隧道机械化作业施工技术

隧道机械化作业

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。12

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。

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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。567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。89

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。

101112134、浅埋暗挖法是一种在离地表很很近的地下进行各各种类型地下洞室室暗挖施工的方法法。在明挖法和盾盾构法不适应的情情况下，显示了巨巨大的优越性。浅埋暗挖法施工步步骤：1）先将钢管打入地地层，然后注入水水泥或化学浆液，，使地层加固。2）地层加固后，进进行短进尺开挖，，一般每循环在0.5–1.0米，随后即作初期支护。。3）施作防水层。4）完成二次支护，，一般情况下，可可注入混凝土，特特殊情况下要进行钢筋设计。北京长安街下的地地铁修建工程采用用的就是浅埋暗挖挖法。1415§6一2钻爆法钻爆法（钻眼爆破破作业法、DBM、喷锚构筑法）是是在十九世纪六十十年代随着第一台台风动凿岩机的出出现和黄色炸药的的发明而出现的施施工方法，经过100多年的发展，有了了喷锚支护、控制制爆破、新奥法、、门架台车、全液液压凿岩台车等技技术和设备，向着着全断面、大断面面、机械化、高高效、快速方向发发展。目前，公路路和铁路隧道开挖挖主要还是用这种种方法。钻爆法施工一个开开挖循环的程序是是：测量放线～布布孔～钻孔～钻孔孔合格检查～装药药联网～孔网检查查合格～起爆～通通风排烟～松动围围岩或掉块处理～～出碴～挂网（视视情况而定）～安安装钢肋（视情况况而定）～喷混凝凝土～安装锚杆（（视情况而定）。。往复循环，不断断掘进。每个循环环的开挖进尺取决决于钻孔深度。一一般情况下，孔深深为3.5m，进尺可达到3.3m。1617一、开挖方法开挖方法的选择主主要根据隧道断面面大小、围岩的稳定定情况，采用全断断面一次开挖或分部开挖挖。全断面开挖法主要要作业过程是：开开挖工作利用凿岩台台车钻出整个面的的全部炮眼，一次爆破成成洞；通风排烟后后用大型装渣机出渣；出出渣完毕后就开始始下一钻爆循环。分部开挖法：当隧隧洞断面较高时，，常分台阶自上而下下开挖。上部断面面的布孔（钻水水平孔））与全断断法相同同相同，，但下部台阶阶的开挖挖则采用用梯段爆爆破法钻钻垂直炮孔，，用药量量少，爆爆破效果果好。分分部开挖以导导洞先行行，有利利于尽快快贯穿洞洞身，或与竖井井连接，，能简化化通风系系统；也也可18作为主洞洞的探洞洞，事先先摸清地地质情况况。此外外，开挖挖大断面面平洞，，尚有中心导洞洞辐射钻钻孔法，，在断面面中央用用小型机机械开挖挖中导洞洞，在导导洞中用履带钻钻或拖式式车钻向向四周钻钻辐射孔孔，以扩扩大开挖挖成洞。。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。。192021三、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222324四、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。2526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。