隧道工程机械化施工技术

第六章隧道工程机械化施工1隧道工程机械化施工技术

§6一1概述

隧道一般指作为地下通道的工程建筑物，在国民经济的许多领域、行业都有比较广泛的应用等。

隧道是铁道和公路线路的重要组成部分，有降低线路纵坡、增大曲线半径、缩短线路长度、改善运营条件和保证行车安全的特点，一般在线路上遇到障碍（如高山、水域等），修建地上线有困难或不合理的情况下采用。

1、隧道的分类

(l）岩石隧道和软土隧道。

(2）按地理位置可分为山岭隧道、水底隧道、城市交通隧道、地下铁道和航运隧道、引水隧道。

(3）按隧道长度可分为特长隧道、长隧道、中隧道和短隧道。按隧道断面形状可分为单孔隧道、双孔隧道和多孔隧道。第六章隧道工程机械化施工2第六章隧道工程机械化施工3

2、隧道的结构隧道结构分主体建筑物和附属建筑物。主体建筑物由洞身衬砌和洞门两部分组成；附属建筑物包括排水、通风、供电、通信、信号、照明、监控、防灾、报警等设施所需的建筑物以及避车洞和人行道等。修建隧道是为了在地下占据一定的空间，以保证车辆安全运行。坑道必须稳定或者用足够强度的支护结构来保证隧道的稳定。在通常情况下，开挖后除坚硬、整体、耐风化的围岩能自身维持坑道的稳定外，对大部分围岩都需要修筑永久性支护坑道的结构–衬砌。隧道衬砌的结构有以下几种类型：

(l）整体式衬砌（模注混凝土衬砌）。

(2）复合式衬砌，主要应用于新奥法施工的隧道。

(3）锚喷衬砌这是一种采用锚喷支护作永久衬砌的结构形式。

(4）拼装式衬砌，目前在山岭隧道中极少使用。

第六章隧道工程机械化施工4第六章隧道工程机械化施工5

开挖隧道时，先开挖一段路堑，达到一定深度才开始挖坑道。路堑与坑道的交界叫洞口。保护洞口的建筑叫洞门。

洞门的结构形式有：

(1）端墙式洞门适应于岩体稳定的4类及以上围岩和地形开阔地区。

(2）翼墙式洞门适应于岩体较稳定的3类及3类以下的围岩，以及需要开挖路堑的地方。

(3）柱式洞门适应于地形较陡、围岩稳定性较差而设置翼墙洞门又受地形地质条件限制的地方。

(4）环框式洞门适合于围岩整体性好、坚硬不宜风化的地区。

(5）遮光棚是式洞门适应于洞口需要遮光的情况，其入口通常外伸很远。第六章隧道工程机械化施工6第六章隧道工程机械化施工7第六章隧道工程机械化施工8围岩：是隧道开挖所影响的而且对隧道稳定性有影响的那一部分岩（土）体。围岩分类：是针对隧道开挖、支护、编制定额等的需要，而把与之相适应的地质条件进行分级，来评价工程岩体的稳定程度，是隧道工程设计施工的基础条件之一。正确的围岩分级是隧道工程首要的技术课题。隧道长度：指单洞进出口洞门端墙面之间距，标注为：xx米／左（右）洞。如隧道为双洞时，则此隧道长度应标为L=L左＋L

右。隧道计量单位：一般称“座”。隧道宽度：指单洞的建筑限界净宽，如山岭区高速公路隧道单洞双车道宽度为7.5m。隧道建筑限界：包括行车道、两侧路缘带、余宽、检修道的总宽度。第六章隧道工程机械化施工9第六章隧道工程机械化施工10

隧道的施工过程可以分成两大步骤。一是开挖，就是把坑道挖出来并把土石运出去；二是衬砌，就是把衬砌的材料运进来并把衬砌修筑好，使需要的空间能够保持下来。目前隧道及地下工程施工方法可归类为4种，即明挖施工法、暗挖施工法、浅埋暗挖法和沉埋管段施工法。

1、明挖法先把隧道及其上方的地层全部挖开，然后修筑衬砌，再进行回填把隧道掩埋起来，如：修筑明洞、浅埋地铁或地铁车站等工程。其最大缺点是严重干扰交通，破坏环境；大面积拆迁已不可能或承受不起，目前应用极少。

