一級市政-隧道工程機械化施工學(xué)習(xí)教案課件

會計學(xué)1一級市政——隧道工程機械化施工會計學(xué)1一級市政——隧道工程機械化施工

2、隧道的結(jié)構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)分主體建筑物和附屬建筑物。主體建筑物由洞身襯砌和洞門兩部分組成；附屬建筑物包括排水、通風(fēng)、供電、通信、信號、照明、監(jiān)控、防災(zāi)、報警等設(shè)施所需的建筑物以及避車洞和人行道等。修建隧道是為了在地下占據(jù)一定的空間，以保證車輛安全運行?？拥辣仨毞€(wěn)定或者用足夠強度的支護(hù)結(jié)構(gòu)來保證隧道的穩(wěn)定。在通常情況下，開挖后除堅硬、整體、耐風(fēng)化的圍巖能自身維持坑道的穩(wěn)定外，對大部分圍巖都需要修筑永久性支護(hù)坑道的結(jié)構(gòu)–襯砌。隧道襯砌的結(jié)構(gòu)有以下幾種類型：

(l）整體式襯砌（模注混凝土襯砌）。

(2）復(fù)合式襯砌，主要應(yīng)用于新奧法施工的隧道。

(3）錨噴襯砌這是一種采用錨噴支護(hù)作永久襯砌的結(jié)構(gòu)形式。

(4）拼裝式襯砌，目前在山嶺隧道中極少使用。

2第1頁/共91頁2、隧道的結(jié)構(gòu)2第1頁/共91頁3第2頁/共91頁3第2頁/共91頁

開挖隧道時，先開挖一段路塹，達(dá)到一定深度才開始挖坑道。路塹與坑道的交界叫洞口。保護(hù)洞口的建筑叫洞門。

洞門的結(jié)構(gòu)形式有：

(1）端墻式洞門適應(yīng)于巖體穩(wěn)定的4類及以上圍巖和地形開闊地區(qū)。

(2）翼墻式洞門適應(yīng)于巖體較穩(wěn)定的3類及3類以下的圍巖，以及需要開挖路塹的地方。

(3）柱式洞門適應(yīng)于地形較陡、圍巖穩(wěn)定性較差而設(shè)置翼墻洞門又受地形地質(zhì)條件限制的地方。

(4）環(huán)框式洞門適合于圍巖整體性好、堅硬不宜風(fēng)化的地區(qū)。

(5）遮光棚是式洞門適應(yīng)于洞口需要遮光的情況，其入口通常外伸很遠(yuǎn)。4第3頁/共91頁開挖隧道時，先開挖一段路塹，達(dá)到一定深度才開5第4頁/共91頁5第4頁/共91頁6第5頁/共91頁6第5頁/共91頁圍巖：是隧道開挖所影響的而且對隧道穩(wěn)定性有影響的那一部分巖（土）體。圍巖分類：是針對隧道開挖、支護(hù)、編制定額等的需要，而把與之相適應(yīng)的地質(zhì)條件進(jìn)行分級，來評價工程巖體的穩(wěn)定程度，是隧道工程設(shè)計施工的基礎(chǔ)條件之一。正確的圍巖分級是隧道工程首要的技術(shù)課題。隧道長度：指單洞進(jìn)出口洞門端墻面之間距，標(biāo)注為：xx米／左（右）洞。如隧道為雙洞時，則此隧道長度應(yīng)標(biāo)為L=L左＋L

右。隧道計量單位：一般稱“座”。隧道寬度：指單洞的建筑限界凈寬，如山嶺區(qū)高速公路隧道單洞雙車道寬度為7.5m。隧道建筑限界：包括行車道、兩側(cè)路緣帶、余寬、檢修道的總寬度。7第6頁/共91頁圍巖：是隧道開挖所影響的而且對隧道穩(wěn)定性有影響的那一部分巖（8第7頁/共91頁8第7頁/共91頁

