围土）自稳能力很弱，因此需要采取小断面形式才能掘进。因此断面形式需要在满足排洪能力与掘进施工的前提下要求尽可能小的断面，而断面小的最直接的反应是就断面宽度小。鉴于此种考虑，1#排洪隧洞及2#排洪隧洞断面净宽均为2m，而至乐安河隧洞因为为1#排洪隧洞及2#排洪隧洞汇流后输送，因此其排洪能力为1#排洪隧洞及2#排洪隧洞泄洪能力之和，其断面较之于1#排洪隧洞及2#排洪隧洞断面要大，因此其断面净宽为3m。同时，考虑到隧洞顶部来压的受力均匀性，未采用较为常用的矩形断面与梯形断面设计方式，甚至连受力较为合理的拱形断面也未采用，而是将隧洞顶部设计为受力最为均衡，能够有效平衡各向压力，即最为稳固的半圆形断面。两种隧洞断面形式见图1。

图1 排洪隧洞设计断面图（一般地段）

2.2 施工组织措施

德兴铜矿五号尾矿库排洪隧洞的施工，因土质松软，自稳性差，需对施工组织进行精心筹划，方能保证施工过程中的高效安全。为此，在施工中特采取了如下措施：

（1）在掘进前坚持对地下水及坚硬岩及地下埋藏不明物等进行“有疑必探、先探后掘”，在掘进面向前方，在顶与两帮侧各钻进一钻孔进行探水探物，确认物异常后再行掘进。

（2）为保证隧洞工程的整体稳定性，支护采用混凝土衬砌支护，混凝土厚度为300mm ～800mm，厚度较大，通过厚混凝土衬砌，形成巨大的支撑力，以保证隧洞稳定，同时考虑到隧洞边角易底鼓，在隧洞两帮底部的混凝土进行了加厚处理。

（3）为避免隧洞掘进过程中及掘进后不均匀沉降而导致的隧洞破坏，对隧洞进行分段衬砌，即一般以10m 为一节进行分段，遇断层、破碎带及不稳定地段时，可考虑小于10m 为一节进行分段，在分段处设2cm 宽的沉降缝，缝内设TnE2-2 型橡胶整体止水带。

（4）为保证隧洞的稳定性，同时也兼顾工程建设的经济性，排洪隧洞施工过程中，根据区域工程地质设计不同的支护方式及支护厚度，共设计A 类、B 类、C 类三种衬砌方式。A 类衬砌支护厚度800mm，B 类衬砌支护厚度500mm，C 类衬砌支护厚度300mm。排洪隧洞一般情况下采用C 类衬砌；当遇到断层、破碎带等渗水严重地段时，采用B 类衬砌；当周边围岩或围土极度软弱，基本不具备自稳能力时，采用A 类衬砌。此种支护选择方式，既能有效保证工程施工质量及安全，又能兼顾经济性。

2.3 工程辅助措施

工程辅助措施主要包括为施工高效安全而必要配合的通风、供电、排土以及排水等措施。

2.3.1 通风措施

对于长距离通风技术而言，其广泛地应用于独头掘进工作面，依据工况选用的通风技术也存在一定的差异性。有如下几个技术可供选择：风机联合风筒及多级风库接力通风技术、多台局部风机配合风库多条风筒通风技术、大功率局部通风机配合长风筒通风技术、通风钻孔与风库中转联合供风通风技术以及间隔串连通风技术。德兴铜矿五号尾矿库排洪系统单条隧洞长度超过3000m，比较适用的通风技术有：风机联合风筒及多级风库接力通风技术；多台局部风机配合风库多条风筒通风技术以及间隔串连通风技术。经过对比，因场地局限等原因，选择了间隔串连通风技术。

一般而言，当单巷掘进长度为3000m ～5000m 时，为了能够有效地保证风筒的正常工作，因此必须选择合适的保护机制，这样才可以有效地降低所受到的风压，从而选择间隔串联的形式进行通风。具体做法是：在安装局部风机时，两台风机之间的距离必须不能大于风筒长度的1/3，同时必须保证两台风机的负压保持一致，这样不会产生相互影响。如此进行风压接力，局部风机之间间隔400m ～500m，实现间隔串连通风，保证新鲜风流持续不断地输送到工作面。