272829B、锚杆杆施工工锚固在在岩体体内的的杆件件称为为锚杆杆。常常用的的金属属锚杆杆有楔楔缝式式、胀胀壳式式、爆爆固式式、开开缝式式和水水泥砂砂浆或或树脂脂式等等多种种。在在隧洞洞综合合机械械化施施工中中，钻钻凿锚锚杆孔的钻钻机可可以利利用钻车的的支臂臂钻机机朝洞壁钻钻径向向孔，，而更多的的是利利用架架设在钻钻车平平台上上的专门钻钻锚杆杆孔的的支臂钻机机。也也有用用专门设计计的锚锚杆台台车钻孔和和安插插锚杆杆的。。30C、喷混混凝土土喷喷混混凝土土施工工是将将砂、、石、、水泥泥和速速凝剂剂等材材料用用高速速气流流输送送和喷喷射到到隧洞洞围岩岩表面面和裂裂缝中中，使使其快快速凝凝固起起到支支护作作用。。除采采用压压缩空空气作作为喷喷射动动力外外，也也有利利用机机械抛抛射原原理的的喷射射机。。喷射混混凝上上所用用材料料中，，一般般采用用500号以上上的普普通硅硅酸盐盐水泥泥。平平均粒粒径为为0.35一0.5mm的粗砂砂，粒粒径不不大于于20（碎石石）mm与25（卵石石）mm的粗骨骨料·以及掺掺量为为水泥泥用量量的2％一8％的速速凝剂剂，按按照一一定的的配比比掺合合应用用。为为了提提高喷喷混凝凝土的的强度度，一一种在在混凝凝土中中掺入入1％一2％钢丝丝的钢钢纤维维喷混混凝土土方法法逐渐渐得到到推广广应用用。一一般使使用直直径0.4mm、长度度不短短于12.5mm的短钢钢丝，，它由由专用用的钢钢纤维维机制制作，，而且且一还还制成成螺旋旋状或或其他他钩状状。。喷混凝土施施工工艺可可分为干式式和湿式两两种。干干式喷射是是将粗、细细骨料和水水泥干拌后后，经喷射射机由压缩缩空气输送送到喷嘴处处再加水喷喷射，如需需加入速凝凝剂应在喷喷射前加入入。湿式喷喷射是将水水、水泥、、粗细骨料料一次拌和和好，用喷喷射机输送送到喷嘴加加入速凝剂剂后喷射。。31干式喷射的的主要优点点是：输送送距离长，，设备简单单，耐用。。但施工粉粉尘较大，，回弹率达达15-50%。干喷作业业产生的粉粉尘危害健健康。湿式喷射的的优点是：：1）粉尘小；；2）生产率高高，10m³/h。3）回弹率低低，10%以下。4）质量高。。但设备较较复杂，操操作及维修修不及干喷喷机方便，，需用的液液体速凝剂剂售价高，，尚不能实实现国产。。国际上发达达国家推行行湿式喷射射，我国主主要采用干干式喷射。。32五、机械化化出碴根据隧道断断面的大小小不同，出出碴方式分分为有轨（（轨道式））和无轨式式两种。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33德国SchaeffITC312H型挖装机341、有轨运输输形式有轨运输适适用于单线线铁路长隧隧道出碴运运输，运输输设备的选选定应结合隧道端面面、围岩等等级，施工工工期、钻钻孔设备能能力等因素素确定。有轨运输大大多采用电电瓶车或内内燃机车牵牵引，采用用矿车或梭梭式矿车运运石渣，是一一种适应性性较强也较较为经济的的运输方式式。有轨运输采采用四轨三三线制，即即在隧道内内辅设四根根钢轨形成成两条运输输线（轻车线、、重车线））的同时，，使两线的的相邻两条条钢轨满足足构成第三三运输线（中线））的条件，，其核心是是使用一组组特制的双双开对称道道岔。门架式台车车行走在外外侧两根钢钢轨上，出出碴时运输输车辆穿过过门架式台台车在中线（第第三线）位位置装碴，，并经特制制对称道岔岔分别轻、、重车线进进出。三线均采用用900mm轨距模式，，门架式台台车的轨距距为2840mm，均为43kg/m钢轨。35配合进行装装渣作业挖装机与梭梭式矿车配配合进行装装渣作业3637382、无轨运输方式式无轨运输主要指指采用轮胎式运运输车辆运输出出碴。