隧道掘进机施工技术现状综述

隧道掘进机施工技术现状综述（精选13篇）

隧道掘进机施工技术现状综述 第1篇

1、前言

今天的全球，已有一半以上的人口居住在城市，人口超过100万的城市已达400个以上。现代城市发展的模式应该是可持续的，这意味着城市向市民提供便捷交通、清洁水源的同时，还必须尽可能的减少人类的生态足迹，地下隧道为城市可持续发展提供了一个很好的解决方法。建造隧道的方法不外乎两大类，一类是明挖技术，另一类是暗挖技术。明挖技术仅适合在地下浅层建造隧道的场合，但在城市中绝大多数情况下市不允许的；暗挖技术主要可分为矿山法和掘进机法，将矿山法用于软土层建造隧道是极为勉强的，而隧道掘进机既可以在软土中建造隧道，又可以在岩石甚至软土与岩石相间的地层中建造隧道，因此，用隧道掘进机建造隧道是极为普遍的。

2、隧道掘进机施工技术现状

隧道掘进机是一种高智能化，集机械、电气、液压、气动、激光、计算机和自动控制、网络控制技术等专业技术于一体的隧道施工重大技术装备。隧道掘进机包括盾构机和岩石隧道掘进机（TBM）。在我国，习惯上将适用于软土地基的隧道掘进机称为盾构机，将用于岩石地质的隧道掘进机称为TBM，它与盾构机的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定功能。

日本在现代盾构技术的发展中独领风骚，于上世纪六七十年代先后研制出泥水盾构和水压平衡式盾构。泥水平衡式盾构与土压平衡式盾构共同称为盾构的主流机种，这种机械切削挖掘的密闭型盾构，一般情况下不仅不需要采用气压法等辅助措施，而且从开挖面的稳定、土体的开挖一直到渣土的排出等作业都形成了一个机械化和自动化的系

统，甚至可通过远距离遥控就能完成盾构掘进机的方向控制和同步注

浆等作业，从而提高了工效，节省了大量的劳动力。

2.1泥水平衡式盾构施工技术

2.1.1泥水平衡式盾构施工基本原理

泥水平衡式盾构是通过在支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当

压力的泥水，使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正

面的大刀盘切削土体表层泥膜，进而与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排泥泵及管道输送至地面。送到地面的泥水，根据土体颗粒直径，通过一次分离和二次分离设备，将大颗粒土砂分离并排弃，分离后的泥水送到调整槽再次调整，使其形成优质泥水后再输送到盾构工作

面。

隧道掘进机施工技术现状综述 第2篇

隧道掘进施工通风风量计算与设备选择

给出了隧道掘进施工通风所需风量、选配通风机械设备时相关参数的计算方法,阐明了如何根据相关参数选配通风机械设备的.基本知识,就日常通风技术管理和安全管理措施做了简要的介绍.

作 者：李纵 Li Zong 作者单位：中交一航局第三工程有限公司,辽宁,大连,116001刊 名：华东公路英文刊名：EAST CHINA HIGHWAY年，卷(期)：“”(3)分类号：U4关键词：隧道掘进 施工通风 风量 设备选择

隧道掘进机施工技术现状综述 第3篇

1 研究背景及试验概况

1.1 自行走设备研究现状

自行走隧道掘进机是一种新型隧道掘进技术[3,4]。相比于顶管、盾构技术,自行走隧道掘进机的优势在于:行走距离不受限制,无需盾构施工中对支护管片的高强度要求[3];在掘进施工中可实现地下急曲线行走。通过查新,国内外尚无研究记载,目前北京工业大学卢清国教授正致力于此种机械的研发。

1.2 自行走隧道掘进机行走原理

掘进机机器共分四节,其中第二,三节外侧环向布置了可以通过压力系统撑起以刺入土体中的增阻块,通过增阻块与土体啮合后产生的摩阻力为掘进机各节的前行提供反力,例如,当第三节外侧增阻块撑起并与土体啮合后,通过连接液压缸的拉伸可将第二节完全推出。此为自行走核心技术所在。

2 试验方案

2.1 监测方式

试验现场位于沈阳郊区,行走路线为直行段、转弯段、爬坡段各10 m。沿途打3个深3.5 m的探测孔,未发现大范围岩层和地下水。样机外径1 090 mm,隧道埋深在2.6 m～3.0 m,人工开挖。洞门前方土坎呈台阶型上升,上覆土层最浅为1.5 m,属于超浅埋隧道。应用水准测量作为沉降监测的主要途径。

2.2 测点布设

在行走路线地表每隔7 m布设一个监测横断面,中心点两侧各设置3个测点,分别距离中心点0.5 m,1.5 m,3.5 m。基准点选择在距隧道开挖面右侧25 m处。此外在场地外较远处设立两个控制点,以对基准点进行校核。

3 试验结果分析

3.1 横向沉降曲线随时间变化特征

G1横断面埋深1.5 m,埋深直径比约为1.5,属于超浅埋隧道。

图 1 显示G1横断面沉降曲线随时间变化的过程。累计最大沉降量为16.5 mm。曲线整体较为缓和,但沉降曲线宽度和沉降量较大,主要是由于断面位于洞口,埋深浅且未设置超前支护。掘进机自行走过程中对周围土体反复扰动,在轴线直径范围内曲率较大,且出现反弯点。

G2横断面平均埋深3.0 m,埋深直径比约为3.0,属于浅埋隧道。图 2表示了G2横断面沉降量随时间变化的规律。随着埋深的增加,累计沉降量减小,最大累计沉降量为12 mm。在第10天之前,隧道上方有轻微的隆起,最大隆起值为2 mm。原因是掘进机第一节的韧脚切入掌子面,机器前进推力对土体的挤压作用使地表隆起。由于该作用力的非连续性以及后续的土体开挖使得隆起量较小。

3.2 纵向沉降曲线随时间变化特征

自行走掘进机相对于监测断面的位置不同,其地表沉降量不同。选取隧道轴线顶点(G1- 4,G2- 4)的沉降量随时间变化进行分析,如图 3所示。

测点G1- 4前15天沉降明显,此期间掘进机尚未到达测量断面,但开挖面已超过测量断面,该段沉降量占累计沉降量的80%～90%。第30天～第50天之间地表产生轻微隆起,产生原因主要来自于掘进机通过监测断面时增阻块反复向四周挤压土体所造成。60 d之后,支护管片较好的约束了土体收敛,地表沉降趋于稳定,变形主要来自土体的固结和蠕变残余变形。

对比G1- 4和G2- 4测点的沉降时态曲线知,由于G2断面埋深大于G1断面,故测点G2- 4最大沉降量明显小于测点G1- 4。此外,测点G2- 4的沉降时态曲线相对于测点G1- 4的曲线在X方向向右平移了约20d,时间上的滞后性是同施工进度平行的。

3.3 实测沉降量与理论计算值对比

在隧道开挖引起地表沉降的理论计算方法中,由美国教授Peck提出的地层损失概念以及沉降槽计算公式应用最广[5]。距离隧道中心轴线为x处地表沉降值计算公式如下:

$S(x)=S{}_{\max }\exp \frac{-x{}^2}{2i{}^2}$。

其中,Smax为隧道中心线处地表最大沉降值;i为地表沉降槽宽度系数。

理论沉降曲线与实测结果对比如图 4,图 5所示,可知实测沉降量整体大于理论计算值,主要由于Peck公式未考虑排水固结,而该地区含水量较大,降水后G1断面沉降槽宽度加大。G2断面实测沉降曲线反弯点距离隧道轴线较近,反弯点内侧曲率较大,与理论计算值偏离较多,其主要原因是由工人作业中的上部超挖以及粘土侧壁成拱良好共同作用的结果。

4 结语

1)土体开挖是引起地表沉降的主要来源,在土体开挖后,掘进机尚未到达掌子面的情况下,地表沉降量较大,占累计沉降量的80%。

2)地表整体沉降量随着隧道埋深的增加而减小,累计最大沉降点均在隧道轴线上方,横断面沉降曲线不完全符合Peck理论中的正态分布形式,在掘进机直径范围内曲线较陡。

3)地表沉降的变化主要由测点与掘进机相对位置决定,掘进机第一节切入掌子面、环向增阻块对土体的挤压造成地表隆起,隆起值均小于2 mm。

4)支护采用的是PE1000塑料管分片拼装,支护刚度较好,约束了隧道内壁的收敛,地表沉降得到有效控制。

摘要：通过水准测量对自行走隧道掘进机施工过程中地表变形进行了研究,结果表明:横向沉降槽曲线不完全符合Peck理论的正态分布,最大沉降点位于轴线上方。沉降变形集中发生在土体开挖而掘进机尚未到达掌子面时,环向增阻块对土体挤压造成地表轻微隆起。

关键词：自行走掘进机,现场试验,地表变形,沉降槽

参考文献

[1]钱七虎.迎接我国城市地下空间开发高潮[J].岩土工程学报,1998,20(4):112-113.