2、暗挖法全部工程作业都在地下进行，主要施工方法有：钻爆法（喷锚构筑法）、盾构法和掘进机法、液压冲击锤开挖法。

3、沉埋管段法隧道穿越江河海峡时，采用沉埋管段建筑的施工方法。要求装备大型水上吊装设备和水下挖沟装置。

第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工11第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工12第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工13第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工144、浅埋埋暗挖挖法是一种种在离离地表表很近近的地地下进进行各各种类类型地地下洞洞室暗暗挖施施工的的方法法。在在明挖挖法和和盾构构法不不适应应的情情况下下，显显示了了巨大大的优优越性性。浅埋暗暗挖法法施工工步骤骤：1）先将将钢管管打入入地层层，然然后注注入水水泥或或化学学浆液液，使使地层层加固固。2）地层层加固固后，，进行行短进进尺开开挖，，一般般每循循环在在0.5––1.0米，随随后即作作初期期支护护。3）施作作防水水层。。4）完成成二次次支护护，一一般情情况下下，可可注入入混凝凝土，，特殊殊情况况下要要进行钢筋筋设计计。北京长长安街街下的的地铁铁修建建工程程采用用的就就是浅浅埋暗暗挖法法。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工15第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工16§6一2钻爆法法钻爆法法（钻钻眼爆爆破作作业法法、DBM、喷锚锚构筑筑法））是在在十九九世纪纪六十十年代代随着着第一一台风风动凿凿岩机机的出出现和和黄色色炸药药的发发明而而出现现的施施工方方法，，经过过100多年的的发展展，有有了喷喷锚支支护、、控制制爆破破、新新奥法法、门门架台台车、、全液液压凿凿岩台台车等等技术术和设设备，，向着着全断断面、、大断断面、、机机械化化、高高效、、快速速方向向发展展。目目前，，公路路和铁铁路隧隧道开开挖主主要还还是用用这种种方法法。钻爆法法施工工一个个开挖挖循环环的程程序是是：测测量放放线～～布孔孔～钻钻孔～～钻孔孔合格格检查查～装装药联联网～～孔网网检查查合格格～起起爆～～通风风排烟烟～松松动围围岩或或掉块块处理理～出出碴～～挂网网（视视情况况而定定）～～安装装钢肋肋（视视情况况而定定）～～喷混混凝土土～安安装锚锚杆（（视情情况而而定））。往往复循循环，，不断断掘进进。每每个循循环的的开挖挖进尺尺取决决于钻钻孔深深度。。一般般情况况下，，孔深深为3.5m，进尺尺可达达到3.3m。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工17第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工18一、开开挖方方法开挖方方法的的选择择主要要根据据隧道道断面面大小、、围岩岩的稳稳定情情况，，采用用全断断面一一次开挖挖或分分部开开挖。。全断面面开挖挖法主主要作作业过过程是是：开开挖工作作利用用凿岩岩台车车钻出出整个个面的的全部部炮眼，，一次次爆破破成洞洞；通通风排排烟后后用大大型装渣渣机出出渣；；出渣渣完毕毕后就就开始始下一一钻爆循循环。。分部开开挖法法：当当隧洞洞断面面较高高时，，常分台台阶自自上而而下开开挖。。上部部断面面的布布孔（钻钻水平平孔））与全全断法法相同同相同同，但但下部台台阶的的开挖挖则采采用梯梯段爆爆破法法钻垂垂直炮孔孔，用用药量量少，，爆破破效果果好。。分部部开挖以以导洞洞先行行，有有利于于尽快快贯穿穿洞身身，或与竖竖井连连接，，能简简化通通风系系统；；也可可第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工19作为主主洞的的探洞洞，事事先摸摸清地地质情情况。。此外外，开开挖大大断面面平洞洞，尚尚有中心导导洞辐辐射钻钻孔法法，在在断面面中央央用小小型机机械开开挖中中导洞洞，在在导洞洞中用履带带钻或或拖式式车钻钻向四四周钻钻辐射射孔，，以扩扩大开开挖成成洞。。二、炮炮孔布布置岩石隧隧道的的钻爆爆开挖挖，为为提高高爆破破效率率必须须首先先增加加爆破破自由由面数数目。。因此此，在在断而而中部部先爆爆破出出一个个缺口口，然然后再再引爆爆其余余炮孔孔。这这一缺缺口的的形成成称为为掏槽槽。断断面上上的钻钻孔可可分为为掏槽槽孔和和崩落落孔，，而崩崩落孔孔又可可分为为辅助助孔和和周边边孔。。每一隧隧道断断面的的炮孔孔数日日和布布置型型式应应根据据断面面大小小、岩岩石性性质和和循环环进尺尺等因因素设设计确确定，，并使使钻孔孔方便便。根根据掏掏槽型型式，，隧洞洞断面面的钻钻孔布布置可可分为为楔形形掏槽槽和平平行直直孔掏掏槽两两种。。楔楔形掏掏槽由由数对对对称称的相相向倾倾斜的的炮孔孔组成成．对对钻孔孔质量量要求求稍低低。为为使隧隧洞周周边整整齐不不超挖挖药的的空孔孔，周周边孔孔的间间距、、药量量应按按光面面爆破破要求求设计计。平平行直直孔掏掏槽的的中间间两孔孔是不不填药药的空空孔。。这种种布置置型式式的优优点是是易于于实现现钻孔孔自动动化，，便于于达到到要求求的循循环进进尺，，增大大爆破破深度度。其其缺点点是增增加了了钻孔孔数量量，且且对炮炮孔要要求的的质量量高。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工20第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工21第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工22三、钻钻孔机机械常用的的有：：1、液压压凿岩岩台车车；2、门架架台车车；3、汽车车式简简易凿凿岩台台车第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工23第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工24第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工25四、新新奥法法（NATM)即奥地地利隧隧道工工程建建设新新方法法的简简称。。该法法1948年提出出后，，世界界各地地普遍遍运用用，已已成为为现代代隧道道工程程新技技术标标志之之一。。A、新奥奥法施施工要要点：：1、开挖挖作业业多采采用光光面爆爆破和和预裂裂爆破破、大大断面面开挖挖，减减少扰扰动。。2、根据据围岩岩特征征采用用不同同的支支护类类型和和参数数，及及时施施作密密贴于于围岩岩的柔柔性混混凝土土和锚锚杆初初期支支护，，以控控制围围岩的的变形形和松松弛。。具体作作法：：第一一次喷喷混凝凝土3-5cm厚，安安锚杆杆，铺铺钢筋筋网，，立钢钢拱架架，喷喷二次次混凝凝土到到设计计厚度度。3、通过过施工工中对对围岩岩和支支护的的动态态观察察测量量，合合理安安排施施工顺顺序，，进行行设计计变更更及日日常的的施工工管理理。光面爆爆破：：也叫叫修边边爆破破，是是一种种控制制岩体体开挖挖轮廓廓的爆爆破技技术，，是通通过一一系列列措施施对隧隧道周周边部部位实实行正正确的的钻孔孔和爆爆破，，并使使周边边眼最最后起起爆的的爆破破方法法。爆爆破后后，设设计轮轮廓线线内的的岩石石适度度破碎碎，而而围岩岩稳定定性得得以保保持，，适用用范围围广泛泛，在在软岩岩中级级岩浅浅孔爆爆破中中效益益明显显。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工26第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工27预裂爆爆破：：是在在开挖挖轮廓廓上钻钻互相相平行行的比比较密密集的的炮眼眼，装装药后后使之之比其其他爆爆破眼眼先起起爆，，使爆爆破后后各爆爆眼间间形成成相互互贯通通的裂裂隙，，与原原岩体体分割割开来来，然然后再再起爆爆其他他炮眼眼。因因轮廓廓线上上裂缝缝已形形成，，当其其他炮炮眼起起爆时时，不不会引引起原原岩体体的破破坏，，而形形成光光滑的的平整整壁面面。预预裂爆爆破可可起较较大的的隔振振作用用，一一般适适用于于硬岩岩深孔孔爆破破。在在软弱弱围岩岩中也也可得得到较较好的的爆破破效果果。隧道围围岩变变形量量测：：在隧隧道开开挖过过程中中，对对围岩岩一支支护系系统的的变形形过程程所作作的量量测，，叫作作隧道道围岩岩变形形量测测。它它是新新奥法法现场场量测测的首首要内内容。。喷锚支支护是是隧洞洞施工工的重重要环环节，，以确确保施施工安安全和和施工工进度度，也也是““新奥奥法””的一一项主主要手手段。。所谓谓喷是是指用用喷射射方法法将混混凝土土喷到到围岩岩表面面及裂裂缝中中，使使其快快速凝凝固后后起到到支护护作用用。所所谓锚锚是指指在隧隧洞围围岩上上钻孔孔安设设杆件件，使使它锚锚固在在岩体体内以以加固固围岩岩。第六章隧隧道工工程机械械化施工工28第六章隧隧道工工程机械械化施工工29第六章隧隧道工工程机械械化施工工30B、锚杆施施工锚固在岩岩体内的的杆件称称为锚杆杆。常用用的金属属锚杆有有楔缝式式、胀壳壳式、爆爆固式、、开缝式式和水泥泥砂浆或或树脂式式等多种种。在隧隧洞综合合机械化化施工中中，钻凿凿锚杆孔的钻机机可以利利用钻车的支支臂钻机机朝洞壁钻径径向孔，，而更多的是是利利用用架设在钻车车平台上上的专门钻锚锚杆孔的的支臂钻机。。也有用用专门设计的的锚杆台台车钻孔和安安插锚杆杆的。第六章隧隧道工工程机械械化施工工31C、喷混凝凝土喷喷混凝凝土施工工是将砂砂、石、、水泥和和速凝剂剂等材料料用高速速气流输输送和喷喷射到隧隧洞围岩岩表面和和裂缝中中，使其其快速凝凝固起到到支护作作用。除除采用压压缩空气气作为喷喷射动力力外，也也有利用用机械抛抛射原理理的喷射射机。喷射混凝凝上所用用材料中中，一般般采用500号以上的的普通硅硅酸盐水水泥。平平均粒径径为0.35一0.5mm的粗砂，，粒径不不大于20（碎石））mm与25（卵石））mm的粗骨料料·以及掺量量为水泥泥用量的的2％一8％的速凝凝剂，按按照一定定的配比比掺合应应用。为为了提高高喷混凝凝土的强强度，一一种在混混凝土中中掺入1％一2％钢丝的的钢纤维维喷混凝凝土方法法逐渐得得到推广广应用。。一般使使用直径径0.4mm、长度不不短于12.5mm的短钢丝丝，它由由专用的的钢纤维维机制作作，而且且一还制制成螺旋旋状或其其他钩状状。喷混凝土土施工工工艺可分分为干式式和湿式式两种。。干式式喷射是是将粗、、细骨料料和水泥泥干拌后后，经喷喷射机由由压缩空空气输送送到喷嘴嘴处再加加水喷射射，如需需加入速速凝剂应应在喷射射前加入入。湿式式喷射是是将水、、水泥、、粗细骨骨料一次次拌和好好，用喷喷射机输输送到喷喷嘴加入入速凝剂剂后喷射射。第六章隧隧道工工程机械械化施工工32干式喷射射的主要要优点是是：输送送距离长长，设备备简单，，耐用。。但施工工粉尘较较大，回回弹率达达15-50%。干喷作作业产生生的粉尘尘危害健健康。湿式喷射射的优点点是：1）粉尘小小；2）生产率率高，10m³³/h。3）回弹率率低，10%以下。4）质量高高。但设设备较复复杂，操操作及维维修不及及干喷机机方便，，需用的的液体速速凝剂售售价高，，尚不能能实现国国产。国际上发发达国家家推行湿湿式喷射射，我国国主要采采用干式式喷射。。第六章隧隧道工工程机械械化施工工33五、机械械化出碴碴根据隧道道断面的的大小不不同，出出碴方式式分为有有轨（轨轨道式））和无轨轨式两种。类别