隧道的施工過程可以分成兩大步驟。一是開挖，就是把坑道挖出來并把土石運出去；二是襯砌，就是把襯砌的材料運進(jìn)來并把襯砌修筑好，使需要的空間能夠保持下來。目前隧道及地下工程施工方法可歸類為4種，即明挖施工法、暗挖施工法、淺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層全部挖開，然后修筑襯砌，再進(jìn)行回填把隧道掩埋起來，如：修筑明洞、淺埋地鐵或地鐵車站等工程。其最大缺點是嚴(yán)重干擾交通，破壞環(huán)境；大面積拆遷已不可能或承受不起，目前應(yīng)用極少。

2、暗挖法全部工程作業(yè)都在地下進(jìn)行，主要施工方法有：鉆爆法（噴錨構(gòu)筑法）、盾構(gòu)法和掘進(jìn)機法、液壓沖擊錘開挖法。

3、沉埋管段法隧道穿越江河海峽時，采用沉埋管段建筑的施工方法。要求裝備大型水上吊裝設(shè)備和水下挖溝裝置。

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隧道的施工過程可以分成兩大步驟。一10第9頁/共91頁10第9頁/共91頁11第10頁/共91頁11第10頁/共91頁12第11頁/共91頁12第11頁/共91頁

4、淺埋暗挖法是一種在離地表很近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法和盾構(gòu)法不適應(yīng)的情況下，顯示了巨大的優(yōu)越性。淺埋暗挖法施工步驟：

1）先將鋼管打入地層，然后注入水泥或化學(xué)漿液，使地層加固。

2）地層加固后，進(jìn)行短進(jìn)尺開挖，一般每循環(huán)在0.5–1.0米，隨后即作初期支護(hù)。

3）施作防水層。

4）完成二次支護(hù)，一般情況下，可注入混凝土，特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設(shè)計。北京長安街下的地鐵修建工程采用的就是淺埋暗挖法。13第12頁/共91頁4、淺埋暗挖法13第12頁/共91頁14第13頁/共91頁14第13頁/共91頁

§6一2鉆爆法

鉆爆法（鉆眼爆破作業(yè)法、DBM、噴錨構(gòu)筑法）是在十九世紀(jì)六十年代隨著第一臺風(fēng)動鑿巖機的出現(xiàn)和黃色炸藥的發(fā)明而出現(xiàn)的施工方法，經(jīng)過100多年的發(fā)展，有了噴錨支護(hù)、控制爆破、新奧法、門架臺車、全液壓鑿巖臺車等技術(shù)和設(shè)備，向著全斷面、大斷面、機械化、高效、快速方向發(fā)展。目前，公路和鐵路隧道開挖主要還是用這種方法。鉆爆法施工一個開挖循環(huán)的程序是：測量放線～布孔～鉆孔～鉆孔合格檢查～裝藥聯(lián)網(wǎng)～孔網(wǎng)檢查合格～起爆～通風(fēng)排煙～松動圍巖或掉塊處理～出碴～掛網(wǎng)（視情況而定）～安裝鋼肋（視情況而定）～噴混凝土～安裝錨桿（視情況而定）。往復(fù)循環(huán)，不斷掘進(jìn)。每個循環(huán)的開挖進(jìn)尺取決于鉆孔深度。一般情況下，孔深為3.5m，進(jìn)尺可達(dá)到3.3m。15第14頁/共91頁§6一2鉆爆法15第14頁/共91頁16第15頁/共91頁16第15頁/共91頁

一、開挖方法開挖方法的選擇主要根據(jù)隧道斷面大小、圍巖的穩(wěn)定情況，采用全斷面一次開挖或分部開挖。全斷面開挖法主要作業(yè)過程是：開挖工作利用鑿巖臺車鉆出整個面的全部炮眼，一次爆破成洞；通風(fēng)排煙后用大型裝渣機出渣；出渣完畢后就開始下一鉆爆循環(huán)。分部開挖法：當(dāng)隧洞斷面較高時，常分臺階自上而下開挖。上部斷面的布孔（鉆水平孔）與全斷法相同相同，但下部臺階的開挖則采用梯段爆破法鉆垂直炮孔，用藥量少，爆破效果好。分部開挖以導(dǎo)洞先行，有利于盡快貫穿洞身，或與豎井連接，能簡化通風(fēng)系統(tǒng)；也可17第16頁/共91頁一、開挖方法17第16頁/共91頁