无轨运输多数采采用轮胎式装载载机或履带式装装载机向车辆装装渣。在隧洞施施工工作面窄、、高度有限、地地面岩石尖锐和和泥水横流的恶恶劣条件下，选选用的轮胎式装装载机应配有耐耐磨防滑的链条条轮胎和废气净净化装置，铲斗斗除前卸外尚能能侧卸。只有在在工作面宽度大大于12m时，才可使用前前卸铲斗向车厢厢装载。履带式式装载机一般也也是铲斗前卸式式的。如果两履履带能分别驱动动，可实现原地地转向时，其操操纵灵活性并不不亚于铰接转向向的轮胎式装载载机，使用起来来仍很方便，况况且在不平的岩岩面上工作，履履带底盘的稳定定性和耐磨性也也比轮胎式的优优越在大断面地地下洞室施工中中，尚可采用短短臂正铲挖掘机机向车辆装渣，，但生产率较低低。此外，履带带式的和轮胎式式的蟹立爪装岩岩机亦可用来向向轮胎车辆装渣渣，包括自卸汽汽车和轮胎式梭梭车等。在隧洞洞施工中，从避避炮和转移工作作面的要求考虑虑时，轮胎式装装渣机械要比履履带式的机动。。39适于隧洞运输出出渣的车辆包括括短轴距、后卸卸或侧卸的重型型自卸汽车、后后卸的铰接转向向的自卸汽车、、还有单轴牵引引车拖带的后卸卸式半拖车等。。这些车辆中应应选用低污染或或带有废气净化化装置的。地下下工程使用的装装载机斗容一般般为1.5-5m³，与之配套汽车车的载重量为10-32t，以维持其斗容容关系为1:3一1:5。选用单向行驶驶自卸汽车时，，需在洞中设置置调向转盘，因因此，最好选用用能双向行驶的的自卸汽车。双双向行驶的汽车车备有两套转向向装置．欲倒向向行驶只需将坐坐倚转180即可，使驾驶员员驾车进出隧洞洞都可面朝前方方，无需在洞内内调车。选用短短轴距的和铰接接转向的自卸汽汽车是因其转弯弯半径小。选用用后卸式半拖车车出渣是比较理理想的，因为车车厢坚实耐冲击击，且排出大块块岩渣比底卸的的车辆顺畅。铰铰接转向的车身身转弯容易，而而且两轴轴距还还可采用弓起车车厢方法缩短，，从而进一步减减小转弯半径，，．出入隧洞更更为方便。在采采用无轨运输的的长隧洞施工中中，如弃渣地点点很远，则车辆辆运输循环时间间就很长。为加加速处理工作面面上的堆渣，也也可将岩渣光堆堆放洞内某处·再作第二次搬运运。40413、出渣运输方式式的选择主要根根据开挖断面大大小、隧洞长度度和隧洞衬砌方法进行选择择。有轨运输的优点点是：适于各种种断面的开挖；；对通风的要求求比无轨运输低得多，更适适于长隧洞施工工；采用门架式式轨道钻车，既既允许出渣列车车穿过其下，而且且钻车本身的多多层平台能为装装药、打设锚杆杆、喷混凝土、、安装钢丝网、钢钢筋和通风管等等工作提供方便便；全部采用轨轨道式设备时，，对选择衬砌程序序比较方便；而而且还有多种轨轨道式混凝土衬衬砌设备可供选选用。有轨运输的缺点点是：设备调动动和转移不便，，常固定在一个个工作面上使用；出洞卸渣仅仅限于洞口附近近，不及自卸汽汽车远送方便；；设备在完工后后转让价值有限。。

无轨运输的的优点是：轮胎胎式设备具有良良好的机动性，，一套设备能为为两三个工作面服务务；出渣地点运运距不受限制，，能送到道路所所及的渣场而无无需中转；设备的的通用性好，能能用于其他工程程。42无轨运输的缺点点是：设备用量量和尺寸一般均均较大，工作宽宽度也大，要求求有较大的通过过空间和较宽的的路基，为此因因设置避车和停停放洞室所引起起的附加工程量量也是较大的；；设备中柴油机机车辆数量增多多，要求的通风风量增加，通风风管道和动力费费用加大；对设设备的维修管理理比轨道式的要要求高；给以后后隧洞衬砌工作作带来一些困难难和问题。六、风水电供应应1、施工通风分为自然通风和和机械通风。自自然通风是依靠靠洞内外温差是是空气对流而起起通风作用。长长度在200m以内的短隧道或或长隧道在洞门门以内不足100m的地段可采用。。机械通风常用的的有风管式和巷巷道式。