[2]张凤祥,李炯,沈钧.盾构隧道工法进展概况[J].工程勘察与施工信息,1998(12):7-10.

[3]卢清国.长距离隧道自驱动前行的可行性[A].第三届中日盾构隧道技术交流会论文集[C].2005.

[4]卢清国.一种管土间增阻自驱动顶管顶进方法及其顶管装置[P].中国专利.ZL01123509.8,2004.

[5]Peck R B.Deep excavations and tunneling in soft ground.Pro-ceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanicsand Foundation Engineering.State of the Art Volume,MexicoCity.Mexico:Sociedad Maxicana de Mecanica de Suelos,1969:225-290.

隧道掘进机施工方案相关探讨 第4篇

关键词：隧道；掘进机；施工

1工程概况

大寨站～大关站区间隧道设计起止里程为DK10+000～DK11+196.37，全长1196.37m，均为暗挖隧道。区间隧道基本全部位于风化的基岩层中，基底岩体主要为强至中风化薄至中厚层状泥质白云岩及石灰岩。根据地质勘查报告，将岩体分为Ⅳ、Ⅴ两个单位，对应岩体质量分类属Ⅳ、Ⅴ类，岩体完整性差或较差。Ⅳ级岩体完整性较好，地下水主要为岩溶裂隙水，全隧Ⅳ级岩体占总长度的41%，现场实测岩体抗压强度为66-80Mpa之间。

2隧道掘进机施工准备

2.1施工水电准备

（1）施工用电。掘进机额定电压为1140V电压，需将10KV电压通过专用变压器变压到1140V，提供掘进机使用。专用变压器至掘进机端低压线缆不宜大于500m。

（2）施工用水。掘进机处于工作状态时为降温和降尘，需使用高压水进行冷却和除尘，供水压不小于3Mpa，用水量不小于80L/min。因此，需在竖井井口设置蓄水池，压力不够时可使用增压泵加压，保证掘进机正常工作需要。

2.2出碴设备

隧道掘进机在掘进过程中，截割部截割岩石后，由星形铲板通过第一运输机把石碴运至掘进机尾部，采用装载机、挖掘机等设备辅助进行出碴。隧道出碴与掌子面开挖同期进行，节省了时间。

2.3其它临时设施保证

竖井洞口设生产区和生活区，生产区包括变压器、空压机、隧道通风设施、吊装设备、临时存渣池、砂石料仓、搅拌机，钢筋加工场地、钢拱架加工场地、防水材料场地及其他材料堆放场地。各项生产生活设施布置条例有序，周边设置防护围挡，保证达到贵阳市和建设单位文明施工的要求。

2.4超前地质探测

结合地质勘查报告，并采用地质雷达与超前探孔相结合的方式对掌子面前方地质进行判断。采用瑞典MALA/ProEx型地质雷达对掌子面前方20m范围岩体进行探测，再补充结合超前钻探进行二次探测，确保洞内人员、机械设备的安全。

3隧道掘进机施工方案

3.1开挖原则

根据掘进机使用说明书，EBZ260悬臂式掘进机一次定位切割断面最大为31.4 m2，地铁马蹄形隧道断面钢支撑C、D单元接头处往上开挖断面面积为31.87 m3和32.81m3，基本能满足隧道开挖断面面积。渣土运输采用无轨运输，挖掘机、装载机配合，开挖结束后及时施做初期支护封闭开挖面，做好隧道监控量测，以监测结果及时调整支护参数和防水、衬砌施做时间。隧道掘进开挖遵循“短进尺、强支护、早封闭、勤量测、衬砌紧跟”的原则。

3.2掘进机的安装与调试

（1）根据地铁马蹄形隧道净空的特点，考虑将掘进机各系统之间拆解开，吊装至隧道横通道进行组装。拆卸工作由专人负责，按照使用说明书要求，拆卸成部件，各部螺丝、垫圈、销子等妥善保管，以防损坏或丢失；

（2）组装采用机械牵引起吊，按照使用说明进行组装。

（3）正式运行前需按照使用说明的要求进行必要的电、油、水等的检查，确保达到开机试车的条件，试运转须设专人指挥，非专业掘进机操作者，不得操作机器。

（4）机械试运转时，有关人员应密切注意各部位的声音、温度是否正常。试车时发现问题及时调整，确保设备、构件安装正常，保证机器正常工作。

3.3 EBZ260掘进机施工方法

3.3.1操作

掘进机操作司机必须由专门培训过的人员担任，其他人员不准随意操作。根据规范的操作动作按顺序启动掘进机的各项部件。操作顺序：油泵电机→开动第二运输机（若有，没有则略过此项）→开动第一运输机→ 开动星轮→ 开动截割头。

3.3.2掘进切割

悬臂式掘进机就位后，利用切割头上下、左右移动切割，切割出初步断面形状，若切割断面与实际所需的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次整修，以满足断面尺寸要求。掘进机上下、左右切削范围见附图所示。

首先从掌子面底部水平切削出一条槽，向前移动掘进机再一次就位，就位后截割头采取自下而上、左右循环切削。在切削同时铲板部心轮将切削下来的碴装入第一运输机，第一运输机转运机体后方，采用挖掘机装载机将物料直接装入出碴车或直接运至竖井处。切削钻头从底部开挖到顶部完成后，进行二次修整以达到准确的设计断面。

当切割稍硬岩石时，可采用由下而上、左右切割的方法；不管采用何种方法，悬臂式掘进机的岩体切削方式是始终是从下而上，再按S型或Z型左右循环向上的截割路线逐级截割以上部分；当遇有硬岩时，不应勉强切割，对有部分露头硬石时，应首先切割其周围部分，使其坠落。对大块坠落体，在采取适当的方法处理后再装载；当掘柱窝时，应当将铲板降低至最低位置向下掘，且需人工对柱窝进行清理。

图1 悬臂式掘进机施工示意图

3.3.3喷雾

在掘进作业时控制粉尘是非常重要的，确保洞内通风设施正常工作，同时打开掘进机内、外喷雾系统，开始喷雾灰尘，以减少烟尘污染，文明施工。

3.4掘进施工后支护方案

掘进机在掌子面掘进完成后，支护工班按照设计支护方式进行初期支护钢筋网片、锚杆、钢支撑、连接钢筋、超前注浆小导管、喷射混凝土作业等的施做，支护施工完成后继续进行掘进机开挖、运渣作业，如此循环施工。

初支封闭成环一定距离后，衬砌工班按照设计衬砌类型进行仰拱填充和二次衬砌施工，确保隧道各工序均衡施工，保证洞内施工作业安全。

3.5洞内其他辅助设施布置

3.5.1施工用水电

因掘进机作业使用1140V高压，一台掘进机需架设一台专属变压器（其输出电压为1140V）。在隧道内铺设一条掘进机专用电缆，挂设在隧道初支边墙部位。

掘进机作业时内、外喷雾系统每分钟需消耗不小于80L水，水压为2.5-3MPa。竖井井深约30m，自来水压力为0.7公斤，正常水压约为0.37MPa，无法满足掘进机喷雾要求，需加设增加泵加压后再通过高压水管接入掘进机水系统中。

3.5.2通风设施

采用管道压入式通风，根据竖井施工特点，洞口设一台大功率轴流式通风机，在横通道与主洞交叉口处分别设立通风岔口分别向四个掌子面分流，若掌子面距离较长时可在中间增设局扇进行加强。按照相关规范规定，风管均采用大口径防火风带。施工过程中加强通风管理，确保施工通风达到预期效果。

3.5.3照明设施

隧道洞内施工用电线路按有关规范要求，采用“三相五线制”，照明必须设照明专用线，照明用电线路距地面高度不低于2.5m，线路间的距离为10cm，隧道照明保证灯光充足、均匀，不得耀眼。运输道路未成洞地段每隔5m，成洞地段每隔8m，装设60瓦节能电灯一个；漏水地段用防水灯头和灯罩；设专人检修用电线路，防止漏电。施工照明线路架设采用L50*4角钢竖向设置在洞壁上。