钻孔台车

装岩设备

运输设备有轨运输轨道式钻车（门架台车）1、立爪式装载机2、反铲挖装机

1、矿车2、梭车无轨运输1、液压凿岩台车；

2、汽车式简易凿岩台车1、轮式装载机2、履带式装载机3、短臂挖掘机1、后卸、整体（铰接）车架自卸车2、单轴牵引运输车第六章隧隧道工工程机械械化施工工34德国SchaeffITC312H型挖装机机第六章隧隧道工工程机械械化施工工351、有轨运运输形式式有轨运输输适用于于单线铁铁路长隧隧道出碴碴运输，，运输设设备的选选定应结结合隧道端端面、围围岩等级级，施工工工期、、钻孔设设备能力力等因素素确定。。有轨运输输大多采采用电瓶瓶车或内内燃机车车牵引，，采用矿矿车或梭梭式矿车车运石渣，是是一种适适应性较较强也较较为经济济的运输输方式。。有轨运输输采用四四轨三线线制，即即在隧道道内辅设设四根钢钢轨形成成两条运运输线（轻车线线、重车车线）的的同时，，使两线线的相邻邻两条钢钢轨满足足构成第第三运输输线（中线线）的条条件，其其核心是是使用一一组特制制的双开开对称道道岔。门架式台台车行走走在外侧侧两根钢钢轨上，，出碴时时运输车车辆穿过过门架式式台车在中线（（第三线线）位置置装碴，，并经特特制对称称道岔分分别轻、、重车线线进出。。三线均采采用900mm轨距模式式，门架架式台车车的轨距距为2840mm，均为43kg/m钢轨。第六章隧隧道工工程机械械化施工工36配合进行行装渣作作业挖装机与与梭式矿矿车配合合进行装装渣作业业第六章隧隧道工工程机械械化施工工37第六章隧隧道工工程机械械化施工工38第六章隧隧道工工程机械械化施工工392、无轨运运输方式式无轨运输输主要指指采用轮轮胎式运运输车辆辆运输出出碴。无轨运输输多数采采用轮胎胎式装载载机或履履带式装装载机向向车辆装装渣。在在隧洞施施工工作作面窄、、高度有有限、地地面岩石石尖锐和和泥水横横流的恶恶劣条件件下，选选用的轮轮胎式装装载机应应配有耐耐磨防滑滑的链条条轮胎和和废气净净化装置置，铲斗斗除前卸卸外尚能能侧卸。。只有在在工作面面宽度大大于12m时，才可可使用前前卸铲斗斗向车厢厢装载。。履带式式装载机机一般也也是铲斗斗前卸式式的。如如果两履履带能分分别驱动动，可实实现原地地转向时时，其操操纵灵活活性并不不亚于铰铰接转向向的轮胎胎式装载载机，使使用起来来仍很方方便，况况且在不不平的岩岩面上工工作，履履带底盘盘的稳定定性和耐耐磨性也也比轮胎胎式的优优越在大大断面地地下洞室室施工中中，尚可可采用短短臂正铲铲挖掘机机向车辆辆装渣，，但生产产率较低低。此外外，履带带式的和和轮胎式式的蟹立立爪装岩岩机亦可可用来向向轮胎车车辆装渣渣，包括括自卸汽汽车和轮轮胎式梭梭车等。。在隧洞洞施工中中，从避避炮和转转移工作作面的要要求考虑虑时，轮轮胎式装装渣机械械要比履履带式的的机动。。第六章隧隧道工工程机械械化施工工40适于隧洞洞运输出出渣的车车辆包括括短轴距距、后卸卸或侧卸卸的重型型自卸汽汽车、后后卸的铰铰接转向向的自卸卸汽车、、还有单单轴牵引引车拖带带的后卸卸式半拖拖车等。。这些车车辆中应应选用低低污染或或带有废废气净化化装置的的。地下下工程使使用的装装载机斗斗容一般般为1.5-5m³，与之配配套汽车车的载重重量为10-32t，以维持持其斗容容关系为为1:3一1:5。选用单单向行驶驶自卸汽汽车时，，需在洞洞中设置置调向转转盘，因因此，最最好选用用能双向向行驶的的自卸汽汽车。双双向行驶驶的汽车车备有两两套转向向装置．．欲倒向向行驶只只需将坐坐倚转180即可，使使驾驶员员驾车进进出隧洞洞都可面面朝前方方，无需需在洞内内调车。。选用短短轴距的的和铰接接转向的的自卸汽汽车是因因其转弯弯半径小小。选用用后卸式式半拖车车出渣是是比较理理想的，，因为车车厢坚实实耐冲击击，且排排出大块块岩渣比比底卸的的车辆顺顺畅。铰铰接转向向的车身身转弯容容易，而而且两轴轴轴距还还可采用用弓起车车厢方法法缩短，，从而进进一步减减小转弯弯半径，，．出入入隧洞更更为方便便。在采采用无轨轨运输的的长隧洞洞施工中中，如弃弃渣地点点很远，，则车辆辆运输循循环时间间就很长长。为加加速处理理工作面面上的堆堆渣，也也可将岩岩渣光堆堆放洞内内某处·再作第二二次搬运运。第六章隧隧道工工程机械械化施工工41第六章隧隧道工工程机械械化施工工423、出渣运运输方式式的选择择主要根根据开挖挖断面大大小、隧隧洞长度度和隧洞洞衬砌方法进进行选择择。有轨运输输的优点点是：适适于各种种断面的的开挖；；对通风风的要求求比无轨轨运输低得多多，更适适于长隧隧洞施工工；采用用门架式式轨道钻钻车，既既允许出出渣列车车穿过其下下，而且且钻车本本身的多多层平台台能为装装药、打打设锚杆杆、喷混混凝土、、安装钢丝丝网、钢钢筋和通通风管等等工作提提供方便便；全部部采用轨轨道式设设备时，，对选择衬衬砌程序序比较方方便；而而且还有有多种轨轨道式混混凝土衬衬砌设备备可供选选用。有轨运输输的缺点点是：设设备调动动和转移移不便，，常固定定在一个个工作面面上使用；出洞洞卸渣仅仅限于洞洞口附近近，不及及自卸汽汽车远送送方便；；设备在在完工后后转让价值值有限。。

