隧道主要施工开挖方法-机械法

目录隧道施工基本方法单元思维导图知识点梳理隧道施工概述明挖施工方法暗挖施工方法辅助工法单元思维导图知识点梳理概述TBM法盾构法顶进法学习单元：机械法概述01概念盾构法：采用盾构机进行隧道施工的一种方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。适用于软土、土质、软岩地区的规模较大的工程。隧道掘进机法：采用隧道掘进机进行隧道施工的方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制、设备昂贵。适用于中硬岩中的规模较大的工程。顶进法：采用顶推设备将预制管段向前推进的隧道施工方法。特点及适用条件：机械化程度高、安全性好、质量容易控制。适用于软土中的中小断面的隧道。概念01机械化隧道掘进盾构法-适用于土层及软弱富水地层掘进机法-适用于各类岩石地层盾构法02盾构法的概念盾构施工法是使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业从而构筑成隧道的施工方法。盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。圆柱体-护盾:

对挖掘出未衬砌的隧道段起临时支承作用承受周围土层压力、地下水压、挡水挖掘、排土、衬砌等作业都在护盾掩护下进行。盾构法02盾构法的特点盾构实质上就是软土隧道掘进机。既可能是机械开挖，也可能是人工开挖。既是一种施工机具，又是一个强有力的临时支撑结构。在盾壳的保护下，既可进行开挖，又能进行衬砌；采用盾构施工，具有不影响地面交通、没有振动、对地面邻近建筑物危害较小；施工费用不受埋深的很大影响；在土质差、水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性等优点。盾构法02盾构机组成盾壳推进机构取土机构拼装或现浇衬砌机构盾尾其他部分盾构法02盾构机组成①在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，和向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。②盾构掘进相当于装配式衬砌的一环长度③千斤顶顶在已拼装好的管片上，使盾构前进④缩回千斤顶⑤用举重设备拼装管片衬砌，同时在开挖面进行开挖盾构法02盾构法施工过程盾构法02盾构法施工过程掘进机法03概念及特点隧道掘进机(简称TBM)是一种机械化的隧道掘进设备。是利用掘进机切削破岩，开凿岩石隧道的施工方法。优点：一次成洞；洞壁光滑；施工质量好；速度快；劳动条件好；对围岩损伤小，几乎不产生松弛，掉块、崩塌的危险小，支护工作量；超挖小、衬砌也省；震动、噪音小、对周围居民和结构物影响小。缺点：机械购置费和运输、组装解体费用高，机械设计制造时间长，初期投资高；施工途中不能改变开挖直径；掘进机施工方式一经确定，就不可能像钻爆法施工那样自由变更施工方法，难于适应复杂的地质变化情况，对断层、破碎带和软弱层，掘进困难。开挖断面大小、形状变更困难。掘进机法03隧道掘进机组成掘进机法03类型