3.5.4抽排水设施

开挖施工期间，加强基坑内排水，在竖井内设排水沟和集水井。本区间暗挖隧道竖井段为单坡，逆坡开挖时，掌子面处设置一小型抽水泵，将掌子面中心处的积水抽至后方的泵站（根据开挖进尺，每100米设置一个泵站，然后泵站排水系统排至竖井口。

结束语

综上所述，经过对施工方案的合理优化，隧道掘进机施工顺利完成，保证了项目的整体质量。从长远来看，隧道掘进机适用地层范围越来越广，对于促进隧道工程的开展有重要意义。

参考文献：

探析隧道的超新掘进技术论文 第5篇

1工程简介

黄土夹砾石、粉土互层黄土夹砾石、粉土互层其表现形式为:顶层为松散土层包夹砾石和强风化松散岩层、下层为中弱风化岩层。围岩拱部极不稳定，开挖过程中拱部漏斗状大方量坍塌、超挖，松散岩体压迫超前小导管，小导管达到刚度极限时出现“挂门帘”现象。泥砂岩互层泥砂岩互层该种围岩表形式为:水平软硬层岩体强度差异大，硬层需爆破施工、软层可自然剥离;洞身内围岩节理裂隙发育、结构松散、裂隙水发育侵蚀拱脚处软弱围岩;互层中破碎软弱夹层在洞身分为内分布多变，或分布于顶层、或分布于墙身、或分布于拱脚。施工危害:超挖严重，围岩自稳性差，系统锚杆的力学性质不能有效发挥，初期支护后沉降急剧收敛。

2各种水平互层地质条件下隧道实施方案和施工方法

总体施工原则针对进出口地质状况差异并结合工期要求，把高楼隧道进出口独立划分为2个工点，采取双向对打的方式施工。由于隧址区内地质状况差异较大，故采用超前地质预报方法对未开挖围岩进行一定范围的判断以指导施工;另外整个施工过程实施动态管理监控、动态调整的措施对整个施工过程进行跟踪、优化。冲沟浅埋段施工工况由于该浅埋段地质情况较为单一拱部为老黄土，土石交界线位于上台阶拱脚以上，拱顶以下2．2m，且施工前期勘测等准备充分，该段浅埋段顺利通过，其监控量测反应初期支护收敛为正常水平。绘制剖面图进行地表勘测，绘制剖面图，描述相对位置关系及隧道埋深超前支护双层层叠式小导管，长3．5m(有效长度2m，搭接长度1．5m)，不注浆(注:注浆浆液对黄土围岩作用效果不明显且容易侵蚀围岩，加剧其湿陷效应开挖掘进开挖掘进采用上下断面正台阶法施工，上导单循环进尺为0．8m的单榀拱架间距;其上台阶采用人工结合机械开挖的方式掘进，下台阶爆破时为减小爆破震动的破坏:一方面严格控制装药量实施松动爆破;，另一方面在开挖轮廓线内设置80cm间距60mm减震孔。4)支护除采用设计的棚架结构和喷射混凝土初期支护外，还做了以下优化，减少洞身收敛、沉降;在上台阶拱脚处施作扩大钢板，增大拱架受力面，减小拱架自重对软土围岩压强，增大锁脚刚度;锁脚由原设计的25mm锁脚锚杆变更为刚度更大的42mm锁脚锚管。

3爆破原则

黄土地区隧道施工技术综述 第6篇

黄土地区隧道施工技术综述

本文对黄土地区隧道施工方法进行了总结,对重要施工步骤进行了概述,为以后黄土地区的.隧道施工提供一定的参考.

作 者：卫亚科 作者单位：中铁十二局集团第二工程有限公司刊 名：科技信息英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(14)分类号：U4关键词：黄土隧道 施工 质量控制

崇遵高速公路红花岗隧道施工综述 第7篇

文章主要分绍了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩地段采用上下断面施工作业法,并在特殊地质地段辅以超前小导管或大管棚的施工工艺.

作 者：全圣彪  作者单位：贵州省桥梁工程总公司,贵州,贵阳,550001 刊 名：中国高新技术企业 英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES 年，卷(期)：2009 “”(7) 分类号：U446 关键词：隧道施工   上下断面法   超前支护   施工工艺  

隧道掘进水压爆破施工技术 第8篇

邯长铁路新建单线隧道为标段的关键控制工程, 位于太行山脉中低山区, 地形起伏大, 山体坡度陡。新建隧道临近既有隧道, 既有隧道仰拱翻浆、冒泥, 二衬开裂、渗水等病害十分严重;设计单位为防止新建隧道施工影响既有铁路行车安全, 在图纸中明确要求, 新建隧道爆破施工时必须将相邻既有隧道的振动速度控制在4cm/s以下。新弹音三号隧道左侧200m地段紧临既有线129m高的边坡;新悬钟隧道进、出口距离既有铁路隧道也仅有23m, 隧道顶部危石广泛分布, 出口段洞门上方岩体风化严重, 局部开裂明显, 纵向、横向裂缝密集, 甚至个别位置还存在着下面已经掉空的“神仙石”, 存在严重的安全隐患;隧道中段外侧山坡坡脚临近既有公路和民房, 山势陡峭, 危石林立, 施工爆破振动很可能造成石块脱落、翻滚, 危及公路行车和民房安全。

2 隧道掘进水压爆破基本理论概述

常规的装药结构, 炮孔不堵塞炮泥, 爆破后存在两个明显的能量损失。

第一, 图1所示的炸药卷一旦被雷管起爆, 就在药卷中形成了爆轰波, 使药卷中发生的化学反应迅速完成, 由于药卷与炮眼壁之间的空隙较小, 经过非常狭窄的空间传播时, 冲击波几乎没有能量损失, 但在炮眼口充满空气, 冲击波在这个方向传播时, 压缩空气作功, 损失了很多能量, 降低了在围岩中传播的应力波强度, 不利于岩石的破碎。第二, 由于炮眼没有回填堵塞, 爆炸气体膨胀从炮眼口冲出, 损失了膨胀气体的能量, 削弱了膨胀气体进一步破碎岩石的作用, 降低了爆炸压力。所以, 炮眼不堵塞回填, 非常浪费炸药的能量。还有一种堵塞办法是使用炸药箱纸壳浸水塞入炮眼, 在爆炸中纸壳会受到高温高压气体作用变成灰烬, 不但起不到阻止孔内膨胀气体冲出炮口的作用, 而且还会与爆炸产物发生化学反应, 产生有毒有害气体, 影响洞内施工人员的健康。

隧道掘进水压爆破是往炮眼中的一定位置注入一定量的水, 然后用专门的炮泥机生产炮泥回填堵塞。由于炮眼中有水, 因水具有压缩性极小、变形能低、热能损失小等特性, 在水中传播的水激波能够按照水的“液压”作用, 较均匀的、几乎不受损失的把能量传递到炮眼围岩中。另外, 在水激波做功的同时, 被爆炸气体冲击压缩的高压水挤入爆生裂隙中, 形成“水楔”, 这种“水楔”的尖劈作用加剧了裂隙的延伸和扩展, 使破碎块度更均匀;同时, 炮眼中的水在高温高压下被雾化, 充分吸收了有毒、有害爆生气体及粉尘, 起到了雾化降尘作用, 降低了粉尘对环境的污染, 改善了洞内空气质量。

因此, 从理论分析来看, 隧道掘进水压爆破的装药结构既具有科学依据又合理。

3 隧道掘进采用水压爆破的意义

自20世纪60年代以来, 隧道掘进技术有3大变革, 或称3个里程碑:其一是湿式 (水风枪) 打眼代替干式打眼, 对免除施工人员受矽肺病困扰起决定性作用;其二是导爆管非电起爆代替火爆和电爆, 对杜绝施工人员伤亡起关键作用;其三是水压爆破新技术, 即炮眼底水袋及水袋与炮泥复合回填堵塞。该技术采取炮孔用水袋充填, 并用炮泥回填堵塞, 提高了炸药能量利用率, 不仅实现了浅孔爆破的工艺技术创新, 还有效地改善了爆破对环境的影响, 达到了国际先进水平。以往的隧道掘进和露天石方爆破, 炮眼中最怕有水, 常规的做法是将水排出, 排不尽时则要使用防水炸药。“隧道掘进水压爆破技术”不但不用排水, 还要往里注水, 利用水作为媒介, 使爆炸能量无损传递。同时, 采用特制的“炮泥”堵塞炮眼, 不但能有效抑制爆破膨胀气体冲出炮眼, 而且还能降尘。该技术已实际运用于隧道施工中, 不仅提高了炸药能量利用率, 改善了爆破效果, 还降低了爆破噪声和振动效应, 有效地保护了环境[1]。