无轨轨运输的的优点是是：轮胎胎式设备备具有良良好的机机动性，，一套设设备能为为两三个工作作面服务务；出渣渣地点运运距不受受限制，，能送到到道路所所及的渣渣场而无无需中转；；设备的的通用性性好，能能用于其其他工程程。第六章隧隧道工工程机械械化施工工43无轨运输输的缺点点是：设设备用量量和尺寸寸一般均均较大，，工作宽宽度也大大，要求求有较大大的通过过空间和和较宽的的路基，，为此因因设置避避车和停停放洞室室所引起起的附加加工程量量也是较较大的；；设备中中柴油机机车辆数数量增多多，要求求的通风风量增加加，通风风管道和和动力费费用加大大；对设设备的维维修管理理比轨道道式的要要求高；；给以后后隧洞衬衬砌工作作带来一一些困难难和问题题。六、风水水电供应应1、施工通通风分为自然然通风和和机械通通风。自自然通风风是依靠靠洞内外外温差是是空气对对流而起起通风作作用。长长度在200m以内的短短隧道或或长隧道道在洞门门以内不不足100m的地段可可采用。。机械通风风常用的的有风管管式和巷巷道式。。a、风管式式：采用用通风机机和与之之相连的的风管。。根据通通风机的的工作方方式可分分为压入入式、吸吸出式和和混合式式。对于于隧道施施工，要要求通风风机风量量大，尺尺寸小，，重量轻轻，调整整方便，，便于装装卸和运运输等，，因此多多采用轴轴流式风风机。第六章隧隧道工工程机械械化施工工44第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工45b、巷道道式通通风利用巷巷道作作为循循环风风流通通道的的一种种通风风方式式。整整个通通风系系统是是由一一个主主风流流循环环系统统和一一个或或一个个以上上的局局部风风流循循环系系统组组成。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工46２、压压缩空空气供供应在隧道道施工工中，，以压压缩空空气为为动力力的风风动机机具主主要有有：风风钻台台车、、喷射射混凝凝土机机具、、锻钎钎机、、压浆浆机等等。要要保证证这些些风动动机具具的正正常工工作，，需有有足够够的压压缩空空气供供应，，即要要有足足够的的风量量和风风压供供应给给各个个风动动机具具，同同时还还应尽尽量减减少压压缩空空气在在管路路输送送过程程中的的风压压和风风量损损失，，以达达到即即能保保证风风动机机具进进行正正常工工作，，又能能达到到降低低消耗耗、节节约能能源、、降低低成本本及保保证施施工质质量的的目的的。空压机机站供供风能能力计计算压缩空空气由由空气气压缩缩机生生产供供应。。空气气压缩缩机有有内燃燃及电电动等等类型型，空空压机机通常常集中中安设设在洞洞口附附近，，称为为空压压机站站。空空压机机站的的供风风能力力Q值，取取决于于由储储气筒筒到风风动机机具设设备沿沿途的的损失失、各各风动动机具具的耗耗风量量、以以及风风动机机具的的同时时工作作系数数和备备用系系数，，即：：空压压机站站的生生产能能力（（或供供风能能力））Q可用式式计算算：第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工47Q=（1+K备）（∑∑qK+q漏）km式中：：K———同时工工作系系数K备——空压机机的备备用系系数，，一般般采用用75﹪﹪～90﹪﹪∑q———风动机机具所所需风风量，，m³/min,q漏——管路及及附件件的漏漏耗损损失，，其值值为：：q漏=d××∑L,m3/min;d—每公里里漏风风量，，平均均为1.5m³/min～2.0m³/min，L———管路总总长（（㏎））。km——空压机机所处处海拔拔高度度对空空压机机生产产能力力的影影响系系数压风管管道的的选择择，应应不小小于0.5Mpa的要求求，空空气压压缩机机产生生的压压缩空空气的的压力力一般般为0.7～0.8Mpa左右。。为保保证风风动机机具的的风压压，要要求钢钢风管管终端端的风风压不不得小小于0.6Mpa，这样样通过过胶皮皮管输输送至至风动动机具具的工工作风风压才才不小小于0.5Mpa。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工48３、隧隧道施施工供供水隧道施施工期期间的的生产产用水水和生生活用用水主主要用用途包包括：：凿岩岩机用用水、、喷雾雾洒水水防尘尘用水水、衬衬砌施施工用用水、、混凝凝土养养护施施工用用水、、压机机冷却却用水水、浴浴池用用水、、施工工人员员的生生活用用水等等，因因此需需要设设置相相应的的供水水设施施和排排水沟沟。隧道施施工供供水基基本要要求：：水质质要求求、用用水量量大小小、水水压及及供水水设施施等应应能满满足工工程和和生活活用水水的要要求。。４、隧隧道施施工供供电隧道施施工供供电，，包括括生产产用电电及生生活用用电等等。随随着隧隧道施施工机机械化化程度度的提提高，，相应应机械械化施施工耗耗电量量越来来越大大，为为了保保证施施工质质量和和施工工安全全，对对隧道道施工工供电电的可可靠性性要求求也越越来越越高，，因此此隧道道施工工供电电显得得非常常重要要。隧道供供电首首先要要确定定总用用电量量，以以便选选用合合适的的发电电机、、变压压器、、各类类配电电开关关设备备和线线路导导线，，以做做到安安全、、可靠靠地供供电、、节约约用电电、减减少投投资等等。一一般施施工现现场总总用电电量，，常采采用估估算式式进行行计算算确定定。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工49供电线线路电电压等等级隧道施施工供供电电电压，，一般般采用用三相相四线线400/230（V）。长长大隧隧道施施工，，可用用6kv～10kv，动力力机械械的电电压标标准是是380v；成洞洞地段段的照照明可可采用用220v。工作作地段段照明明和手手持电电动工工具，，应按按规定定选用用安全全电压压供电电。隧道施施工作作业地地段照照明，，必须须使用用安全全变压压器配配电，，其容容量：：输入入电压压为220V，输出出电压压宜用用36V，32V，24V，12VL四个等等级，，便于于根据据作业业工作作面安安全要要求选选用照照明电电压（（成洞洞段和和不作作业地地段可可用220V，瓦斯斯地段段不得得超过过110V，一般般作业业地段段不宜宜大于于36V，手提提作业业灯为为12~24V）；隧道施施工中中的““三三管两两线””：高高压风风管、、低压压风管管、高高压水水管、、电线线（高高压、、低压压）、、运输输线。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工50第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工51七、辅辅助坑坑道利用辅辅助坑坑道增增辟新新的工工作面面开解解决工工期问问题。。