2.3.2 供电措施

受到隧洞或井巷掘进工作面自身实际情况影响，以往所采用的通电方式通常都是就近供电的方式，此种供电方式便是在掘进设备逐渐推进的过程中，供电设备随之也向前移动，同时变电站也会随之向前移动。采用此类供电模式情况下，能够使得掘进工作面之中各个机电设备均能够获得更加稳定的电压，同时对于过流保护装置来说，也具有更好的灵敏性。但此种模式下，因变电站所占的体积相对较多，而且在配电位置处机电设备非常的多，若是采用移动供电方式，需要的隧洞或井段断面尺寸相对来说也要更大，对于巷道结构的质量便提出了更高的要求，很显然，德兴铜矿五号尾矿库排洪系统隧洞施工，并不满足此类条件。故本次采用长距离供电方式，考虑到隧洞断面尺寸较小，将移动变电站作为固定变电站放置于隧洞洞口，但随着隧洞掘进不断向前延伸，供电距离不断增加，供电线路压降不断增加，当工作面动力电源电压小于掘进面全部设备所需的最大同时启动电压，有可能会导致部分设备无法正常工作，因此在长距离供电时，降低功率损耗及电压降，为保障掘进工作面供电的有效措施。为此，本次掘进采用了低温低阻大直径阻燃型电缆，不仅保证了工作面的供电电压、还降低了电缆起火的可能性，同时，大直径也增加了电缆强度，有利于电缆线的自我保护。

2.3.3 排土措施

长距离隧洞排土时，由于排土距离长，因此一般倾向于采用载重量较大的汽车，但是载重量较大的汽车一般尺寸较大，要求隧洞断面积也较大，鉴于本次排洪隧洞断面实际，本次施工选择的还是载重量较小的汽车，但是出于快速排土需要，对汽车运行速度及灵活性有较高要求，选择了速度快灵活机动性强的小型汽车。

2.3.4 排水措施

由于是浅地表掘进，且掘进地处于南方地区，地下水位较浅，因此在掘进中经常遇到涌水。为便于高效经济地排水，应尽量要求从低处向上掘进，纵坡一般设定为7‰左右，以便于自流排水。

2.3.5 其他措施

为保证隧洞施工的稳定性，在施工过程中采取了如下措施：

（1）斜槽施工采用滑动模板施工，混凝土采用泵送，不得从上部直接倾倒。

（2）要求混凝土的耐久性设计使用年限为100 年，最小水泥用量340kg/m3，最大水灰比0.45，最大氯离子含量0.06%，最大碱含量2.5kg/m3。混凝土不得采用碱活性骨料。

（3）隧洞进口100m 范围内混凝土抗渗等级为W10，隧洞其余段抗渗等级为W4。

3 结论

德兴铜矿五号尾矿库排洪系统额1#排洪系统、2#排洪系统及至乐安河排洪隧洞等长距离隧洞工程，设计采用半圆拱小尺寸断面，施工掘进时采用“有疑必探、先探后掘”，并采用了厚达300mm ～800mm 的混凝土衬砌支护以保证掘进施工的安全。为防止不均匀沉降对隧洞衬砌的破坏，一般每隔10m 对隧洞分节，节间采用橡胶整体止水带柔性填塞。混凝土衬砌厚度根据稳固需要及经济性确定了300mm、500mm 及800mm 三种衬砌厚度。

为保证掘进的顺利，掘进时通风采用间隔串连通风技术、供电时根据隧洞工程实际，将移动变电站作为固定变电站放置于隧洞洞口，并采用低温低阻大直径阻燃型电缆保证工作面供电，择了速度快灵活机动性强的小型汽车进行排土，采用逆行向上掘进的方式，保证了自流稳定排水。加上对混凝土的相关标准的严格要求，最终保证了隧洞掘进工程的顺利完成。