作為主洞的探洞，事先摸清地質(zhì)情況。此外，開挖大斷面平洞，尚有中心導(dǎo)洞輻射鉆孔法，在斷面中央用小型機械開挖中導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞中用履帶鉆或拖式車鉆向四周鉆輻射孔，以擴大開挖成洞。二、炮孔布置巖石隧道的鉆爆開挖，為提高爆破效率必須首先增加爆破自由面數(shù)目。因此，在斷而中部先爆破出一個缺口，然后再引爆其余炮孔。這一缺口的形成稱為掏槽。斷面上的鉆孔可分為掏槽孔和崩落孔，而崩落孔又可分為輔助孔和周邊孔。每一隧道斷面的炮孔數(shù)日和布置型式應(yīng)根據(jù)斷面大小、巖石性質(zhì)和循環(huán)進(jìn)尺等因素設(shè)計確定，并使鉆孔方便。根據(jù)掏槽型式，隧洞斷面的鉆孔布置可分為楔形掏槽和平行直孔掏槽兩種。楔形掏槽由數(shù)對對稱的相向傾斜的炮孔組成．對鉆孔質(zhì)量要求稍低。為使隧洞周邊整齊不超挖藥的空孔，周邊孔的間距、藥量應(yīng)按光面爆破要求設(shè)計。平行直孔掏槽的中間兩孔是不填藥的空孔。這種布置型式的優(yōu)點是易于實現(xiàn)鉆孔自動化，便于達(dá)到要求的循環(huán)進(jìn)尺，增大爆破深度。其缺點是增加了鉆孔數(shù)量，且對炮孔要求的質(zhì)量高。

18第17頁/共91頁作為主洞的探洞，事先摸清地質(zhì)情況。此外，開挖大19第18頁/共91頁19第18頁/共91頁20第19頁/共91頁20第19頁/共91頁

三、鉆孔機械常用的有：1、液壓鑿巖臺車；

2、門架臺車；

3、汽車式簡易鑿巖臺車21第20頁/共91頁三、鉆孔機械21第20頁/共91頁22第21頁/共91頁22第21頁/共91頁23第22頁/共91頁23第22頁/共91頁

四、新奧法（NATM)

即奧地利隧道工程建設(shè)新方法的簡稱。該法1948年提出后，世界各地普遍運用，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。

A、新奧法施工要點：

1、開挖作業(yè)多采用光面爆破和預(yù)裂爆破、大斷面開挖，減少擾動。

2、根據(jù)圍巖特征采用不同的支護(hù)類型和參數(shù)，及時施作密貼于圍巖的柔性混凝土和錨桿初期支護(hù)，以控制圍巖的變形和松弛。具體作法：第一次噴混凝土3-5cm厚，安錨桿，鋪鋼筋網(wǎng)，立鋼拱架，噴二次混凝土到設(shè)計厚度。

3、通過施工中對圍巖和支護(hù)的動態(tài)觀察測量，合理安排施工順序，進(jìn)行設(shè)計變更及日常的施工管理。光面爆破：也叫修邊爆破，是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術(shù)，是通過一系列措施對隧道周邊部位實行正確的鉆孔和爆破，并使周邊眼最后起爆的爆破方法。爆破后，設(shè)計輪廓線內(nèi)的巖石適度破碎，而圍巖穩(wěn)定性得以保持，適用范圍廣泛，在軟巖中級巖淺孔爆破中效益明顯。24第23頁/共91頁四、新奧法（NATM)24第23頁/共91頁25第24頁/共91頁25第24頁/共91頁

預(yù)裂爆破：是在開挖輪廓上鉆互相平行的比較密集的炮眼，裝藥后使之比其他爆破眼先起爆，使爆破后各爆眼間形成相互貫通的裂隙，與原巖體分割開來，然后再起爆其他炮眼。因輪廓線上裂縫已形成，當(dāng)其他炮眼起爆時，不會引起原巖體的破壞，而形成光滑的平整壁面。預(yù)裂爆破可起較大的隔振作用，一般適用于硬巖深孔爆破。在軟弱圍巖中也可得到較好的爆破效果。隧道圍巖變形量測：在隧道開挖過程中，對圍巖一支護(hù)系統(tǒng)的變形過程所作的量測，叫作隧道圍巖變形量測。它是新奧法現(xiàn)場量測的首要內(nèi)容。