a、风管式：采用用通风机和与之之相连的风管。。根据通风机的的工作方式可分分为压入式、吸吸出式和混合式式。对于隧道施施工，要求通风风机风量大，尺尺寸小，重量轻轻，调整方便，，便于装卸和运运输等，因此多多采用轴流式风风机。4344b、巷道式通风利用巷道作为循循环风流通道的的一种通风方式式。整个通风系系统是由一个主主风流循环系统统和一个或一个个以上的局部风风流循环系统组组成。45２、压缩空气供供应在隧道施工中，，以压缩空气为为动力的风动机机具主要有：风风钻台车、喷射射混凝土机具、、锻钎机、压浆浆机等。要保证证这些风动机具具的正常工作，，需有足够的压压缩空气供应，，即要有足够的的风量和风压供供应给各个风动动机具，同时还还应尽量减少压压缩空气在管路路输送过程中的的风压和风量损损失，以达到即即能保证风动机机具进行正常工工作，又能达到到降低消耗、节节约能源、降低低成本及保证施施工质量的目的的。空压机站供风能能力计算压缩空气由空气气压缩机生产供供应。空气压缩缩机有内燃及电电动等类型，空空压机通常集中中安设在洞口附附近，称为空压压机站。空压机机站的供风能力力Q值，取决于由储储气筒到风动机机具设备沿途的的损失、各风动动机具的耗风量量、以及风动机机具的同时工作作系数和备用系系数，即：空压压机站的生产能能力（或供风能能力）Q可用式计算：46Q=（1+K备）（∑qK+q漏）km式中：K——同时工作系数K备——空压机的备用系系数，一般采用用75﹪～90﹪∑q——风动机具所需风风量，m³/min,q漏——管路及附件的漏漏耗损失，其值值为：q漏=d×∑L,m3/min;d—每公里漏风量，，平均为1.5m³/min～2.0m³/min，L——管路总长（㏎））。km——空压机所处海拔拔高度对空压机机生产能力的影影响系数压风管道的选择择，应不小于0.5Mpa的要求，空气压压缩机产生的压压缩空气的压力力一般为0.7～0.8Mpa左右。为保证风风动机具的风压压，要求钢风管管终端的风压不不得小于0.6Mpa，这样通过胶皮皮管输送至风动动机具的工作风风压才不小于0.5Mpa。47３、隧道施工供供水隧道施工期间的的生产用水和生生活用水主要用用途包括：凿岩岩机用水、喷雾雾洒水防尘用水水、衬砌施工用用水、混凝土养养护施工用水、、压机冷却用水水、浴池用水、、施工人员的生生活用水等，因因此需要设置相相应的供水设施施和排水沟。隧道施工供水基基本要求：水质质要求、用水量量大小、水压及及供水设施等应应能满足工程和和生活用水的要要求。４、隧道施工供供电隧道施工供电，，包括生产用电电及生活用电等等。随着隧道施施工机械化程度度的提高，相应应机械化施工耗耗电量越来越大大，为了保证施施工质量和施工工安全，对隧道道施工供电的可可靠性要求也越越来越高，因此此隧道施工供电电显得非常重要要。隧道供电首先要要确定总用电量量，以便选用合合适的发电机、、变压器、各类类配电开关设备备和线路导线，，以做到安全、、可靠地供电、、节约用电、减减少投资等。一一般施工现场总总用电量，常采采用估算式进行行计算确定。48供电线路电压等等级隧道施工供电电电压，一般采用用三相四线400/230（V）。长大隧道施施工，可用6kv～10kv，动力机械的电电压标准是380v；成洞地段的照照明可采用220v。工作地段照明明和手持电动工工具，应按规定定选用安全电压压供电。隧道施工作业地地段照明，必须须使用安全变压压器配电，其容容量：输入电压压为220V，输出电压宜用用36V，32V，24V，12VL四个等级，便于于根据作业工作作面安全要求选选用照明电压（（成洞段和不作作业地段可用220V，瓦斯地段不得得超过110V，一般作业地段段不宜大于36V，手提作业灯为为12~24V）；隧道施工中的““三管两线””：高压风管、、低压风管、高高压水管、电线线（高压、低压压）、运输线。。