3.1 充分利用水压爆破的减震作用确保既有隧道安全

利用水压爆破技术施工, 能有效的降低爆破震动速度, 确保紧临既有隧道的安全, 同时也保护了周边设施及民房的安全。

3.2 水压爆破的降尘作用

邯长铁路五座隧道, 弹音一号隧道出口和弹音二号隧道位于太行山的沟谷之中, 受地形和既有线弹音车站位置影响, 只能由一号进口独头贯通后, 再施工二号隧道;新悬钟隧道进口位于悬崖峭壁之上, 也只有出口有进洞条件;四号隧道出口为公路, 不具备进洞条件, 所以, 除新弹音三号隧道外, 其它隧道都需要独头掘进, 一旦掘进超过1km, 每次爆破后洞内烟尘较大, 工人的工作环境不佳, 需要长时间通风才能进洞干活, 每次出洞后都是“夏天一身泥, 冬天一身灰”, 明显加长了每次循环的作业时间, 施工开挖进度也不理想, 让施工人员十分苦恼。因此, 利用水压爆破新技术, 除烟降尘, 改善洞内施工环境, 很有必要。利用和推广这项技术, 体现了“以人为本, 和谐自然”的文化理念, 也是大型国有企业义不容辞的社会责任。

4 隧道掘进水压爆破施工工艺

4.1 隧道掘进水压爆破的钻爆设计

新弹音一号隧道地质情况较为简单, 主要以灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩为主, 次坚石, 开挖断面为48.55m2, 围岩级别主要为Ⅲ级, 常规钻爆设计采用复式楔形掏槽, 全断面开挖。总的炮孔数为113个, 炮眼设计深度为3.2m。

常规爆破全断面总计装药量为168kg, 炮眼无回填堵塞。采用水压爆破时在掏槽形式、炮眼布置、数量、深度、起爆顺序和时间间隔等设计与隧道常规爆破一致, 所不同的是在每个炮眼中增加了水袋和炮泥, 装药量和装药结构有所不同。

根据隧道洞身围岩的特点, 全部采用控制爆破, 适用于软弱围岩的减轻地震动控制爆破技术爆破。总的设计思想是拱部采用光面爆破, 边墙采用预裂爆破, 核心采用控制爆破。主要采用水压光面爆破掘进作业, 严格控制超、欠挖, 尽量减小对围岩的扰动。根据围岩情况, 台阶长度满足机具正常作业要求, 每次开挖进尺根据围岩情况而定。在施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验, 不断修正爆破参数, 达到最优爆破效果。

4.2 隧道掘进水压爆破的炮孔装药结构

对于水压爆破的主爆孔装药, 每个炮眼装药量一般为常规爆破每个炮眼所装药卷长度的80%左右, 少装的药卷空间用水袋代替。掏槽眼和辅助眼的装药次序是:先在炮眼底部装1个水袋, 然后装所需的药卷, 再装2个水袋, 最后用炮泥回填堵塞。水袋、药卷、炮泥要挨得紧密, 并适当捣固。孔口的水袋的长度要小于炮泥长度, 两者的最佳长度比值一般为3:4。

对于光面爆破周边眼的装药, 按照比常规爆破减一卷的办法间隔装药, 先在孔底装入一个水袋, 随后将药卷和导爆索用胶布间隔绑扎在竹片上, 整体塞入炮眼, 再装入2个水袋, 最后用炮泥堵塞[2]。

经过试验确定, 新弹音一号隧道水压爆破的装药结构与常规爆破相比, 掏槽眼、底板眼和二台眼每孔减少装药0.3kg;周边眼拱部每孔减少装药0.15kg, 边墙位置平均每孔减少装药0.11kg, 其余掘进眼每孔减少装药0.12kg, 每循环总共节省炸药24kg。

4.3 振动速度监测

振动速度监测采用了TC-4850爆破测振仪, 是一款专为工程爆破设计的便携式振动监测仪。主要技术特点是:仪器体积小、重量轻、耐压抗击、可靠易用, 配接相应的传感器能完成加速度、速度等爆破动态过程的监测、记录、报警和分析。根据对距离掌子面50m位置的两组常规爆破数据和四组水压爆破数据的监测, 统计得出了如下数据。 (见表1)

通过对振动速度的测定, 隧道掘进使用水压爆破比常规爆破振动速度降低50%~70%, 效果十分明显。符合隧道设计爆破振动速度小于4cm/s的要求。在施工中对临近既有线的新弹音三号隧道和新悬钟隧道周围危石的影响很小, 也为保证行车安全, 提高掘进速度提供了技术支持。

5 水压爆破施工技术结论

水压爆破施工技术与常规爆破相比, 充分体现了具有“三提高一保护”的巨大作用, 即“提高炸药能量利用率, 提高施工效率, 提高经济效益和保护作业环境”。隧道掘进节能环保水压爆破是采用专用设备制作的水袋往炮孔中注水, 在水中传播的冲击波对水不可压缩, 爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中, 这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎。此外水在爆破气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎。炮眼中有水还可起到雾化降尘的作用, 可改善施工作业环境。同时用专用设备制作的炮泥回填堵塞炮眼, 比土坚实、密度大, 还含有一定的水分, 对抑制爆生气体冲出炮眼要比无回填堵塞或仅用纸卷、土回填好得多, 而且操作使用方便[3]。

隧道掘进水压爆破之所以能提高炸药能量利用率, 是由于往炮眼注水和炮泥回填堵塞的共同结果, 两者缺一不可。

6 结束语

水压爆破与常规爆破相比, 除在爆破设计阶段有所不同外, 只增加了炮眼注水工艺和炮泥制作堵塞工艺, 其他操作与常规爆破完全相同。

隧道掘进节能环保水压爆破施工技术建立在常规爆破施工技术的基础上, 只增加了炮泥和水袋的制作以及炮泥、水袋的装填, 技术成熟, 工艺简单, 不受地质条件、钻爆队伍的影响, 稳定性强, 与常规爆破相比具有“三提高一保护”的良好效果。

参考文献

[1]高红宾.隧道掘进新技术—水压爆破施工[J].公路交通技术, 2009, (3) :125-126.

[2]欧阳艳, 付杨果.隧道掘进中的水压爆破技术[J].北方交通, 2011, (8) :59-60.

隧道掘进机施工技术现状综述 第9篇

关键词：隧道施工；隧道掘进机；水电站隧道

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0114-02

1 工程概况

辛克雷水电站引水隧洞总长27km，其中15km属于中国水利水电第十工程局的标段。这一标段的地质状况复杂，地层含水量大，还要穿越一座火山，设备面临高温、岩溶等不利地质因素。考虑地质含水量大，十局将原施工方案改为自下游向上游掘进，利用隧洞的自然坡度排水，以避免在施工过程中因排水量大，而增大排水设备的投入。所使用的TBM直径为9130mm，共9节台车，采用真空吸盘式管片拼装机，隧道内运输采用2组柴油机车不间断运送物料，每环管片共有7块。由于隧洞直径大和距离长，所以TBM施工过程中需要大量的管片，因此需要在施工现场自建一个大型的管片预制厂，进行管片生产。现场建有一个管片预制场、一个TBM广场、一个渣土场、一个大型料场、一个大库房及其他施工设施。

2 TBM施工管理内容

TBM施工管理大致分为施工成本管理、施工技术与方案管理、备件管理、质量和安全管理，合理科学地管理可以提高工程的质量和进度。

2.1 施工成本管理

施工成本管理包含设备选型管理、场地规划管理、人员分配管理、备件储备管理。

2.1.1 设备选型。TBM具有专一性，也就是说每一个TBM的设计和配置都是结合施工现场的地质条件及施工方的技术要求，进行专门的定制。在与生产方（德国海瑞克公司）进行设计联络沟通时，我方技术管理人员根据我方工作需要向海瑞克提出许多合理的设计变更，比如减少某些不必要的设备或者将一些非关键部位国产化，以此在保证设备使用功能不受影响的条件下，降低项目的支出成本。另外采用一些国产的产品，也可以在后期的维护保养过程中节省备件的采购成本和采购时间。