辅助助坑道道按其其与隧隧道位位置的的相互互关系系和运运输方方式的的特点点，可可分为为横洞洞、平平行导导坑、、斜井井和竖竖井四四种类类型。。1、横洞洞在隧道道的傍傍侧、、与正正洞基基本上上处于于同一一水平平面并并与正正洞相相连的的一种种辅助助坑道道。根根据当当地的的具体体条件件，横横洞可可以修修成与与正洞洞正交交或斜斜交（（交角角不小小于40°°）。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工52对傍山山沿河河或侧侧面覆覆盖层层较薄薄的隧隧道，，设置置横洞洞来增增加新新的工工作面面或作作为运运输通通道是是很有有利的的。有有时，，遇到到在隧隧道洞洞口处处桥隧隧相连连，或或洞口口的地地质条条件不不好、、地形形不利利或路路堑开开挖量量很大大，一一时不不能进进洞时时，也也可用用开辟辟横洞洞的办办法抢抢先进进洞，，使正正洞施施工和和洞口口路堑堑工程程同时时进行行，互互不干干扰。。横洞的的运输输采用用单道道还是是双道道，一一般按按正洞洞的来来定，，其断断面尺尺寸一一般也也与导导坑的的单、、双道道断面面尺寸寸相同同。横横洞的的纵坡坡，一一端与与正洞洞相接接，向向外有有不小小于3°°的下坡坡，以以利于于排水水和运运输。。除了了长隧隧道的的横洞洞以外外，横横洞的的长度度一般般不超超过100米。横洞的的开挖挖和支支撑，，与一一般隧隧道导导坑相相同。。不作作为永永久通通风或或排水水用的的横洞洞，一一般不不衬砌砌，隧隧道完完工后后，在在其两两端用用浆砌砌片石石封闭闭掉。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工532．平行行导坑坑（平平导））在隧道道一侧侧（或或两侧侧）相相隔一一定距距离与与正洞洞相平平行的的一种种辅助助坑道道。有有时由由于地地形限限制，，其洞洞口端端与正正洞不不能保保持平平行。。在平平行导导坑与与正·洞之间间用横横通道道相连连。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工54越岭的的长隧隧道，，由于于受地地形条条件时时，可可以采采用平平行导导坑来来增辟辟工作作面动动力设设备和和运输输道路路等限限制，，难于于采用用其他他辅助助坑道道时，，可以以采用用平行行导坑坑来增增辟工工作面面，其其方法法是使使平行行导坑坑超前前于正正洞，，在适适当地地点开开挖横横通道道进入入正洞洞，开开辟新新的工工作面面。平行导导坑还还可以以起到到以下下几种种作用用：(1）平行行导坑坑超前前于正正洞，，可以以起到到地质质勘探探的作作用，，为正正洞施施工进进一步步提供供更为为详尽尽的地地质资资料；；提前前打通通了平平行导导坑，，有利利于控控制正正洞的的贯通通误差差；(2）平行行导坑坑可以以作为为排水水、通通风和和运输输的通通道，，有利利于解解决正正洞的的排水水、通通风和和运输输干扰扰；(3）作为为施工工人员员的安安全通通路；；(4）作为为分期期修建建双线线隧道道的导导坑。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工55实践证证明，，长隧隧道设设置平平行导导坑后后，可可以使使正洞洞的施施工效效率提提高50-60%，但由由于要要多开开挖一一个导导坑，，隧道道的造造价会会增加加20-30%，因此此一般般认为为，只只有长长度在在3000米以上上，且且不宜宜采用用其他他辅助助坑道道的隧隧道，，或者者有时时每隔隔3、4个横通通道设设置一一个反反向横横通道道。平行导导坑一一般采采用单单车道道断面面，每每隔适适当距距离（（300米左右右）设设一会会车道道。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工563、斜井井相当当于一一个有有明显显坡度度的横横洞，，长度度大于于2000米、埋埋置不不深的的或深深埋而而地表表旁侧侧适宜宜位置置有低低洼地地形，，且地地质条条件较较好的的隧道道，可可以采采用斜斜井作作为辅辅助坑坑道。。第六章章隧隧道工工程机机械化化施工工57斜井的的平面面位置置，可可以与与正洞洞斜交交或正正交，，斜交交时与与隧道道中线线的水水平交交角（（β）不小小于40度。井井底与与隧道道的接接头处处，有有时需需要用用一段段平道道连接接，平平道的的长度度一般般为15-25米。斜斜井的的断面面尺寸寸取决决于运运输轨轨道数数、斗斗车尺尺寸、、设备备布置置、人人行道道宽度度（不不小于于0.7米）等等，斜斜井的的高度度（h）通常常为2.6米，其宽度度（b）有双轨单单道2.6米、三轨双双道3·4米。第六章隧隧道工工程机械化化施工584、竖井是在在隧道的旁旁侧或洞顶顶开挖的一一种竖直井井筒。埋置置较深的长长大隧道，，如果没有有设置横洞洞或斜井的的条件时，，可在洞顶顶覆盖较薄薄、地质条条件较好的的适当位置置，采用竖竖井作为辅辅助坑道。。第六章隧隧道工工程机械化化施工59隧道竖井的的深度一般般不超过150米。当地形形地质条件件许可时，，可结合运运输和通风风的需要，，尽量采用用简易竖井井，简易竖竖井的深度度一般不超超过40米。如果没没有技术上上的依据，，竖井的位位置宜设在在隧道的一一侧，其中中线与隧道道中线的距距离为15-20米。竖井的结构构主要包括括：锁口圈、井井壁、壁座座、联接段段和井下集水水坑等部分分。竖井通常采采用圆形断断面，圆形断面受受力条件较较好，开挖挖及支撑较简简单，通风风阻力也较较在稳定的、、压力不大大的围岩里里，可以采用矩矩形断面。。矩形断面面有利于施工工设备的布布置，施工工也比较方便便，不过支支撑和衬砌砌的受力条件件较差。第六章隧隧道工工程机械化化施工60辅助坑道的的设置原则则:1、先斜井，，后平导、、横洞，最最后再考虑虑竖井；2、减少辅助助坑道的数数量，增大大设备的投投入是今后后隧道的发发展方向。。第六章隧隧道工工程机械化化施工61第六章隧隧道工工程机械化化施工62工程实例：：西合线东秦秦岭隧道（（12.268km)：单洞双线线，铁一、、十八局施施工。施工断面91-101m²。采用贯通通式平导(4.8x6.15+4x4.5m；平均28m²)实际贯通工工期：2000.3.11-2002.7.28主要施工设设备：造价：开挖挖170元/m³；衬砌800元/m³。