4950七、辅助坑道利用辅助坑道增增辟新的工作面面开解决工期问问题。辅助坑道道按其与隧道位位置的相互关系系和运输方式的的特点，可分为为横洞、平行导导坑、斜井和竖竖井四种类型。。1、横洞在隧道的傍侧、、与正洞基本上上处于同一水平平面并与正洞相相连的一种辅助助坑道。根据当当地的具体条件件，横洞可以修修成与正洞正交交或斜交（交角角不小于40°）。51对傍山沿河或侧侧面覆盖层较薄薄的隧道，设置置横洞来增加新新的工作面或作作为运输通道是是很有利的。有有时，遇到在隧隧道洞口处桥隧隧相连，或洞口口的地质条件不不好、地形不利利或路堑开挖量量很大，一时不不能进洞时，也也可用开辟横洞洞的办法抢先进进洞，使正洞施施工和洞口路堑堑工程同时进行行，互不干扰。。横洞的运输采用用单道还是双道道，一般按正洞洞的来定，其断断面尺寸一般也也与导坑的单、、双道断面尺寸寸相同。横洞的的纵坡，一端与与正洞相接，向向外有不小于3°的下坡，以利于于排水和运输。。除了长隧道的的横洞以外，横横洞的长度一般般不超过100米。横洞的开挖和支支撑，与一般隧隧道导坑相同。。不作为永久通通风或排水用的的横洞，一般不不衬砌，隧道完完工后，在其两两端用浆砌片石石封闭掉。522．平行导坑（平平导）在隧道一侧（或或两侧）相隔一一定距离与正洞洞相平行的一种种辅助坑道。有有时由于地形限限制，其洞口端端与正洞不能保保持平行。在平平行导坑与正·洞之间用横通道道相连。53越岭的长隧道，，由于受地形条条件时，可以采采用平行导坑来来增辟工作面动动力设备和运输输道路等限制，，难于采用其他他辅助坑道时，，可以采用平行行导坑来增辟工工作面，其方法法是使平行导坑坑超前于正洞，，在适当地点开开挖横通道进入入正洞，开辟新新的工作面。平行导坑还可以以起到以下几种种作用：(1）平行导坑超前前于正洞，可以以起到地质勘探探的作用，为正正洞施工进一步步提供更为详尽尽的地质资料；；提前打通了平平行导坑，有利利于控制正洞的的贯通误差；(2）平行导坑可以以作为排水、通通风和运输的通通道，有利于解解决正洞的排水水、通风和运输输干扰；(3）作为施工人员员的安全通路；；(4）作为分期修建建双线隧道的导导坑。54实践证明，长隧隧道设置平行导导坑后，可以使使正洞的施工效效率提高50-60%，但由于要多开开挖一个导坑，，隧道的造价会会增加20-30%，因此一般认为为，只有长度在在3000米以上，且不宜宜采用其他辅助助坑道的隧道，，或者有时每隔隔3、4个横通道设置一一个反向横通道道。平行导坑一般采采用单车道断面面，每隔适当距距离（300米左右）设一会会车道。553、斜井相当于一一个有明显坡度度的横洞，长度度大于2000米、埋置不深的的或深埋而地表表旁侧适宜位置置有低洼地形，，且地质条件较较好的隧道，可可以采用斜井作作为辅助坑道。。56斜井的平面位置置，可以与正洞洞斜交或正交，，斜交时与隧道道中线的水平交交角（β）不小于40度。井底与隧道道的接头处，有有时需要用一段段平道连接，平平道的长度一般般为15-25米。斜井的断面面尺寸取决于运运输轨道数、斗斗车尺寸、设备备布置、人行道道宽度（不小于于0.7米）等，斜井的的高度（h）通常为2.6米，其宽度（b）有双轨单道2.6米、三轨双道3·4米。574、竖井是在隧道道的旁侧或洞顶顶开挖的一种竖竖直井筒。埋置置较深的长大隧隧道，如果没有有设置横洞或斜斜井的条件时，，可在洞顶覆盖盖较薄、地质条条件较好的适当当位置，采用竖竖井作为辅助坑坑道。58隧道竖井的深度度一般不超过150米。当地形地质质条件许可时，，可结合运输和和通风的需要，，尽量采用简易易竖井，简易竖竖井的深度一般般不超过40米。