2.1.2 场地规划。TBM施工要求物料的供给及时，砂浆和管片的运输需要很多的人力物力，既要考虑管片生产的材料运输成本，也要考虑管片运往隧洞的运输成本，由于是野外作业，路况影响运输的重要因素。门式起重机的布置，要尽可能高效地实现管片、支撑管片及轨道的吊装。合理的场地规划不仅使工作效率有效的提高，同时也降低了运输成本，更是确保了作业人员的安全，减少了工人的劳动强度。

2.1.3 人员分配。TBM施工条件非常艰苦，如何调动作业人员的工作积极性非常重要。现场采用两个运行班，一个维护班的工作模式，由主机操作手兼任班长。以下是运行班人员配置表格。

2.1.4 备件储备管理。TBM运行过程中经常会遇到某些部件的损坏，在签订购买整机合同时，厂家会提供少量的备件，但对于整个施工工程来说，这些量是远远不够的。这就需要施工方做好备件的储备计划，备件储备多可以保证设备的工作状态，但也增加了项目的周转成本，储备少，一旦停机更会对整个工程的工期进度造成极大的影响。另外由于备件的种类很多所以需要专业人员的管理，确保及时地将备件的消耗情况反映给项目部，以便管理者能及时准确地做出备件采购计划。由于国内相关行业的发展，很多备件已经可以在国内采购，并且质量很好，应尽量国内采购。如果是进口件直接寻找生产厂家采购，这样可以节省很多成本。

2.2 施工技术与方案管理

施工技术与方案管理是决定工程成败的关键，TBM施工往往会遇到很多棘手的问题，比如地质问题，当遇到破碎岩层时，是选择快速推进还是选择超前注浆、改良地质状况后再进行掘进是非常关键的，错误的决定不仅会延误工期还可能使TBM卡机，造成严重的后果。在出现技术问题时，需制定相应的详细施工方案。同时在整个设备运行期间要制定严格的施工措施，确保人员及设备的安全。隧道工程建设中，施工操作技术水平对工程的施工风险有直接的影响。由于操作工艺流程复杂，且不同的施工方法又有不同的适用条件，贸然采取某种方案势必会产生风险。施工过程中可能出现地质的不确定性、工作面塌方、密封破损、岩爆、瓦斯爆炸、有毒气体释放、岩溶、突涌水、洞外危崖落石、危石、洞口滑坡、施工用电事故、通讯不畅以及安全措施不力等隐患。虽然影响隧洞施工的因素很多，但客观的因素是隧道所处的地质条件和自然环境，而主观的因素就是人们对地质的认识和改造的能力，根据施工的具体条件实施动态的管理，是进行工程风险规避的重要手段。对隧道工程的施工管理应该从以下两个方面

着手。

2.2.1 加强地质超前预报。TBM配有超前钻机，当处于不良地质时就要对前方地质进行取样探测，以做出可行的方案，尽可能地规避风险。

2.2.2 培养一支高素质的人才队伍。随着工程的进展，施工人员逐渐积累了丰富的施工经验。在现场的工程技术人员发现地质条件与设计有差异时，应及时与勘测和设计单位沟通，通过勘测和设计单位信息反馈，及时修正施工方案，合理地控制施工全过程。

2.3 备件管理

TBM的备件管理在整个施工过程中是非常重要的，也是成本支出非常多的一项。出于对行业的保密性，厂家是不会向施工方提供生产图纸，哪怕是最无关紧要的部件，因此备件的管理在工厂监造时就已经开始。

2.3.1 在TBM上有许多部件是施工方可以自己生产的，例如：油缸前方的尼龙板、管片拼装机定位销、各种液压管、甚至是喂片机等。就需要在进厂监造时由施工方技术人员，通过实际测量记录下备件的详细技术参数，为以后现场制造和采购备件提供技术支撑，这样能节省项目的支出成本和提高施工进度。

2.3.2 在TBM上有许多的部件是可以要求设备供应商采用国产品牌，比如注浆泵、水泵、滤芯、滤器、滚刀及一些小油缸等。采用国产品牌不仅在使用功能上不会影响设备性能，而且还会降低设备采购成本，最为关键的是在以后的备件使用过程中，采用国产品牌可以缩短采购周期，采用TBM设备制造厂家的备件采购周期约3个月，而采用国产品牌采购仅需7天就可以到达施工现场。施工现场只需储备部分在国内没法采购或技术要求达不到TBM产品要求的大型密封条、电磁阀、传感器等备件。

2.3.3 对于备件的库存管理，根据施工过程中的备件实际消耗量提前做好采购计划。现主要介绍一下备件的入库管理。备件入库后，库管人员要及时地将备件信息录入电脑。备件应按备件说明书的要求进行存放，特别要注意防潮、防高温等。油品不能露天存放。备件管理的好坏将直接影响到整个工程的施工进度。

2.4 质量和安全管理

安全是施工的第一要求，而项目施工质量是保证安全的前提。对于施工质量管理，要制定详细的施工方案，现场施工必须按已制定的施工方案进行施工。由于隧道施工存在较多的隐蔽工程，事后发现问题，很难进行整改。因此，必须在施工过程中加强过程控制，进行必要的质量检验，确保上一工序合格后才能进行下一工序的施工。为此，增加质量检查环节是非常必要的，实现质量控制也是实现安全生产。例如施工中如果注浆量没达到要求，但是为了完成管理者所规定的环数而贸然掘进，是极有可能造成很大的管片沉降，如果发生在建筑物下方时，可能会引起建筑物坍塌，同时对隧洞上方的植被造成致命的破坏（曾经就有过一条穿山隧道打通后，山上的植被全部因为水分流失而全部枯萎的惨象）。所以质量控制安全管理不仅是确保工程安全、人员安全，同时也能有效避免环境遭到破坏。

3 结语

TBM是集机械、电气、液压和自动控制于一体的隧道施工设备，相较于传统的钻爆法具有安全、高效等诸多优点，但由于其本身造价高，所以项目前期投资很大。在施工使用中要结合地质状况，设备本身的工作状况和运行维护人员的技术水平，本着科学、安全的方针进行项目管理。其中要按要求对TBM进行定期的维护保养，事实证明精细的保养是TBM高效稳定运行的前提。

地铁区间隧道盾构法掘进的控制？ 第10篇

1，施工中发现硬岩岩渣的流塑性很差，施工中需调节泡沫剂的用量来改良岩渣的流塑性。这样可以使螺旋机出土更通畅，形成更好的土塞效应来控制土仓内的压力。

2，在硬岩地层掘进中，围岩对盾构机的扰动比较大，容易发生盾构机的自转和振动比较大的情况。掘进中应控制好盾构的掘进姿态，在改变掘进姿态时需平稳过渡，

改变过猛会加大对刀具的磨损，影响管片拼装的质量（容易发生管片破损、错台现象）。同时也以通过反转刀盘来调节盾构机的滚动角，纠正盾构机的自转偏离。

3，由于围岩的强度比较高，刀具在挤压切削岩体时会释放大量的热量，导致刀具温度急剧升高，这样就加速了刀具在挤压切削岩体的磨损，同时也导致土仓温度升高，土仓温度很容易高达80℃，隧道的温度也很容易达到40℃，严重影响到了正常的盾构施工。对于刀具我们可以及时的加入泡沫剂和润滑剂来改良土壤的质量和降低刀具与围岩的摩擦。对于环境温度的上升我们可以通过冷却循环水系统来降低环境的温度，保证盾构施工的正常进行。

隧道单层衬砌研究现状综述 第11篇

1)对于节理裂隙发育的岩层在采用爆破法开挖时,开挖面凸凹不平,围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间贴合不紧密,削弱了衬砌对围岩的支护作用。2)复合式衬砌防水本质上为“被动”防水。由于锚喷初期支护不防水,复合式衬砌实际上是将地下水引入衬砌结构内部,在衬砌内部形成存水空间,诱发水压力。3)由于防水板搭接、焊接质量问题,二衬钢筋绑扎、焊接过程中易刺破和烧坏防水板等原因,使得薄膜防水层的敷设质量不易保证。

针对复合式衬砌在施工、承载和防水方面存在的问题,单层衬砌(single shell lining)施工技术应运而生,以统一解决承载、防水问题,并已在一些隧道工程中应用。