噴錨支護(hù)是隧洞施工的重要環(huán)節(jié)，以確保施工安全和施工進(jìn)度，也是“新奧法”的一項主要手段。所謂噴是指用噴射方法將混凝土噴到圍巖表面及裂縫中，使其快速凝固后起到支護(hù)作用。所謂錨是指在隧洞圍巖上鉆孔安設(shè)桿件，使它錨固在巖體內(nèi)以加固圍巖。26第25頁/共91頁預(yù)裂爆破：是在開挖輪廓上鉆互相平行的比較密27第26頁/共91頁27第26頁/共91頁28第27頁/共91頁28第27頁/共91頁

B、錨桿施工

錨固在巖體內(nèi)的桿件稱為錨桿。常用的金屬錨桿有楔縫式、脹殼式、爆固式、開縫式和水泥砂漿或樹脂式等多種。在隧洞綜合機械化施工中，鉆鑿錨桿孔的鉆機可以利用鉆車的支臂鉆機朝洞壁鉆徑向孔，而更多的是利用架設(shè)在鉆車平臺上的專門鉆錨桿孔的支臂鉆機。也有用專門設(shè)計的錨桿臺車鉆孔和安插錨桿的。29第28頁/共91頁B、錨桿施工

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C、噴混凝土

噴混凝土施工是將砂、石、水泥和速凝劑等材料用高速氣流輸送和噴射到隧洞圍巖表面和裂縫中，使其快速凝固起到支護(hù)作用。除采用壓縮空氣作為噴射動力外，也有利用機械拋射原理的噴射機。噴射混凝上所用材料中，一般采用500號以上的普通硅酸鹽水泥。平均粒徑為0.35一0.5mm的粗砂，粒徑不大于20（碎石）mm與25（卵石）mm的粗骨料·以及摻量為水泥用量的2％一8％的速凝劑，按照一定的配比摻合應(yīng)用。為了提高噴混凝土的強度，一種在混凝土中摻入1％一2％鋼絲的鋼纖維噴混凝土方法逐漸得到推廣應(yīng)用。一般使用直徑0.4mm、長度不短于12.5mm的短鋼絲，它由專用的鋼纖維機制作，而且一還制成螺旋狀或其他鉤狀。噴混凝土施工工藝可分為干式和濕式兩種。干式噴射是將粗、細(xì)骨料和水泥干拌后，經(jīng)噴射機由壓縮空氣輸送到噴嘴處再加水噴射，如需加入速凝劑應(yīng)在噴射前加入。濕式噴射是將水、水泥、粗細(xì)骨料一次拌和好，用噴射機輸送到噴嘴加入速凝劑后噴射。30第29頁/共91頁C、噴混凝土

噴混凝土施工是將砂、石、

干式噴射的主要優(yōu)點是：輸送距離長，設(shè)備簡單，耐用。但施工粉塵較大，回彈率達(dá)15-50%。干噴作業(yè)產(chǎn)生的粉塵危害健康。濕式噴射的優(yōu)點是：1）粉塵??；2）生產(chǎn)率高，10m3/h。3）回彈率低，10%以下。4）質(zhì)量高。但設(shè)備較復(fù)雜，操作及維修不及干噴機方便，需用的液體速凝劑售價高，尚不能實現(xiàn)國產(chǎn)。國際上發(fā)達(dá)國家推行濕式噴射，我國主要采用干式噴射。31第30頁/共91頁干式噴射的主要優(yōu)點是：輸送距離長，

五、機械化出碴根據(jù)隧道斷面的大小不同，出碴方式分為有軌（軌道式）和無軌式兩種。

類別

鉆孔臺車

裝巖設(shè)備

運輸設(shè)備有軌運輸軌道式鉆車（門架臺車）1、立爪式裝載機2、反鏟挖裝機

1、礦車2、梭車無軌運輸1、液壓鑿巖臺車；

2、汽車式簡易鑿巖臺車1、輪式裝載機2、履帶式裝載機3、短臂挖掘機1、后卸、整體（鉸接）車架自卸車2、單軸牽引運輸車32第31頁/共91頁五、機械化出碴類別鉆孔臺車裝巖德國SchaeffITC312H型挖裝機33第32頁/共91頁德國SchaeffITC312H型挖裝機33第32頁/