如果没有技技术上的依据，，竖井的位置宜宜设在隧道的一一侧，其中线与与隧道中线的距距离为15-20米。竖井的结构主要要包括：锁口圈、井壁、、壁座、联接段段和井下集水坑等等部分。竖井通常采用圆圆形断面，圆形断面受力条条件较好，开挖挖及支撑较简单，，通风阻力也较较在稳定的、压力力不大的围岩里里，可以采用矩形断断面。矩形断面面有利于施工设备备的布置，施工工也比较方便，不不过支撑和衬砌砌的受力条件较差差。59辅助坑道的设置置原则:1、先斜井，后平平导、横洞，最最后再考虑竖井井；2、减少辅助坑道道的数量，增大大设备的投入是是今后隧道的发发展方向。6061工程实例：西合线东秦岭隧隧道（12.268km)：单洞双线，铁铁一、十八局施施工。施工断面91-101m²。采用贯通式平平导(4.8x6.15+4x4.5m；平均28m²)实际贯通工期：：2000.3.11-2002.7.28主要施工设备：：造价：开挖170元/m³；衬砌800元/m³。正洞3.2-3.3万元/米钻眼：瑞典ATLAS353E三臂凿岩台车(3x45KW)800万元/台挪威AMV三臂凿岩台车（（3x55KW）1038万元/台装碴：BROYT（博依特）EP600T履带式铲装机机3.4m³³590万元/台小松常林WA470-3装载机(3m³,214KW)176万元/台德国ITC312H4挖装机(电动75KW，柴油63KW）580万元/台运碴：青岛STARE20T自卸车40.2万元/台(7台)瑞典VOLVOA25C25T铰接自卸车191.6万元/台(8台)62§6一3TBM法全断面岩石掘掘进机，简称称TBM(TunnelBoringMachine）是二十世纪纪五十年代在在美国发展起起来的地下工工程施工机械械，现在已经经成为一种具具有高科技水水平的隧道（（洞）施工机机械。它由主主机和后配套套两部分组成成：主机主要要有刀盘、驱驱动系统、支支撑推进系统统、皮带输送送机等，用于于破碎岩石、、集碴转载；；后配套主要要有管片安装装机械手、豆豆粒石灌注机机、运碴机车车与车厢、翻翻碴机、弓型型管片运输车车等，用于出出碴和支护。。636465661、TBM法施工的掘进进过程是：支支撑系统把主主机架牢固地地锁定在已开开挖的隧道洞洞壁上，推进进油缸以支撑系系统为支点，，把推力施加给给主机架和刀刀盘，而刀盘上上装有滚刀并并由电机驱动旋旋转，在强大大的推力和扭矩矩的作用下，，滚刀剪切挤碎碎岩石而一次次性形成圆型断断面。崩落在在隧底的岩碴被被随刀盘旋转转的均布在刀盘盘上的铲斗、、刮板收集在皮皮带机上，通通过皮带机运送送到运碴车卸卸碴，然后运到到洞外出碴。。672、TBM法施工的一个个掘进循环是是：超前地质质预报～实施施超前加固（（视情况而定定）～掘进、、卸碴出碴（（包括底部清清碴）、初期期支护、仰拱拱块铺设、轨轨道延伸～换换步、调向～～进入下一个个掘进循环。。推进油缸推推进一个行程程，掘进机就就掘进一个循循环。如TB880E的每一个循环环行程是1.8m。TBM是超大型的综综合系统，设设备的特点决决定了TBM施工与钻爆法法施工不同：：(l）超大型综合合设备(2）隧道工厂化化施工，要求求较安全的运运输通道和组组装场地及配配套设备；(3）施工速度快快，l-3.5m/h，要求材料、、配件的供给给储存必须满足需要；(4）设备复杂，，要求配套设设施齐全，且且布局合理；；对地质较敏敏感，灵活性小，对对前期配套工工程的依赖性性强；(5）施工环节多多，相互协调调要求高；(6）用水量、用用电量、刀具具消耗量大。。683、TBM前期配套工程程由于TBM的施工特点，，决定了前期期工程必须满满足施工需要要，否则将影影响施工效率率和工程效益益。