《隧道工程》第8章 隧道施工的辅助作业

《隧道工程》1第8章隧道施工的辅助作业■概述

对于长大隧道，通常多采取开挖辅助坑道，增辟作业面的方法，以加快施工速度，满足工期要求。

隧道施工中，钻爆、出碴、支护、衬砌等称为基本作业。

为基本作业提供必要的施工条件，并直接为基本作业服务的作业，称为辅助作业。如：供水、供电、供气、通风等。第8章隧道施工的辅助作业28.1隧道施工的辅助坑道8.2隧道施工通风与防尘8.3隧道施工压缩空气供应8.4隧道施工供水与排水8.5隧道施工供电与照明第8章隧道施工的辅助作业3本节主要内容：横洞平行导坑斜井竖井辅助导坑的应用分析8.1隧道施工的辅助坑道4

1.作用

◆增加作业面，以加快施工速度，缩短工期；

◆改善施工条件、减少施工干扰；

◆有利于合理布置施工中的管路、线路。

2.辅助坑道的类型

◆横洞

◆平行导坑

◆斜井

◆竖井

8.1隧道施工的辅助坑道■辅助坑道的作用与类型5

1.概念

指在隧道一侧埋深较浅地段修筑的与之相交的坑道。8.1隧道施工的辅助坑道8.1.1横洞6

2.适用条件

（1）当长大隧道傍山沿河、侧向覆盖层较薄时，可考虑设横洞。（2）当正洞遇重大地质灾害，处理时间长。（3）无法按常规方法开展进洞施工。

3.设置横洞基本要求（1）横洞底面标高应与隧道底面标高一致。（2）为便于排水和运输，横洞向外应有3‰-6‰的下坡。（3）横洞长度一般不超过隧道长度1/10～1/7，否则不经济。8.1.1横洞7横洞8.1.1横洞8云雾山隧道是新建铁路宜昌(宜)—万州(万)铁路的重点控制工程之一，全长6640m，最大埋深达800m。地质复杂，岩溶发育，溶腔具有规模大、形态及性质复杂等特点。隧道进口位于白果车站内，为满足隧道进口端排水需要，加快施工进度，在进口端线路左侧设置一横洞，横洞与隧道相交于DK242+948.33，全长641m。横洞正向开挖反向开挖8.1.1横洞4.实例9宜万铁路高阳寨隧道全长4404.76m。隧道进口洞门位于318国道上方18.8m的悬崖上，隧道进口呈南北向，与下方东西向的318国道垂直，施工采用横洞进入正洞，反打至洞口。8.1.1横洞4.实例105.横洞与正洞的连接形式：双联式或单联式单联式双联式正洞R正交斜交斜交正交8.1.1横洞单联式：斜交时平面交角不应小于40°R不小于7倍机车车辆轴距双联式：R不小于机车车辆轴距L——15～25m11

横洞具有施工简单；不需要特殊的机具设备；除碴运输方便；造价比较低廉。选用横洞方案，必须有合适的地形条件。6.优点8.1.1横洞12

平行导坑是修建在隧道一侧与隧道走向平行，掘进面总是超前于隧道正洞开挖作业面的导坑。8.1隧道施工的辅助坑道8.1.2平行导坑1.概念132.适用条件

增加正洞施工作业面；提前探明地质情况，为正洞施工提供地质资料布置“三管两路”，减少正洞施工干扰；排水；布置测量导线网；和正洞组成巷道式通风系统。8.1.2平行导坑

平行导坑的造价约为隧道工程造价的15％～25％，因此，只有在长度超过3000m以上的长大越岭隧道，而且受地形或其它条件限制，不宜或无法选用横洞方案时采用。3.优点14地质灾害：乌鞘岭铁路隧道F7大断层（785m）难题：软岩，高低应力，大变形4.实例8.1.2平行导坑15

斜井是从隧道一侧上方，以倾斜井筒通向隧道正洞的辅助坑道。8.1隧道施工的辅助坑道8.1.3斜井

适用于长度在1000m以上，埋深较浅或隧道中线斜上方有纵横沟谷低凹地形，可做弃碴场地的隧道。1.概念2.适用条件168.1.3斜井3.实例17大瑶山隧道滑石排一号斜井8.1.3斜井3.实例18

斜井通常采用卷扬机牵引斗车进行运输。为防止钢丝绳断裂或斗车脱钩而发生溜车事故。

（1）井口阻车装置为防止洞外车辆意外溜入井内，在井口外约2m处安设阻车装置。8.1.3斜井4.斜井的运输19设置阻车安全索断绳脱钩保险器8.1.3斜井4.斜井的运输20当隧道较长而某些地段埋置较浅时，可采用竖井来增辟工作面。