1、有軌運輸形式有軌運輸適用于單線鐵路長隧道出碴運輸，運輸設(shè)備的選定應(yīng)結(jié)合隧道端面、圍巖等級，施工工期、鉆孔設(shè)備能力等因素確定。有軌運輸大多采用電瓶車或內(nèi)燃機車牽引，采用礦車或梭式礦車運石渣，是一種適應(yīng)性較強也較為經(jīng)濟的運輸方式。有軌運輸采用四軌三線制，即在隧道內(nèi)輔設(shè)四根鋼軌形成兩條運輸線（輕車線、重車線）的同時，使兩線的相鄰兩條鋼軌滿足構(gòu)成第三運輸線（中線）的條件，其核心是使用一組特制的雙開對稱道岔。門架式臺車行走在外側(cè)兩根鋼軌上，出碴時運輸車輛穿過門架式臺車在中線（第三線）位置裝碴，并經(jīng)特制對稱道岔分別輕、重車線進(jìn)出。三線均采用900mm軌距模式，門架式臺車的軌距為2840mm，均為43kg/m鋼軌。34第33頁/共91頁1、有軌運輸形式34第33頁/共91頁配合進(jìn)行裝渣作業(yè)挖裝機與梭式礦車配合進(jìn)行裝渣作業(yè)35第34頁/共91頁配合進(jìn)行裝渣作業(yè)挖裝機與梭式礦車配合進(jìn)行裝渣作業(yè)35第34頁

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36第35頁/共91頁37第36頁/共91頁37第36頁/共91頁

2、無軌運輸方式無軌運輸主要指采用輪胎式運輸車輛運輸出碴。無軌運輸多數(shù)采用輪胎式裝載機或履帶式裝載機向車輛裝渣。在隧洞施工工作面窄、高度有限、地面巖石尖銳和泥水橫流的惡劣條件下，選用的輪胎式裝載機應(yīng)配有耐磨防滑的鏈條輪胎和廢氣凈化裝置，鏟斗除前卸外尚能側(cè)卸。只有在工作面寬度大于12m時，才可使用前卸鏟斗向車廂裝載。履帶式裝載機一般也是鏟斗前卸式的。如果兩履帶能分別驅(qū)動，可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向時，其操縱靈活性并不亞于鉸接轉(zhuǎn)向的輪胎式裝載機，使用起來仍很方便，況且在不平的巖面上工作，履帶底盤的穩(wěn)定性和耐磨性也比輪胎式的優(yōu)越在大斷面地下洞室施工中，尚可采用短臂正鏟挖掘機向車輛裝渣，但生產(chǎn)率較低。此外，履帶式的和輪胎式的蟹立爪裝巖機亦可用來向輪胎車輛裝渣，包括自卸汽車和輪胎式梭車等。在隧洞施工中，從避炮和轉(zhuǎn)移工作面的要求考慮時，輪胎式裝渣機械要比履帶式的機動。38第37頁/共91頁2、無軌運輸方式38第37頁/共91頁

適于隧洞運輸出渣的車輛包括短軸距、后卸或側(cè)卸的重型自卸汽車、后卸的鉸接轉(zhuǎn)向的自卸汽車、還有單軸牽引車拖帶的后卸式半拖車等。這些車輛中應(yīng)選用低污染或帶有廢氣凈化裝置的。地下工程使用的裝載機斗容一般為1.5-5m3