一般来说说，前期工程程应有：(l）运输通道；；在新线工程程设计时，考考虑TBM施工的先决条条件，必须能够顺利将将TBM运输到施工现现场，而且运运输路程较短短（指工程便道）、造造价低。(2）组装场地、、临时存放场场地、预备洞洞室、起步洞洞室；起步洞洞室的长短、大小取取决于TBM的刀盘直径及及刀盘前面到到TBM前外凯的距离。大于该该距离也能满满足施工要求求，但易造成成施工浪费。。(3）仰拱块预制制工厂、混凝凝土拌合站、、仰拱块存放放场地；(4）刀具、机车车、材料车、、碴车维修存放、仓仓储场地；(5）运输轨线及及翻车机安装装工程；(6）供电、供水水设施场地；；(7）机械加工、、维修场地；；(8）材料、配件件仓储场地；；(9）员工生活区区工程。694、TBM法的优缺点优点：1）快速：掘进进机可以实现现连续掘进，，能同时完成成破岩、出碴碴、支护（衬衬砌）等作业业，流水线作作业一次成洞洞，速度快，，效率高。在在引大入秦38号隧洞（Ф5.53m）施工中，平平均月成洞1100m，最高月成洞洞1400m，最高日成洞洞75.2m。TBM掘进速度是钻钻爆法的5-20倍。2）优质：TBM开挖是机械破破岩，避免了了隧洞围岩因因爆破而受到到破坏，开挖挖洞壁完整光光滑。3）经济：TBM施工长隧洞减减少了钻爆法法长洞短挖所所需的支洞及及临建设施的的投资。TBM超挖量小，可可节省支护衬衬砌量33-67%。在人员数量量上，一般比比钻爆法少30-40%。4）安全。对围围岩扰动小，，围岩出露后后能及时进行行初期支护，，使围岩失稳稳和发生塌方方的几率减少少到最小。5）施工环境好好。开挖灰尘尘量大大降低低，本身配有有强大的除尘尘、降温、通通风和空气监监控系统，使使施工环境大大大改善；又又因机械化程程度高，是工工人的劳动强强度不高。70缺点：1）一次性投资资大，重量大大，运输安装装费时费力。。秦岭隧道引引进的TB880E型掘进机（Ф8.80m)，光主机就是是3500万美元/台，950吨重。组装、、调试至少要要三个月时间间。2）能源消耗大大，比钻爆法法多30％以上。3）对围岩地质质条件要求比比较高，对地地质条件变化化的适应性差差。而深埋长长大隧道必然然要穿过不同同地质岩层，，这就使TBM的使用受到限限制。TBM对中硬岩或软软岩最适宜，，对硬岩可以以使用，但由由于刀具磨损损太快，工效效要受到影响响。对于断层层破碎带严重重的地层，岩岩溶发育地区区、地下水丰丰沛地段，不不宜使用TBM。作好地质条条件超前预报报，对于TBM施工是十分重重要的。4）由于结构特特点所决定，，开挖成形的的隧道截面只只能是圆形，，所以犯M适用于设计为为圆截面的隧隧洞。5）开挖直径可可调范围不大大，只能按工工程设计专门门定作TBM。这就造成了了使用的专用用性和制造时时的单台或小小批量生产。。使制造成本本和售价居高高不下。在施施工结束后，，专门制造的的TBM的后续使用就就可能成为问问题。有可能能闲置不用，，造成浪费。。7172§6一4盾构法（shield）一、概述盾构是一种集集开挖、支护护和衬砌等多多种作业于一一体的大型隧隧道施工机械械，是用钢板板作成圆筒形形的结构物，，在开挖隧道道时，作为临临时支护，并并在筒形结构构内安装开挖挖、运渣、拼拼装隧道衬砌砌的机械手及及动力站等装装置，以便能能安全地作业业。它主要用于软软弱、复杂等等地层的铁路路隧道、公路路隧道、城市市地下铁道、、上下水道等等的隧道施工工。使用盾构构机械来建筑筑隧道的方法法称为盾构施施工法。施工程序是：：建造竖井或或基坑，将盾盾构掘进机吊吊入井内并安安装就位；在在盾构前部盾盾壳下挖土（（机械挖土或或人工挖土）），一面挖土土，一面用千千斤顶向前顶顶进盾体，顶顶至一定长度度后（一般为为一片衬砌圈圈的宽度），，再在盾尾拼拼装预制好的的衬砌块，并并以此作为下下次顶进的基基础，继续挖挖土顶进。