1 单层衬砌概念综述

关于单层衬砌的概念,文献[2]这样定义:“由单层或多层混凝土构成的支护体系,支护层与衬砌层是一体的,各层间能够充分传递剪力的支护体系,称为单层衬砌。”为避免单层衬砌与喷锚衬砌的概念混淆,文献[3]对单层衬砌的描述为:在取消防水板的前提下,洞室开挖后立即喷射一层具有防水性能的混凝土,并根据围岩级别设置必要的支护构件,如锚杆、钢拱架等,然后根据耐久性及平整度的要求,再施作一层或多层混凝土,构成层间具有很强粘结力并可充分传递剪力的支护体系。

显然,单层衬砌与复合式衬砌的本质区别就是支护层间不设防水板,通过各混凝土层间径向和纵向上的抗滑移性,使得各混凝土层形成共同承载体系[4]。

2 单层衬砌国内外研究现状

单层衬砌是20世纪70年代发展起来的一种隧道支护体系,最近几十年随着喷射混凝土施工工艺、质量性能的提高,其技术得到了迅速的发展。位于斯堪的纳维亚半岛的挪威和瑞典,是使用单层衬砌较早的国家。在挪威约有460 km的干线公路隧道中共有160 km采用喷射混凝土或钢纤维喷射混凝土作为永久衬砌;在瑞典的斯德哥尔默地铁中大量使用单层衬砌技术,如地铁区间、地铁车站等。在瑞士修建的费尔艾那隧道,97%的支护都采用单层衬砌技术[5]。同时,在世界上许多国家单层衬砌都有了不同程度的应用。

在国内,20世纪60年代在成昆铁路围岩较好的短隧道中成功地采用了喷射混凝土加锚杆的单层衬砌,使用至今,情况基本良好。1999年在汕头液化石油气储库工程中采用单层衬砌支护技术,效果良好。西康铁路秦岭隧道中的高碥沟隧道采用了钢纤维喷射混凝土单层衬砌,西南铁路的磨沟岭隧道采用模筑钢纤维混凝土单层衬砌。另外,单层衬砌技术除应用于铁路、公路、水工隧道外,还应用于地下酒窖以及地下体育馆等工程中。

3 单层衬砌结构形式及结构材料

目前单层衬砌主要采用的支护形式是喷锚支护。喷射混凝土和锚杆联合支护,不仅是安全可靠的支护形式,而且是在岩层中构筑地下工程最为优越的衬砌形式。

可以说,单层衬砌结构形式是随着喷混凝土技术的出现而不断发展和完善起来的,特别是湿喷技术的出现以及喷钢纤维混凝土在隧道工程中的广泛应用,为单层衬砌的发展创造了良好的条件。而国外单层衬砌的构成,多数是采用钢纤维喷混凝土。在围岩条件较好的情况下,钢纤维混凝土衬砌可以作为一个永久承载结构来支护围岩,国内外学者对钢纤维混凝土的力学性能以及持续荷载作用下的长期抵抗变形和耐久性等方面进行了大量的试验[6]。

我国在隧道中应用钢纤维喷射混凝土始于1984年,起步相对较晚,但近些年发展很快,已经取得了较好的效果。重庆大学土木学院在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土,以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌[7]。

实践证明,湿喷纤维高性能混凝土单层永久衬砌代替复合式衬砌,变被动防水为主动防水,防水效果良好;同时,工程量小,施工速度快,节约造价。

4 单层衬砌设计方法现状

对单层衬砌设计方法的研究,主要是针对喷钢纤维混凝土支护结构展开的,目前有基于挪威法的Q系统支护设计法、极限状态法以及基于能量守恒的能量原理设计法。

挪威法(也称NMT)是以挪威工程地质研究院为主,根据工程地质条件和在隧道质量指标系统法及湿喷钢纤维混凝土工艺长足发展的基础上产生的,它仍是一种以经验为主的设计方法。在实际应用中,隧道质量指标Q值对“经验”做出一定程度上的定量衡量,来反映围岩质量的好坏。

极限状态设计法是欧洲混凝土委员会在1964年开始提倡的,以后于1970年和国际预应力混凝土协会合作公布了规范,现在英国规范也采用这种方法作为基准。可以说,国际上总的趋势是向极限状态设计法方面发展。一般情况下,在极限状态设计法中,通过验算两种极限状态即破坏极限状态和使用极限状态来确保结构的安全性和使用性。

能量原理设计法是根据能量守恒原理来判断整体系统的稳定情况,从而完成隧道衬砌的设计。在结构设计时,文献[8]认为围岩释放的总能量由两部分组成:一部分来源于隧道喷钢纤维混凝土完成到围岩达到稳定整个过程中释放掉的能量值;另一部分是在隧道建成后,由于地震或其他因素导致衬砌上方塌落拱范围的岩层彻底破坏时,可以偏于安全的假定其储存的应变能完全释放给衬砌,此能量等于毛洞开挖到达稳定状态时该范围内单元储存的应变能之和。为了保证围岩能量释放可以最终达到稳定,衬砌破坏吸收能量的能力应该大于围岩释放的能量,从而进行单层衬砌结构的设计。

5 单层衬砌防排水研究现状

与复合式衬砌相比,单层衬砌最显著的特征之一就是层间取消了防水板,结构的防水靠衬砌材料的自防水来实现。所以,单层衬砌的防水性一直是各国隧道学者关注的焦点。

目前多数国家都采用在钢纤维喷混凝土中加入硅粉的措施来提高混凝土的耐水性。1994年第4期瑞士期刊《瑞士工程和建筑》详细介绍了费尔艾那隧道在施作单层衬砌时,掺入硅粉后,粘着力强,密实度大,渗水最大深度仅为13 mm这一事实。国内,在重庆巫奉高速公路摩天岭隧道1号斜井中,采用了硅粉钢纤维湿式喷射混凝土。试验表明,微硅粉混凝土的渗透性很低,具有较高的抗腐蚀能力[7]。

对比各个国家的隧道防排水模式,德国隧道的排水模式以排水为主,防水为辅。挪威法主要是依靠喷混凝土本身自防水。

6 有待研究的问题

通过对隧道单层衬砌的结构形式、耐水性能、设计方法的研究,学者们提出了很多具有实用价值的观点,为单层衬砌在隧道中的应用和推广奠定了基础,但还存在以下问题有待进一步研究:

1)国内外对单层衬砌的作用机理研究甚少,目前我国还没有单层衬砌的设计及施工指南。因此,确定单层衬砌对不同围岩的适应性显得尤为重要。

2)用作永久单层衬砌的喷混凝土不同于普通喷混凝土,对其力学性能指标需作深入研究,如设计基准强度、混凝土初期强度、粘结强度及耐久性指标等。

参考文献

[1]贺少辉,马万权,曹德胜,等.隧道湿喷纤维高性能混凝土单层永久衬砌研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(20):3509-3517.

[2]关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003:394-397,419-420.

[3]张俊儒,仇文革.隧道单层衬砌研究现状及评述[J].地下空间与工程学报,2006,2(4):693-699.

[4]王彬译.对采用单层喷混凝土衬砌的隧道施工的几点看法[J].世界隧道,1995(2):85-86.

[5]王志杰.喷射钢纤维混凝土及其在隧道和地下工程中的应用[J].公路,2004(1):145-148.

[6]史世雍,马金荣.隧道钢纤维喷射混凝土强度试验研究[J].山西建筑,2004,30(2):55-56.

[7]杜国平,李晓红,宋战平.纤维喷射混凝土单层衬砌施工技术探讨[J].隧道工程,2010(9):8-12.