正洞3.2-3.3万元/米钻眼：瑞典典ATLAS353E三臂凿岩台台车(3x45KW)800万元/台挪威AMV三臂凿岩台台车（3x55KW）1038万元/台装碴：BROYT（博依特））EP600T履带式铲装装机3.4m³590万元/台小松常林WA470-3装载机(3m³³,214KW)176万元/台德国ITC312H4挖装机(电动75KW，柴油63KW）580万元/台运碴：青岛岛STARE20T自卸车40.2万元/台(7台)瑞典VOLVOA25C25T铰接自卸车车191.6万元/台(8台)第六章隧隧道工工程机械化化施工63§6一3TBM法全断面岩石石掘进机，，简称TBM(TunnelBoringMachine）是二十世世纪五十年年代在美国国发展起来来的地下工工程施工机机械，现在在已经成为为一种具有有高科技水水平的隧道道（洞）施施工机械。。它由主机机和后配套套两部分组组成：主机机主要有刀刀盘、驱动动系统、支支撑推进系系统、皮带带输送机等等，用于破破碎岩石、、集碴转载载；后配套套主要有管管片安装机机械手、豆豆粒石灌注注机、运碴碴机车与车车厢、翻碴碴机、弓型型管片运输输车等，用用于出碴和和支护。第六章隧隧道工工程机械化化施工64第六章隧隧道工工程机械化化施工65第六章隧隧道工工程机械化化施工66第六章隧隧道工工程机械化化施工671、TBM法施工的掘掘进过程是是：支撑系系统把主机机架牢固地地锁定在已已开挖的隧隧道洞壁上上，推进油缸以支撑撑系统为支支点，把推力施加加给主机架架和刀盘，而刀盘盘上装有滚滚刀并由电机驱动动旋转，在在强大的推力和扭扭矩的作用用下，滚刀剪切挤挤碎岩石而而一次性形成圆型型断面。崩崩落在隧底的岩碴碴被随刀盘盘旋转的均布在刀刀盘上的铲铲斗、刮板收集在在皮带机上上，通过皮带机运运送到运碴碴车卸碴，然后运运到洞外出出碴。第六章隧隧道工工程机械化化施工682、TBM法施工的一一个掘进循循环是：超超前地质预预报～实施施超前加固固（视情况况而定）～～掘进、卸卸碴出碴（（包括底部部清碴）、、初期支护护、仰拱块块铺设、轨轨道延伸～～换步、调调向～进入入下一个掘掘进循环。。推进油缸缸推进一个个行程，掘掘进机就掘掘进一个循循环。如TB880E的每一个循循环行程是是1.8m。TBM是超大型的的综合系统统，设备的的特点决定定了TBM施工与钻爆爆法施工不不同：(l）超大型综综合设备(2）隧道工厂厂化施工，，要求较安安全的运输输通道和组组装场地及及配套设备；(3）施工速度度快，l-3.5m/h，要求材料料、配件的的供给储存存必须满足需要；；(4）设备复杂杂，要求配配套设施齐齐全，且布布局合理；；对地质较较敏感，灵活性小，，对前期配配套工程的的依赖性强强；(5）施工环节节多，相互互协调要求求高；(6）用水量、、用电量、、刀具消耗耗量大。第六章隧隧道工工程机械化化施工693、TBM前期配套工工程由于TBM的施工特点点，决定了了前期工程程必须满足足施工需要要，否则将将影响施工工效率和工工程效益。。一般来说说，前期工工程应有：：(l）运输通道道；在新线线工程设计计时，考虑虑TBM施工的先决决条件，必必须能够顺利利将TBM运输到施工工现场，而而且运输路路程较短（（指工程便道）、、造价低。。(2）组装场地地、临时存存放场地、、预备洞室室、起步洞洞室；起步步洞室的长短、大小小取决于TBM的刀盘直径径及刀盘前前面到TBM前外凯的距离。大于于该距离也也能满足施施工要求，，但易造成成施工浪费费。(3）仰拱块预预制工厂、、混凝土拌拌合站、仰仰拱块存放放场地；(4）刀具、机机车、材料料车、碴车车维修存放、、仓储场地地；(5）运输轨线线及翻车机机安装工程程；(6）供电、供水设施施场地；(7）机械加工、维修修场地；(8）材料、配件仓储储场地；(9）员工生活区工程程。第六章隧隧道工程机机械化施工704、TBM法的优缺点优点：1）快速：掘进机可可以实现连续掘进进，能同时完成破破岩、出碴、支护护（衬砌）等作业业，流水线作业一一次成洞，速度快快，效率高。在引引大入秦38号隧洞（Ф5.53m）施工中，平均月月成洞1100m，最高月成洞1400m，最高日成洞75.2m。TBM掘进速度是钻爆法法的5-20倍。2）优质：TBM开挖是机械破岩，，避免了隧洞围岩岩因爆破而受到破破坏，开挖洞壁完完整光滑。3）经济：TBM施工长隧洞减少了了钻爆法长洞短挖挖所需的支洞及临临建设施的投资。。TBM超挖量小，可节省省支护衬砌量33-67%。在人员数量上，，一般比钻爆法少少30-40%。4）安全。对围岩扰扰动小，围岩出露露后能及时进行初初期支护，使围岩岩失稳和发生塌方方的几率减少到最最小。5）施工环境好。开开挖灰尘量大大降降低，本身配有强强大的除尘、降温温、通风和空气监监控系统，使施工工环境大大改善；；又因机械化程度度高，是工人的劳劳动强度不高。第六章隧隧道工程机机械化施工71缺点：1）一次性投资大，，重量大，运输安安装费时费力。秦秦岭隧道引进的TB880E型掘进机（Ф8.80m)，光主机就是3500万美元/台，950吨重。组装、调试试至少要三个月时时间。2）能源消耗大，比比钻爆法多30％以上。3）对围岩地质条件件要求比较高，对对地质条件变化的的适应性差。而深深埋长大隧道必然然要穿过不同地质质岩层，这就使TBM的使用受到限制。。TBM对中硬岩或软岩最最适宜，对硬岩可可以使用，但由于于刀具磨损太快，，工效要受到影响响。对于断层破碎碎带严重的地层，，岩溶发育地区、、地下水丰沛地段段，不宜使用TBM。作好地质条件超超前预报，对于TBM施工是十分重要的的。4）由于结构特点所所决定，开挖成形形的隧道截面只能能是圆形，所以犯犯M适用于设计为圆截截面的隧洞。5）开挖直径可调范范围不大，只能按按工程设计专门定定作TBM。这就造成了使用用的专用性和制造造时的单台或小批批量生产。使制造造成本和售价居高高不下。在施工结结束后，专门制造造的TBM的后续使用就可能能成为问题。有可可能闲置不用，造造成浪费。第六章隧隧道工程机机械化施工72第六章隧隧道工程机机械化施工73§6一4盾构法（shield）一、概述盾构是一种集开挖挖、支护和衬砌等等多种作业于一体体的大型隧道施工工机械，是用钢板板作成圆筒形的结结构物，在开挖隧隧道时，作为临时时支护，并在筒形形结构内安装开挖挖、运渣、拼装隧隧道衬砌的机械手手及动力站等装置置，以便能安全地地作业。它主要用于软弱、、复杂等地层的铁铁路隧道、公路隧隧道、城市地下铁铁道、上下水道等等的隧道施工。使使用盾构机械来建建筑隧道的方法称称为盾构施工法。。施工程序是：建造造竖井或基坑，将将盾构掘进机吊入入井内并安装就位位；在盾构前部盾盾壳下挖土（机械械挖土或人工挖土土），一面挖土，，一面用千斤顶向向前顶进盾体，顶顶至一定长度后（（一般为一片衬砌砌圈的宽度），再再在盾尾拼装预制制好的衬砌块，并并以此作为下次顶顶进的基础，继续续挖土顶进。在挖挖土的同时，将土土屑运出盾构，如如此不断循环直至至修完隧道为止。。第六章隧隧道工程机机械化施工74盾构法于1825年在英国伦敦泰晤晤士河下首次使用用，经过170多年的技术开发，，已能适应在各种种复杂地层条件和和施工环境中使用用。