在在挖土的同时时，将土屑运运出盾构，如如此不断循环环直至修完隧隧道为止。73盾构法于1825年在英国伦敦敦泰晤士河下下首次使用，，经过170多年的技术开开发，已能适适应在各种复复杂地层条件件和施工环境境中使用。由由于城市的的发展，地下下铁道及其他他城市基础设设施建设急剧剧增加，以及及城市环境保保护和城市人人口过度密集集等条件的制制约，明挖法法所遇到的限限制越来越多多。随着土压压式盾构、泥泥水加压式盾盾构的出现，，对于不良地地质地段和防防止地面下沉沉的措施日益益完善，盾构构法已从特殊殊施工方法成成为一般施工工方法，并将将逐步取代明明挖法。盾盾构法是是现阶段世界界上修建隧道道最先进的施施工方法之一一。当前已完完工或正在施施工的三大海海底隧道工程程：英法海峡峡隧道、丹麦麦海峡隧道、、东京湾海底底隧道。7475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。76二、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；7778(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。79三、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。。808182(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，使盾构构成整整体。它由外壳、、环状加强肋和纵纵向加强肋组成。。(3）盾尾及密封装置置：①①盾尾盾尾尾在盾壳的尾部，，由环状外壳与安安装在内侧的密封封装置构成。其作作用是支承坑道周周边，防止地下水水与注浆材料被挤挤入盾构内，同时时也是进行衬砌组组装的地方。②密封装置为防防止泥水和水泥砂砂浆从盾构外流入入盾构内和盾构内内压气向地层中漏漏泄，在盾尾内壁壁与衬砌之间设有有密封装置。(4）钢板束与盖板钢钢板束用两层板铆铆接而成，依盾构构直径大小分块包包在支承环与切口口环外面，在钢板板束各块间的接缝缝处包有盖板。(5）立柱、横梁及工工作平台在支承环环内附两根垂直立立柱，水平方向上上有两条水平横梁梁并与立柱垂直相相交。其作用是支支承盾构体的结构构，提高盾构壳体体的承压能力。在在支承环内，立柱柱、横梁将盾构断断面分成上下、左左右各3部分，构成两层水水平工作台。这样样便于工作人员进进行开挖、运土等等作业。832）支护结构支支护结结构一般由活动前前檐、活动工作平平台和支护挡土板板等构成。3）推进机构推推进进机构主要由千斤斤顶、千斤顶支座座及液压动力站等等组成。千斤顶的的推力与台数是根根据盾构外径、总总推力大小、衬砌砌构件构造、隧道道平面形状等条件件来决定。一般为为小断面采用20-30台，大断面用31一38台。千斤顶的支座座是用铰接形式与与千斤顶端部相连连接的。这样可使使千斤顶的推力能能均匀地分布在衬衬砌的端面上，尤尤其是在曲线段施施工时，铰接支座座更有必要。4）拼装机构(1）拼装机构的作用用随着盾构向前顶顶进，隧道的永久久支护需要同时进进行拼装。拼装机机构的作用就是将将运输到盾尾内的的管片，逐片地进进行拼装以构成隧隧道的永久性支护护结构。管片通常常在地面预制好，，运输到盾构尾部部。因此，拼装机机构需要具备以下下3个动作：即衬砌管管片的提升、绕盾盾构轴线的回转和和沿盾构轴向方向向的平移。相应的的拼装机构应设置置起升装置、平移移装置和回转装置置。84(2）环形拼装机构环环形拼装机构由转转盘、支承滚轮、、径向伸缩臂、纵纵向伸缩臂、举重重臂、爪钩和平衡衡重等组成。5）附属装置主主要要为液压动力台车车、变电控制设