隧道掘进机械，一般分为两种：（1）臂式掘进机(Boom-typeRoadheader)；（2）全断面掘进机，简称TBM。臂式掘进机全断面掘进机掘进机法03类型隧道掘进机(岩石)全断面掘进机开敞式悬臂式掘进机护盾式单臂式多臂式单撑靴式双撑靴式单护盾式双护盾式开敞式TBM护盾式TBM型号：TB880E开挖直径：8.8米掘进速度：3.5m/h西康铁路秦岭隧道西安-南京线磨沟岭隧道最高月进度：574米（磨沟岭隧道）最高日进度：41.3米（磨沟岭隧道）掘进机法031.开敞式隧道掘进机掘进机法031.开敞式隧道掘进机在整机外围设置与机器直径相一致的圆筒形护盾结构。掘进机法032.护盾式全断面掘进机一般情况下：整条隧道地质情况都差的作业条件下使用单护盾TBM；在良好地质中则使用开敞式TBM；双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。(1)单护盾TBM：适用于软岩地层以及自稳时间相对较短的地质条件较差的地层。单护盾TBM与盾构的区别有两点：一是单护盾TBM采用皮带机出碴，而盾构则采用螺旋输送机出碴或用泥浆泵通过管道出碴；二是单护盾TBM不具备平衡掌子面的功能，而盾构则采用土压力或泥水压力平衡开挖面的水土压力。掘进机法032.护盾式全断面掘进机(2)双护盾TBM：适用于各种地质，既能适应软岩，也能适应硬岩或软硬岩交互地层。与单护盾掘进机的区别在于增加了一个护盾。在硬岩中施工时利用水平撑靴，支撑到洞壁，传递反力，它既可利用尾部的推力千斤顶顶推尾部安装好的衬砌管片推进，也可以在利用水平支撑进行开挖时，同时安装衬砌片，因此双护盾掘进机使开挖和安装衬砌管片的停机换步时间大大缩短。先打导洞，然后扩孔成洞的机器。掘进机法033.扩孔式全断面掘进机1)上台阶开挖土方开挖:70m3/m噴凝土:20m2/m2)下台阶开挖土方开挖:46m3/m噴凝土:7m2/m3)仰拱开挖土方开挖:14m3/m噴凝土:12m2/m掘进机法033.扩孔式全断面掘进机优点：①导洞也是探洞,可掌握详细工程地质和水文地质资料，可预测将要采用的扩孔掘进机的技术性能参数，有助于合理组织施工，有利于通风、地下水、瓦斯及预防性安全等的处理；②只要现有小直径掘进机，马上可以对大直径隧洞进行导洞施工，然后再订制扩孔掘进机也不会影响工期；③提高了能量利用率。缺点：①成洞需要导洞和扩孔两台掘进机，投资较高；②导洞贯通后才能扩孔，工期长。掘进机法033.扩孔式全断面掘进机刀具和摇臂随机头一起转动，摇臂的摆动是由液压缸活塞杆的伸缩来传递，通过摇臂使刀具内外摆动，转动与摆动两种运动的合成使刀具以空间螺旋线切割岩石，可掘进圆形或带圆角的矩形隧洞断面。掘进机法034.悬臂式掘进机这种掘进机重量轻、搬运方便、造价低；机身有足够的空间布置钻眼及灌浆设备，作业情况容易直接观察；洞壁支护衬砌后，整机能够退出洞外；推力小、支撑比压小、适用于开挖岩石较软的隧洞。掘进机法03隧道掘进机施工掘进机施工现场示意图掘进机法03掘进机刀盘及盘形滚刀掘进机法03西康铁路秦岭I线隧道西合铁路桃花铺1号隧道西安—南京铁路磨沟岭隧道铁路隧道使用TBM施工的有：应根据隧道工程设计、工程地质和水文地质等条件而专门设计TBM机械，世界上没有一台万能的TBM。1.敞开式TBM选用条件敞开式TBM是为隧道地质条件好、地层稳定、岩质坚硬而设计的掘进设备，具有设备坚固、掘进速度快、隧道成本低和TBM售价较低的特点。掘进机法03TBM的选型为了使敞开式TBM能顺利通过不良地质地段，敞开式TBM必须具备的功能如下：刀盘部位设有几块长2~3m的伸缩护盾，支撑着刀盘沿着正确方向稳定地旋转破岩；伸缩护盾之后，跟近应设置锚杆钻孔及安装设备、钢拱架安装设备等，以便进行系统锚喷混凝土支护，确保洞室初期稳定；掘进机法03TBM主机上设有管棚钻孔和安装设备，提前向上部150范围钻凿多排管棚孔并进行注浆，超前加固地层处后再掘进通过；在配套拖车后，另增设独立的钢纤维混凝土搅拌喷射设备，采用湿喷混凝土技术，补充喷射钢纤维混凝土，确保隧道变形后的再次支护，使洞室长期保持稳定。如果隧道围岩大部分破碎或风化严重，导致开挖而发生不稳定现象时，宜采用硬岩护盾式TBM较为有利。2.护盾式TBM选用条件双护盾TBM对隧道快速收敛十分敏感，有可能被收敛的地层卡住。为了克服上述问题，对大多数TBM来说可以适当超挖，把盾壳与开挖轮廓之间的间隙从通常的60~80mm调整到140~200mm。掘进机法03TBM的选型双护盾TBM机器价格高，施工的隧道一般需用钢筋混凝土管片衬砌，则隧道的成洞成本高，但由于它们掘进速度快而有利于降低隧道成本。双护盾TBM在高地应力区段掘进，当盾构停机时间较长时，盾壳往往被洞室变形卡死，使盾构脱离困境十分困难。修建城市

人行通道地下铁道穿越地面铁路(或公路)

地下管道穿越河流立交工程中，可采用顶进法施工。概念：在地面以下工作坑内将预制好的钢筋混凝土箱形框架(箱涵)，用机械力量顶入地层中，成为一个地下结构建筑物。能保证地面交通安全运行或不影响地面状态。顶进法是这类方法的