8.1隧道施工的辅助坑道8.1.4竖井1.适用条件2.布置原则

◆竖井位置以设在隧道中心线一侧为宜；

◆竖井中心与隧道中心之间距离为15～20m。2122

凿井井架：

根据井筒直径与井筒深度，凿井井架选用Ⅴ型改装井架。井架主要技术参数：主体架角柱跨距：18×18（m）天轮平台尺寸：8.5×8.5（m）由基础顶面至天轮平台上面的高度：28m3.竖井的提升系统8.1.4竖井竖井提升井架8.1.4竖井23大瑶山隧道班古坳竖井口8.1.4竖井4.实例24

1.分析

长大隧道特别是特长隧道，设置辅助坑道优势明显。但隧道施工中盲目多设辅助坑道，无节制的长隧短打，也具有较多的缺点：

（1）加大了工程量；

（2）增加了施工成本；

（3）工程完工后除部分坑道用于运营通风、防灾救灾外，大部分辅助坑道基本无其它用途。

（4）破坏环境，引发次生灾害。8.1.5辅助导坑的应用分析8.1隧道施工的辅助坑道25

1.分析

长大隧道特别是特长隧道，反对盲目多设辅助坑道，反对无节制长隧短打。辅助坑道的形式及数量应综合考虑工程地质、合理施工工期、技术条件、运营需求等，进行技术经济效果论证。

特长隧道提倡首选平行导坑方案，除隧道运营需求必须设置斜井或竖井，尽量少设置斜井或竖井。8.1.5辅助导坑的应用分析26

2.比较

大量隧道工程施工工效对比结果表明，平行导洞+横通道方案可实现特长隧道的快速施工。

（1）设置平行导坑，可提高正洞2倍掘进速度。

（2）设置竖井是0.1～0.3倍正洞速度；

（3）设置斜井（有轨运输）仅是0.5倍正洞速度

（4）斜坡道无轨运输仅为0.5倍正洞速度。8.1.5辅助导坑的应用分析273.实例

终南山公路隧道18.4公里，利用铁路平导及8个横通道建成，没有设置任何竖井、斜井，节约造价3.6亿、一年半建成上行线。特长隧道圆梁山隧道，11公里，平行双洞，无斜、竖井施工，同样取得良好效果。8.1.5辅助导坑的应用分析288.1隧道施工的辅助坑道8.2隧道施工通风与防尘8.3隧道施工压缩空气供应8.4隧道施工供水与排水8.5隧道施工供电与照明第8章隧道施工的辅助作业29本节主要内容：施工通风的目的及有关规定通风方式通风设计防尘8.2隧道施工通风与防尘30

1.隧道内的施工环境炸药起爆分解产生大量的余热和有害气体，如CO、SO2、NH3、CO2等，O2含量明显下降。洞内机械设备（内燃机械），排出大量废气和热量，含致病变和致癌作用的有害物质。隧道穿越有害气体地层，如瓦斯地层，释放CH4、CO、H2S等。作业人员呼出的CO2。钻眼、爆破、出渣、喷混凝土等作业环节产生大量粉尘，其中游离SiO2对人体危害大，人员长期吸入岩粉，会患硅肺病。8.2隧道施工通风与防尘8.2.1施工通风的目的及有关规定312.通风目的为施工人员创造良好作业环境，保证安全、质量、进度。稀释并排出各种有害气体保证新鲜空气的供给（>20%）降低粉尘浓度调节隧道内空气的温度、湿度；8.2.1施工通风的目的及有关规定32序号有害气体最高允许浓度（％）1一氧化碳CO0.00242二氧化氮NO20.000253二氧化硫S020.00054硫化氢H2S0.000665氨NH30.0048.2.1施工通风的目的及有关规定3.空气中有害气体允许浓度338.2.1施工通风的目的及有关规定4.隧道内施工环境的有关规定34隧道施工通风机械通风混合式通风自然通风压入式通风抽出式通风巷道式通风混合式通风竖井通风斜井通风8.2隧道施工通风与防尘8.2.2通风方式35通风方式根据隧道的长度、断面大小、施工工法和设备条件等诸多因素来确定。

自然通风是利用洞内外的温差或气压差来实现通风的一种方式，一般仅限于短直隧道，且受洞外气候条件的影响极大，仅在隧道长度小于400m或独头掘进长度小于200m的情况下完全依赖于自然通风，绝大多数隧道施工均应采用机械通风。8.2.2通风方式36风管式通风是用软管作风道，又可分为：1.风管式通风压入式抽出式混合式8.2.2通风方式37压入式风管通风8.2.2通风方式38隧道内风管隧道内风管8.2.2通风方式39◆压入式通风说明：应用广，有利于工作面施工，但污浊空气将流经整个隧道，目前