，與之配套汽車的載重量為10-32t，以維持其斗容關(guān)系為1:3一1:5。選用單向行駛自卸汽車時，需在洞中設(shè)置調(diào)向轉(zhuǎn)盤，因此，最好選用能雙向行駛的自卸汽車。雙向行駛的汽車備有兩套轉(zhuǎn)向裝置．欲倒向行駛只需將坐倚轉(zhuǎn)180即可，使駕駛員駕車進(jìn)出隧洞都可面朝前方，無需在洞內(nèi)調(diào)車。選用短軸距的和鉸接轉(zhuǎn)向的自卸汽車是因其轉(zhuǎn)彎半徑小。選用后卸式半拖車出渣是比較理想的，因為車廂堅實耐沖擊，且排出大塊巖渣比底卸的車輛順暢。鉸接轉(zhuǎn)向的車身轉(zhuǎn)彎容易，而且兩軸軸距還可采用弓起車廂方法縮短，從而進(jìn)一步減小轉(zhuǎn)彎半徑，．出入隧洞更為方便。在采用無軌運輸?shù)拈L隧洞施工中，如棄渣地點很遠(yuǎn)，則車輛運輸循環(huán)時間就很長。為加速處理工作面上的堆渣，也可將巖渣光堆放洞內(nèi)某處·再作第二次搬運。39第38頁/共91頁適于隧洞運輸出渣的車輛包括短軸距40第39頁/共91頁40第39頁/共91頁

3、出渣運輸方式的選擇主要根據(jù)開挖斷面大小、隧洞長度和隧洞襯砌方法進(jìn)行選擇。有軌運輸?shù)膬?yōu)點是：適于各種斷面的開挖；對通風(fēng)的要求比無軌運輸?shù)偷枚?，更適于長隧洞施工；采用門架式軌道鉆車，既允許出渣列車穿過其下，而且鉆車本身的多層平臺能為裝藥、打設(shè)錨桿、噴混凝土、安裝鋼絲網(wǎng)、鋼筋和通風(fēng)管等工作提供方便；全部采用軌道式設(shè)備時，對選擇襯砌程序比較方便；而且還有多種軌道式混凝土襯砌設(shè)備可供選用。有軌運輸?shù)娜秉c是：設(shè)備調(diào)動和轉(zhuǎn)移不便，常固定在一個工作面上使用；出洞卸渣僅限于洞口附近，不及自卸汽車遠(yuǎn)送方便；設(shè)備在完工后轉(zhuǎn)讓價值有限。

無軌運輸?shù)膬?yōu)點是：輪胎式設(shè)備具有良好的機動性，一套設(shè)備能為兩三個工作面服務(wù)；出渣地點運距不受限制，能送到道路所及的渣場而無需中轉(zhuǎn)；設(shè)備的通用性好，能用于其他工程。41第40頁/共91頁3、出渣運輸方式的選擇主要根據(jù)開挖斷面大小、隧洞

無軌運輸?shù)娜秉c是：設(shè)備用量和尺寸一般均較大，工作寬度也大，要求有較大的通過空間和較寬的路基，為此因設(shè)置避車和停放洞室所引起的附加工程量也是較大的；設(shè)備中柴油機車輛數(shù)量增多，要求的通風(fēng)量增加，通風(fēng)管道和動力費用加大；對設(shè)備的維修管理比軌道式的要求高；給以后隧洞襯砌工作帶來一些困難和問題。

六、風(fēng)水電供應(yīng)

1、施工通風(fēng)分為自然通風(fēng)和機械通風(fēng)。自然通風(fēng)是依靠洞內(nèi)外溫差是空氣對流而起通風(fēng)作用。長度在200m以內(nèi)的短隧道或長隧道在洞門以內(nèi)不足100m的地段可采用。機械通風(fēng)常用的有風(fēng)管式和巷道式。

a、風(fēng)管式：采用通風(fēng)機和與之相連的風(fēng)管。根據(jù)通風(fēng)機的工作方式可分為壓入式、吸出式和混合式。對于隧道施工，要求通風(fēng)機風(fēng)量大，尺寸小，重量輕，調(diào)整方便，便于裝卸和運輸?shù)?，因此多采用軸流式風(fēng)機。42第41頁/共91頁

無軌運輸?shù)娜秉c是：設(shè)備用量和尺寸一般均較大43第42頁/共91頁43第42頁/共91頁

b、巷道式通風(fēng)利用巷道作為循環(huán)風(fēng)流通道的一種通風(fēng)方式。整個通風(fēng)系統(tǒng)是由一個主風(fēng)流循環(huán)系統(tǒng)和一個或一個以上的局部風(fēng)流循環(huán)系統(tǒng)組成。44第43頁/共91頁b、巷道式通風(fēng)44第43頁/共91頁