隧道掘进机施工技术现状综述 第12篇

【关键词】单向掘进隧道;超前小导洞出洞;反向扩挖

1.工程概况

巨口隧道为双线隧道，隧道起止里程为DK717+950～DK718+365.32，全长415.32m。隧道出口明暗交界里程为DK718+349.32。隧道出口位于陡坡之上，且下方为当地公路。受地形限制，隧道出口便道修筑困难，无法开辟工作面，相连标段桥台施工也需利用本隧道作为运输通道，故本隧道采取由进口往出口方向单向掘进施工。

隧道出口表层为第四系残坡积（Qel+dl）粉质黏土，硬塑，厚1～2m。下伏J3n凝灰熔岩，全风化～弱风化，全风化厚3～10m，强风化厚3～5m，下为弱风化，岩质较硬，节理裂隙发育。地下水为基岩裂隙水，较发育。节理面倾向洞外，覆盖层较薄，施工时需加强支护及防排水措施，坡面有风化岩块散落，施工前应对危石进行清除或进行加固处理。

2.施工方案的确定

巨口隧道出洞前采用台阶法开挖，上台阶施工至里程DK718+340，下台阶施工至里程DK718+305，即进入Ⅴ级围岩出洞段。巨口隧道出口洞口段为浅埋地段，且地表边坡较陡，为确保洞口出洞安全和边坡稳定，采取短进尺、强支护、弱爆破、勤测量设计原则。原设计采用三台阶临时仰拱法加超前小导管支护直接出洞，由于超前支护在大里程侧为浅埋偏压软弱围岩，掌子面受爆破扰动后极易失稳出现塌方，极易给下方公路交通造成重大影响。因此，根据现场详细踏勘及综合各方因素分析，必须严格控制開挖断面，防止出现失稳塌方，采用超前导洞先出洞后，在做好边仰坡防护再反向扩挖成洞，可以很好解决这一难题。同时在施工过程中加强监控量测，以数据指导施工，最大限度地控制安全风险。具体施工顺序：超前导洞出洞—出口边、仰坡支护—反向扩挖成洞。

3.施工步骤

3.1超前导洞出洞

DK718+340～DK718+349.32采用导坑法开挖至贯通里程DK718+349.32，根据现场围岩情况并考虑贯通后机械设备及风水管能直接到达出口，提供施工通道，超前导洞断面尺寸拟定为4m*5m，为有利于结构稳定导洞顶部采用半径2.5m圆弧设计。同时考虑后期扩挖操作空间及增大超前导洞覆盖层，导洞顶距正洞拱顶预留1.5米。超前导洞加强支护设计考虑到出口段围岩较差，围岩破碎，裂隙发育，地下水丰富，自稳时间较短，早期围岩压力增长快等不利因素，为了抑制围岩过大的变形，在超前小导管预支护条件下，开挖后采用锚杆、钢筋网联合喷射混泥土初期支护基础上增加格栅钢架加强支护，确保围岩及出口处边仰坡稳定。支护参数为：锚杆采用Φ22砂浆锚杆L=3m,间距1.5m×1.5m梅花形布置，喷射混凝土为C30喷射砼，厚25cm，钢筋网采用?准6mm，网格20×20cm。在锚网支护的基础上增设?准22@160格栅钢架支护，钢架间距100cm, 两榀钢架之间设置?准22纵向钢连接钢筋，环向距离1米，钢架连接采用螺栓上紧，其拱脚及底脚置于基岩上，不能有悬空现象，并用锁脚锚杆将钢架与岩体紧密焊接。导洞开挖及支护尺寸设计见图一：

图一 超前导洞加强支护断面图

导洞拱顶超前支护采用?准42超前导管，导管长4m，间距40cm，纵向间距搭接不小于1m。导洞超前支护设计详见图二。

图二 超前导洞超前支护断面图

导洞格栅钢架加强支护设计详见图三：

图三 加强格栅钢架轮廓

3.2出口边、仰坡支护

隧道贯通后，立即进行出口边、仰坡的开挖支护，隧道出口边坡及回填后的仰坡采用骨架护坡，隧道再次进暗洞前应对拱顶开挖线外2～3m范围采用喷锚网防护，同时对临时边坡采用喷锚网防护，锚杆采用?准22砂浆锚杆，L-4m，间距1.5×1.5m梅花形布置，钢筋网采用?准8钢筋，网格25cm×25cm，喷射混凝土采用10cm厚C25网喷混凝土。对洞口段存在危岩落石，设计考虑对部分危岩落石进行清除，并进行M7.5浆砌片石嵌补及锚索加固处理，并按设计设置被动SNS防护网，网高5m、长60m。

3.3反向扩挖成洞

待出口边、仰坡施工完毕后再由DK718+349.32反向施作双层小导管后，按设计三台阶临时仰拱法扩挖施工至设计断面。扩挖过程中应严格遵守短进尺、强支护、弱爆破、勤测量原则，围岩破碎且因超前导洞增加临空面，扩挖时开挖进尺控制在0.6米左右，如需爆破需预裂爆破，尽量减少对围岩扰动。周边岩间距控制在30cm,辅助眼控制在45cm左右，严格控制装药量，对爆破后少量欠挖采用人工风镐凿除。开挖后及时按设计做好支护，确保洞身稳定。

4.监控测量

4.1洞内监测

围岩及支护状态观察：采用观测的方法，对围岩的岩性、岩质节理裂缝发育程度和方向、有无松散坍塌、剥落、掉块现象、有无漏水等；初期支护状态包括喷层时候产生的裂缝、剥离和剪切破坏、钢支撑是否圧屈等。观察分析，一一进行描述、记录，以此作为支护参数选择的参考与量测等级选择的依据。

拱顶下沉、周边位移及收敛量测应布置在同一断面，导洞内监测断面间距加密至5m。拱顶下沉量测测点布置应在拱顶。周边位移量测点以初期支护上个点的绝对位移为主，同时增加水平及斜向收敛量测，以便校核水平位移结果。

拱顶下沉、周边位移及收敛量测在开挖后尽早进行，拱顶下沉、收敛量测起始度数宜在12h内取得，其他量测读数在开挖24h内且在下一循环开挖前读取。测点应牢固可靠，易于识别，并注意保护，严防爆破损坏。沉降较大时，应加大观测频率。

4.2地表监测

洞口段覆盖层薄，开挖后围岩难以自稳成拱，地表易沉陷，为了确保洞口浅埋段施工安全，应进行地表沉降监测。地表浅埋段设置地表观测点，观测点与洞内量测点尽量布置在同一断面上，以便反应量测数据的关联性，地表量测断面间距为5m，每个量测断面上测点为2m，每日量测两次。

每日对观测数据进行统计分析，特别是洞口范围内外监测数据，要进行综合分析，通过分析成果及时反映围岩下沉、收敛动态，正确指导施工，及时调整支护参数。

5.安全控制

为了将不可测因素掌握在可控范围之列，保证工程安全顺利的完成施工前制定安全生产措施及应急预警方案，设立专职安全员，分班组实施24h跟班制度。加强安全技术交底工作，同时加强与相邻标段沟通协调。由于巨口隧道出口处与武步溪特大桥0#台人工挖孔桩交叉施工，故当隧道贯通施工前，应先将出口危石清除，按设计做好出口防护工程，施工坚持弱暴破短进尺原则，并及时通知武步溪特大桥0#台挖孔桩施工人员，做好安全防护措施。同时应做好隧道出口下方当地公路的警戒防护工作，确保施工安全。

6.施工注意事项

(1)施工前安排专人对洞口围岩进行观察，对存在的安全隐患及时采取加固措施。

(2)开挖出洞时应加强陡坡下方道路协调及安全防护措施，并在洞口附近设置防护网，确保道路通行安全。

(3)小导洞施工过程中，每循环钻眼时增加2~3个探眼，探眼深度5m，探明具体剩余距离，便于安全出洞。

(4)在爆破后进入掌子面施工前，应先对掌子面周边围岩进行详细调查，将因爆破震动产生的危石清理干净后方可继续进行正常施工。

(5)开挖后及时进行初喷和初期支护，并加强对掌子面附近围岩的巡回找顶工作，以防落石伤人。

(6)出洞时应加强监控量测及超前地质预报，步步为营，稳扎稳打，及时支护，确保施工安全。建立安全施工保证小组，并对洞内外作业进行24h巡查，确保施工安全。

7.结语

巨口隧道单向掘进、小导洞出洞及反向扩挖施工，已在巨口隧道软弱围岩且为浅埋偏压的出洞施工中成功实施。取得成功关键在于严格按照既定的施工方案进行施工，并坚持了“短进尺、强支护、弱爆破、勤测量”施工原则。通过对本工程从方案确定到实施全过程的总结，希望为今后类似工程再采用单向掘进小导洞出洞的施工提供借鉴参考。

【参考文献】

［１］《巨口隧道设计图》图号：合福施（隧）185.中铁第四勘察设计院集团有限公司,2010,06.