国内隧道施工中依靠独头压入式通风在3km独头掘进距离上，依

然可以保证隧道内的空气质量。出风口至掌子面<15m.缺点：排烟速度慢，通风耗能多！！8.2.2通风方式1.风管式通风40抽出式通风说明：依靠风机抽风形成洞内负压。排烟速度快，通风耗能少。受漏风

影响大，但易造成洞内气压低，空气质量差，风机位置要随隧道

掘进不断向前移，施工不便。爆破影响。风机至掌子面<10m8.2.2通风方式1.风管式通风41混合式通风说明：1、抽出风机能力要大于压入风机20～30％；2、抽出、压入风口布置最小错开30m，以免形成循环风流。3、增加了管路、风机等设施投入。8.2.2通风方式1.风管式通风422.巷道式通风说明：适用于长大隧道平行导坑与主洞、相邻平行隧道+射流风机/轴流

风机/风墙等形成通风系统。通风所需能耗较小。8.2.2通风方式4314356271-正洞；2-平导；3-施工通风道；4-主通风机(主扇)；5-局扇(吸出)；6-局扇(压入)；7-风门78.2.2通风方式2.巷道式通风443.风道式通风关角隧道斜井顶隔板风道式通风利用隧道成洞部分空间，用砖砌或木板隔出一条风道，代替大直径风管，以缩短风管长度，而又能增大供风量满足通风要求。8.2.2通风方式45

几种辅助通风措施：

（1）局扇：用于局部风流死角空气混合，使局部风速增加，防止有害气体集聚。（2）射流风机：克服局部风阻，引导风流方向，有局扇的部分功能。（3）引射器：水力引射器、空气引射器。（4）高压风

4.辅助措施及通风方式选择8.2.2通风方式46采用平行双洞射流通风模型，可解决长大隧道施工通风难题。采用无轨运输模式，施工通风可达10公里以上。8.2.2通风方式471.风量计算(1)按洞内同时工作的最多人数计算8.2隧道施工通风与防尘8.2.3通风设计(2)按同时爆破的最多炸药量计算Q=5Ab/t(3)按内燃机作业废气稀释的需要Q=Q0NQ=60VS(4)按洞内允许最小风速计算各公式中的符号含义详见教材

482.供风计算Q供＝P·Q式中：Q——前述4种计算结果的最大值称计算风量；

P——漏风系数，管道通风时，根据风管材料不同可分别由表查得；巷道式通风则常采用1.2-1.3。8.2.3通风设计若处于高山地区，由于大气压强降低，供风量尚需进行风量修正，即：式中：Q高——高山修正后的供风量，m3/min；

P高——高山地区大气压(kPa)；

Q正——正常条件下的供风量。49聚氯乙稀塑料风管漏风系数胶皮风管漏风系数8.2.3通风设计聚氯乙稀塑料风管漏风系数503.风压计算

气流所受到的阻力有摩擦阻力和局部阻力（包括断面变化处阻力、分岔阻力、拐弯阻力）及正面阻力。h机≥h总阻h总阻＝∑h摩+∑h局+∑h正式中：h机——通风机的风压；

h总阻——风流受到的总阻力；

h摩——气流经过各种断面管（巷）道时产生摩擦阻力；

h局——气流经过断面变化处分别产生的阻力；

h正——巷道通风时受运输车辆阻塞而产生阻力。8.2.3通风设计51(1)摩擦阻力(h摩)

摩擦阻力是管道(巷道)周壁与风流互相摩擦而产生的阻力，也称沿程阻力。8.2.3通风设计3.风压计算(2)局部阻力(h局)

(3)正面阻力(h正)524.风机选择

由风量和风压选择风机

◆通风机型式：轴流式、离心式；在隧道施工通风中主要使用轴流式通风机。

◆优点：具有风量大、效率高、结构紧凑、总量轻。

（补风机选型内容、风机照片等）8.2.3通风设计531.防尘的必要性

在隧道施工中，凿岩、爆破、装碴、喷射混凝土等项作业都有粉尘产生，其中以凿岩和喷射混凝土产生的粉尘最多。

对人体危害最大的是粒径小于10μm的粉尘，此类粉尘能在空气中长期浮游，最易吸入人体内。所以，必须采取多种措施，把粉尘浓度降到2mg／m3以下的标准。

8.2隧道施工通风与防尘8.2.4防尘542.开挖阶段的防尘措施(1)湿式凿岩(2)水封爆破

(3)装碴洒水喷雾

(4)喷雾捕尘(5)机械通风(6)个人防护8.2.4防尘553.喷射混凝土施工时的防尘措施

⑴适当增加砂石含水率；⑵改进喷头结构，采用半湿式喷射；

⑶严格控制喷射机的风压；⑷在作业区加强通风；⑸作业人员穿戴防护用具；

⑹在作业区安装集尘装置；

⑺采用可遥控操作的喷射机械手或喷射机组。8.2.4防尘568.1隧道施工的辅助坑道8.2隧道施工通风与防尘8.3隧道施工压缩空气供应8.4隧道施工供水与排水8.5隧道施工供电与照明第8章隧道施工的辅助作业57本节主要内容：供风量的计算空压机站高压风管管径的选择8.3隧道施工压缩空气供应58隧道施工中开挖、支护和衬砌三条主要作业线所采用的机械（具）设备，大部分仍采用以压缩空气为动力的。