２、壓縮空氣供應(yīng)在隧道施工中，以壓縮空氣為動力的風(fēng)動機具主要有：風(fēng)鉆臺車、噴射混凝土機具、鍛釬機、壓漿機等。要保證這些風(fēng)動機具的正常工作，需有足夠的壓縮空氣供應(yīng)，即要有足夠的風(fēng)量和風(fēng)壓供應(yīng)給各個風(fēng)動機具，同時還應(yīng)盡量減少壓縮空氣在管路輸送過程中的風(fēng)壓和風(fēng)量損失，以達(dá)到即能保證風(fēng)動機具進(jìn)行正常工作，又能達(dá)到降低消耗、節(jié)約能源、降低成本及保證施工質(zhì)量的目的。空壓機站供風(fēng)能力計算壓縮空氣由空氣壓縮機生產(chǎn)供應(yīng)?？諝鈮嚎s機有內(nèi)燃及電動等類型，空壓機通常集中安設(shè)在洞口附近，稱為空壓機站?？諌簷C站的供風(fēng)能力Q值，取決于由儲氣筒到風(fēng)動機具設(shè)備沿途的損失、各風(fēng)動機具的耗風(fēng)量、以及風(fēng)動機具的同時工作系數(shù)和備用系數(shù)，即：空壓機站的生產(chǎn)能力（或供風(fēng)能力）Q可用式計算：

45第44頁/共91頁２、壓縮空氣供應(yīng)45第44頁/共91頁

Q=（1+K備）（∑qK+q漏）km

式中：K——同時工作系數(shù)

K備——空壓機的備用系數(shù)，一般采用75﹪～90﹪

∑q——風(fēng)動機具所需風(fēng)量，m3/min,

q漏——管路及附件的漏耗損失，其值為：

q漏=d×∑L,m3/min;

d—每公里漏風(fēng)量，平均為

1.5m3/min～2.0m3/min，L——管路總長（㏎）。

km——空壓機所處海拔高度對空壓機生產(chǎn)能力的影響系數(shù)壓風(fēng)管道的選擇，應(yīng)不小于0.5Mpa的要求，空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣的壓力一般為0.7～0.8Mpa左右。為保證風(fēng)動機具的風(fēng)壓，要求鋼風(fēng)管終端的風(fēng)壓不得小于0.6Mpa，這樣通過膠皮管輸送至風(fēng)動機具的工作風(fēng)壓才不小于0.5Mpa。46第45頁/共91頁Q=（1+K備）（∑qK+q漏）km

３、隧道施工供水隧道施工期間的生產(chǎn)用水和生活用水主要用途包括：鑿巖機用水、噴霧灑水防塵用水、襯砌施工用水、混凝土養(yǎng)護(hù)施工用水、壓機冷卻用水、浴池用水、施工人員的生活用水等，因此需要設(shè)置相應(yīng)的供水設(shè)施和排水溝。隧道施工供水基本要求：水質(zhì)要求、用水量大小、水壓及供水設(shè)施等應(yīng)能滿足工程和生活用水的要求。４、隧道施工供電隧道施工供電，包括生產(chǎn)用電及生活用電等。隨著隧道施工機械化程度的提高，相應(yīng)機械化施工耗電量越來越大，為了保證施工質(zhì)量和施工安全，對隧道施工供電的可靠性要求也越來越高，因此隧道施工供電顯得非常重要。隧道供電首先要確定總用電量，以便選用合適的發(fā)電機、變壓器、各類配電開關(guān)設(shè)備和線路導(dǎo)線，以做到安全、可靠地供電、節(jié)約用電、減少投資等。一般施工現(xiàn)場總用電量，常采用估算式進(jìn)行計算確定。47第46頁/共91頁３、隧道施工供水47第46頁/共91頁