隧道掘进机施工技术现状综述 第13篇

关键词：水压爆破,隧道掘进

在隧道掘进工程中, 水压爆破技术可谓是极为先进的绿色环保技术, 促使掘进工程施工技术完成了多次质的超越。

1 水压爆破技术概述

水压爆破技术最先提出于上个世纪的九十年代, 提出人为著名爆破专家何广沂教授[1]。此项先进技术的提出充分结合了当时隧道工程施工现状。何广沂教授在观察研究中发现, 大部分的隧道工程在进行掘进施工时, 所采取的爆破方式为不回填堵塞炮眼或是对炸药箱纸进行浸水应用。诸如此类的技术在应用中不仅是完全缺乏科学合理性, 浪费资源, 加大成本投入, 同时在爆破中威震力极大, 对施工环境保护极为不利。为了解决这一问题, 何广沂教授在1995年提出了一个露天深孔水压爆破的研究课题, 而在2002年又结合隧道掘进工程提出了相关研究课题, 对深、浅孔、隧道掘进等水压型爆破技术应用的装药结构进行了较为全面细致的分析研究。

2 水压爆破技术在隧道掘进工程中的应用

2.1 应用施工流程及原理

2.1.1 水压爆破技术应用流程

在工程施工中, 水压爆破技术的应用流程主要如图1所示。

2.1.2 水压爆破技术应用原理

水压爆破原理:在水压爆破技术应用中, 其设计方案与传统方案并无什么不同, 只是在装药及炮孔堵塞操作中进行了科学调整。此项技术的主要应用原理为:在炮眼内部的具体位置加入定量水分, 运用所制作好的炮泥对炮眼进行回填堵塞。对水中传播具有的一定爆破冲击力给予水的不可压缩性充分利用, 从而使得在爆炸力从水传达至围岩处时不会产生较大损失。与此同时, 当爆炸气体在水中膨胀后, 将会产生一定的“水楔”效应, 能够为岩石粉碎提供加大助力。炮眼内部水分还可对整个环境起到极佳的雾化降尘效能, 避免造成严重的环境污染。

2.1.3 水压爆破技术与普通爆破对比

(1) 与普通爆破相比, 水压爆破技术应用中在水中爆轰产物的膨胀速度较慢, 其所产生的爆炸作用强度明显比普通爆破强, 其持续时间也要长于普通爆破。

(2) 水压爆破在炮孔周围岩石周边所产生的爆炸强度远远高于普通爆破, 而衰减速度又要慢于普通爆破。水压爆破的压力峰值极大, 破坏力极强。

(3) 与普通爆破相比, 水压爆破技术应用中能够使得孔壁岩面的冲击压力得以减小, 进一步提升预裂爆破的成型质量。

(4) 普通爆破方式在空中的初始冲击波压力值范围主要为80~130MPa, 而水压爆破技术在其应用中主要的爆破区域为水中, 初始冲击波压力至少在1万MPa以上。

与普通爆破方式相比, 水压爆破技术的爆炸强度更大, 持续时间更长, 压力峰值更大, 破坏力更强, 衰减力更小, 初始爆破冲击波压力更大。

2.2 水袋的制作

水袋制作主要采用的是PSP-1型的炮孔水袋自动注水风口设备加工而成, 水袋的加入制作只需用到2~3名工作人员, 1人负责进行水袋自动注水设备的启动关闭操作, 1~2人负责进行水袋的拿取操作。将水袋放置于铁框或是木箱之中, 注意水袋的袋口应向上, 竖直方向放置。倾斜角度为85℃。对水袋进行焊缝时, 需及时对其焊头处的温度进行调节。通常情况下的温度应为125℃左右。在水袋制作中应注意这么几点: (1) 相关塑料袋制作材料为聚乙烯, 厚度值为0.8mm, 直径则为35mm, 具体长度值为200mm, 通过相关加工单位加工制作而成, 运用封口机进行水袋的制作, 水袋制作中灌水、风口均采用自动化。 (2) 水袋中必须灌满水, 确保水袋风口密实, 避免出现漏水、渗水等问题。真正符合标准的水袋应能够做到坚实挺拔, 且能够方便顺利的放置于炮眼之中。 (3) 将封口设备的后门打开, 将其泵连杆端头处的螺母进行松开处理, 对蝶形螺母进行调节移位处理便可得到灌装所需容量。通常情况下是顺时针为逐渐减小, 逆时针则为逐渐增大。 (4) 在进行灌注封口操作时, 需将主命令开关拔上, 待机器运作次数达到两次时, 促使计量泵中充满水, 待内部空气完全排空之后, 再将开关作拔下处理。相关工作人员运用两手的拇指、食指将塑料袋固定于出料关口, 按下开关开启设备, 便可进行自动化的灌注及封口操作。

2.3 炮泥的制作

炮泥制作中所应用到的原料主要有:砂粘土、黄粘土, 在炮泥制作原料中应避免出现石子、杂物等。采用专业炮泥机进行炮泥制作, 制作中所需用到的人力数量为2~3人, 具体操作:一名工作人员将相关原料放置于制作机械中, 一至两名工作人员将制作好的物品取出。取出后的炮泥应放置于专属的炮泥箱或框中。炮泥制作示意图如图2所示。

在炮泥的制作中应着重注意的是这么几点:第一, 炮泥的主要原料应为黏土及细砂。在将原料与水进行混合搅动之前, 如存在石块等杂物, 则应及时将其取出。如存在大量的小石子则应进行筛检操作, 筛眼的大小应为5mm×5mm左右为宜。真正符合标准的炮泥其表面应较为光滑, 用手指进行触摸、轻捏时应能够留下痕迹。这样的炮泥才能在具有充分水量的同时又能在捣固中便于操作。

第二, 在炮泥的制作中, 应注意对相关比例进行有效控制。如果在制作中存在用砂过多的情况, 那么对于整个成品的成型将会产生极为不利的影响;而如果存在用砂过少的问题, 那么成品的比重将会较小。用水量也应科学控制, 过多或过少都会出现问题, 如粘合性较差或是过于柔软等, 极不利于后期的捣固。相关的土砂水比例应为0.75∶0.1∶0.15, 只有这样才能够保证制作出的成品具有较好的塑性及强度, 能够便于进行回填堵塞施工。

第三, 制作完成后的成品应避免充分暴露于阳光之下或是放置极长的一段时间, 避免其内部水分逐渐流失, 致使炮泥极硬。通常对于炮泥的制作应为使用前的2~3小时。

2.4 科学的装药操作

在进行装药施工时, 需运用人工木制炮棍。相关工作人员在炮孔中一一放入药卷, 运用炮棍进行捣实处理。从而达到有效缩短各药卷之间距离, 确保传爆效果的目的[2]。装药操作中应注意对捣实力道进行控制, 不宜过大, 避免用力过猛造成水袋完全破裂或是密度偏大等问题的出现, 致使炸药无法成功爆破。

装药的组成结构由底至口应为水袋—药卷—水袋—炮泥, (示意图如图3所示) 。确保各结构的连接紧密度。在装药之前, 应准确测量整个炮孔的具体深度, 依照其数据值进行药量及水袋、炮泥长度的准确计算。依照顺序将将所有物品放置于炮孔之中。注意在水袋的放置时, 应运用炮棍将水袋一一捅入炮眼中。在进行炮泥的回填时, 除却与水袋完全接触的炮泥之外, 其余炮泥应全部坚实捣固。

3 水压爆破技术在隧道掘进工程中的应用效果

3.1 技术效果

在对某个隧道掘进工程进行施工时, 分别采用常规型及水压爆破技术时相关指标值对比如表1所示。

3.2 经济效益

在此工程中, 水压爆破技术应用中节省人工费用约为119100元, 节省炸药费用约为89920元, 节省材料费约为137820元, 节省机械费用约为66256元, 节省电费约为61986元, 应用促使此工程施工工期得以有效缩短, 缩短时长为15d, 共计节省施工费用475082元。由此能够充分表明, 在此项先进环保技术的应用中, 技术、经济、社会效益均能够得到有效提升[3]。

4 结语

水压爆破技术在施工应用中能够有效提升增强施工质量与效率, 帮助企业获取到最大化的经济效益。与此同时, 在技术应用中对于周边环境的保护也极为全面优良, 能够实现经济与社会的双赢。

参考文献

[1]张卫国.水压爆破技术在隧道掘进施工中的应用[J].石家庄铁道大学学报, 2013, 26 (2) :46-100.

[2]于兆学.浅谈水压爆破在隧道掘进中的应用[J].中华民居, 2013, (6) :100-101.