◆压缩空气——称高压气，即经空气压缩机后的具有一定压力的空气。

◆要保证风动机械（具）设备正常运转，压缩空气必须具有足够的风量和风压。8.3隧道施工压缩空气供应59（m3/min）

8.3隧道施工压缩空气供应8.3.1供风量的计算供风量的大小可根据下式计算：n——同时使用的各种风动机械（具）的台数；q1——每台风动机械（具）的耗风量；k1——因机械磨损而使用风量增大的系数，1.2～1.3；c——同时工作系数，见表8-3；L——高压风输送管路的理论长度；

——每1km高压风管在单位时间内的漏风量。601.空压机站组成空压机配电设备储风缸（俗称风包）送风管及其配件循环水池（用于冷却空压机）8.3隧道施工压缩空气供应8.3.2空压机站61风包空压机62空压机632.空压机类型按动力来源可分为电动和内燃两种

3.空压机数量计算4.空压机站布置原则一般应靠近洞口，与铺设的高压风管路同侧，并注意防洪、防火、防爆破，地形宽敞，通风良好，地基坚固。

机组采用并列式布置，两空压机之间的净距不小于1.5m。还应考虑空压机出入、调换、加油、加水等方便。

8.3.2空压机站64高压风管管径应满足的条件：能通过计算的最大供风量；送风管末端的风压不小于0.6Mpa;以保证高压风通过胶管到达风动机械（具）后仍能保持0.5Mpa的风压，即风压损失＝0.1Mpa。8.3隧道施工压缩空气供应8.3.3空压风管管径的选择65高压风管施工供水管668.1隧道施工的辅助坑道8.2隧道施工通风与防尘8.3隧道施工压缩空气供应8.4隧道施工供水与排水8.5隧道施工供电与照明第8章隧道施工的辅助作业678.4隧道施工供水与排水施工用水量应根据工程情况、机械用水量、施工进度、施工人员人数、气候等确定。施工供水来源常用的有：山上自流水或泉水；河水；钻井取水。

由上述水源自流引导或用水泵提升至蓄水池存储，并通过管路送达使用地点。1.用水量估计2.供水方式8.4.1施工供水68

（1）蓄水池位置：水池位置应选择在基底坚固的山上，并避开隧道洞顶，以防止水池下沉开裂和漏水渗入隧道，造成山体滑动或洞内塌方。水池与工作面的高差，以达到开挖面的水压不小于0.3MPa为准，应有高差：

3.供水设备配置8.4.1施工供水69

（1）蓄水池容积：若利用高山自流水供水，水源流量大于用水高峰耗水量时，则水池容积约为20～30m3；若水源流量小于耗水量时，则需根据每台班最大耗水量，并考虑必要贮备，计算水池容积。

8.4.1施工供水3.供水设备配置70

（2）水泵

◆水泵的扬程按下式计算:

（m）

◆泵水房（站）

◆供水管道主管直径一般用75～150mm，支管直径用50mm。8.4.1施工供水3.供水设备配置718.4隧道施工供水与排水

包括洞内外两部分。1.洞外防排水

◆主要是做好洞口的防洪和排水设施，以免雨季到来时山洪或地面水流入洞口，对于斜井、竖井尤应多加注意。

◆其次是将地表上与地下水有直接补给关系的洼地或泄水缝用粘土回填密实。必要时作截水沟截留引排。8.4.1施工排水722.洞内排水

排水方式根据线路坡度情况可分两种。

(1)上坡进洞施工的排水：一般只需设侧边排水沟，使水顺坡自然排出洞外即可。

(2)下坡进洞施工的排水：此时水向工作面汇集，需用机械排水。排水有两种方式：◆分段开挖反坡侧沟。在侧沟每一分段上设一集水沟，用抽水机把水排出洞外。

◆较长距离开挖集水坑。开挖面的积水用小水泵抽到最近的集水坑内，再用主抽水机将水排出洞外8.4.1施工排水738.4.1施工排水748.1隧道施工的辅助坑道8.2隧道施工通风与防尘8.3隧道施工压缩空气供应8.4隧道施工供水与排水8.5隧道施工供电与照明第8章隧道施工的辅助作业7