由于城市的的发展，地下铁道道及其他城市基础础设施建设急剧增增加，以及城市环环境保护和城市人人口过度密集等条条件的制约，明挖挖法所遇到的限制制越来越多。随着着土压式盾构、泥泥水加压式盾构的的出现，对于不良良地质地段和防止止地面下沉的措施施日益完善，盾构构法已从特殊施工工方法成为一般施施工方法，并将逐逐步取代明挖法。。盾盾构法是现阶阶段世界上修建隧隧道最先进的施工工方法之一。当前前已完工或正在施施工的三大海底隧隧道工程：英法海海峡隧道、丹麦海海峡隧道、东京湾湾海底隧道。第六章隧隧道工程机机械化施工75第六章隧隧道工程机机械化施工76我国从90年代以来，已成功功地研制了直径3.8～6.34m的土压平衡盾构掘掘进机10余台，用于地铁隧隧道、引排水隧道道、电缆隧道工程程，技术水平已接接近国际先进，在在隧道导向技术、、监控技术方面的的研究也达到了国国际先进。但由于于我国液压泵和阀阀件的加工制造水水平与国外相比尚尚存在一定差距，，在一些盾构掘进进机中适量采用了了国外的零部件。。在直径1.2～3m的顶管掘进机方面面，我国已经先后后研制了先进的反反铲顶管机、土压压平衡顶管机和泥泥水加压顶管机，，国内已完全有能能力制造国产机械械，替代进口设备备。最近，上海已已研制了国内第一一台3.8m×3.8m组合刀盘土压平衡衡式矩形顶管机，，完成了2条62m长的地下人行通道道，使我国在异形形盾构的开发研究究方面挤入世界先先进行列。在微型型隧道掘进机方面面，我国也已研制制了直径600～800mm的中心螺杆出土顶顶管机、夯管顶管管机和水平定向钻钻机等设备。第六章隧隧道工程机机械化施工77二、盾构的分类和和特点1、盾构的分类按盾构断面形状的的不同，可将盾构构分为圆形、拱形形、矩形和马蹄形形4种；按按开挖方方式的不同，可分分为手工挖掘式、、半机械挖掘式、、机械化挖掘式3种；按按盾构前前部构造的不同，，可分为全部开口口形、部分开口形形、密闭形3种。按按平衡地地层土压方式可分分为：气压式、局局部气压式、水压压式、泥水加压式式和土压平衡式等等。2．机械化盾构的特特点l）机械化盾构施工工的优点(l）提高工效，缩短短工期一般日挖进进能力在砂质土壤壤为人工的两倍，，砂和亚粘土为人人工盾构的3一5倍，粘性土为人工工的5一8倍；(2）减少塌方，生产产安全无论哪一种种盾构都具有防止止工作面塌方，平平衡地下水压及减减少塌方的优点。。而且施工人员无无需直接在掌子面面操作，安全性高高；第六章隧隧道工程机机械化施工78第六章隧隧道工程机机械化施工79(3）由于工期能缩短短，节省劳力，因因而可降低施工成成本，经济性高；(4）施工环境好，施施工人员无需在气气压下工作，改善善了恶劣的施工条件；(5）随着土层地质的的变化，能变化挖挖进方法。2）机械化盾构施工工的缺点(l）机械造价高，质质量大，较普通盾盾构质量大1.5一2.0倍，适用于长距离施工。由由于质量大，因此此，在特软地层施施工时容易发生沉陷；(2）任何一部分机械械出故障，都必须须全部停工检修。。机械检修和准备作业时间长，机机械利用率低；(3）设计加工制造时时间长；(4）掌子面局部塌方方（顶部），如发发现不及时而继续续掘进，会引起沉陷、局部超挖和和加固操作困难；；(5）更换磨损刀具困困难。第六章隧隧道工程机机械化施工80三、盾构的原理和和结构简介盾构种类较多，其其施工方法也各不不同，现介绍如下下：

（一）手工工挖掘式盾构手手工挖掘式盾构是是盾构的最基本形形式，其他形式的的盾构都是由此而而发展起来的。手手工挖掘式盾构虽虽然在性能上有许许多缺点，使用范范围也受到一定程程度的限制，但由由于它所具有的优优点，却仍受到重重视而在继续使用用。1．手工挖掘式盾构构构造手手工挖掘掘式盾构主要由盾盾壳、支护结构、、推进机构、拼装装机构、附属装置置等5部分组成。1）盾壳

盾壳是由由钢板焊制而成的的圆形壳体结构。。它的主要作用是是承受地层压力，，起临时支护作用用，保护设备及操操作人员的安全；；承受千斤顶的水水平推力，使盾构构在土层中顶进。。同时，也是其他他机构的骨架和基基础。盾壳主要由由切口环、支承环环、盾尾等组成。。第六章隧隧道工程机机械化施工81第六章隧隧道工程机机械化施工82第六章隧隧道工程机机械化施工83(l）切口环切口环为为一圆环，前端带带有刃口，长出的的部分称为前檐，，其内焊有锲形的的纵向加强肋，数数块斜板与切口环环刃口组成内锥形形的切口。(2）支承环支承环在在盾构的中部，连连接切口环与盾尾尾，使