供電線路電壓等級隧道施工供電電壓，一般采用三相四線400/230（V）。長大隧道施工，可用6kv～10kv，動力機械的電壓標(biāo)準(zhǔn)是380v；成洞地段的照明可采用220v。工作地段照明和手持電動工具，應(yīng)按規(guī)定選用安全電壓供電。隧道施工作業(yè)地段照明，必須使用安全變壓器配電，其容量：輸入電壓為220V，輸出電壓宜用36V，32V，24V，12VL四個等級，便于根據(jù)作業(yè)工作面安全要求選用照明電壓（成洞段和不作業(yè)地段可用220V，瓦斯地段不得超過110V，一般作業(yè)地段不宜大于36V，手提作業(yè)燈為12~24V）；

隧道施工中的“三管兩線”：高壓風(fēng)管、低壓風(fēng)管、高壓水管、電線（高壓、低壓）、運輸線。48第47頁/共91頁供電線路電壓等級48第47頁/共91頁49第48頁/共91頁49第48頁/共91頁

七、輔助坑道利用輔助坑道增辟新的工作面開解決工期問題。輔助坑道按其與隧道位置的相互關(guān)系和運輸方式的特點，可分為橫洞、平行導(dǎo)坑、斜井和豎井四種類型。

1、橫洞在隧道的傍側(cè)、與正洞基本上處于同一水平面并與正洞相連的一種輔助坑道。根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w條件，橫洞可以修成與正洞正交或斜交（交角不小于40°）。50第49頁/共91頁七、輔助坑道。50第49頁/共91頁

對傍山沿河或側(cè)面覆蓋層較薄的隧道，設(shè)置橫洞來增加新的工作面或作為運輸通道是很有利的。有時，遇到在隧道洞口處橋隧相連，或洞口的地質(zhì)條件不好、地形不利或路塹開挖量很大，一時不能進(jìn)洞時，也可用開辟橫洞的辦法搶先進(jìn)洞，使正洞施工和洞口路塹工程同時進(jìn)行，互不干擾。

橫洞的運輸采用單道還是雙道，一般按正洞的來定，其斷面尺寸一般也與導(dǎo)坑的單、雙道斷面尺寸相同。橫洞的縱坡，一端與正洞相接，向外有不小于3°的下坡，以利于排水和運輸。除了長隧道的橫洞以外，橫洞的長度一般不超過100米。

橫洞的開挖和支撐，與一般隧道導(dǎo)坑相同。不作為永久通風(fēng)或排水用的橫洞，一般不襯砌，隧道完工后，在其兩端用漿砌片石封閉掉。51第50頁/共91頁對傍山沿河或側(cè)面覆蓋層較薄的隧道，

2．平行導(dǎo)坑（平導(dǎo)）在隧道一側(cè)（或兩側(cè)）相隔一定距離與正洞相平行的一種輔助坑道。有時由于地形限制，其洞口端與正洞不能保持平行。在平行導(dǎo)坑與正·洞之間用橫通道相連。52第51頁/共91頁2．平行導(dǎo)坑（平導(dǎo)）52第51頁/共91頁

越嶺的長隧道，由于受地形條件時，可以采用平行導(dǎo)坑來增辟工作面動力設(shè)備和運輸?shù)缆返认拗疲y于采用其他輔助坑道時，可以采用平行導(dǎo)坑來增辟工作面，其方法是使平行導(dǎo)坑超前于正洞，在適當(dāng)?shù)攸c開挖橫通道進(jìn)入正洞，開辟新的工作面。平行導(dǎo)坑還可以起到以下幾種作用：

(1）平行導(dǎo)坑超前于正洞，可以起到地質(zhì)勘探的作用，為正洞施工進(jìn)一步提供更為詳盡的地質(zhì)資料；提前打通了平行導(dǎo)坑，有利于控制正洞的貫通誤差；

(2）平行導(dǎo)坑可以作為排水、通風(fēng)和運輸?shù)耐ǖ溃欣诮鉀Q正洞的排水、通風(fēng)和運輸干擾；

(3）作為施工人員的安全通路；

(4）作為分期修建雙線隧道的導(dǎo)坑。

53第52頁/共91頁越嶺的長隧道，由于受地形條件時，

實踐證明，長隧道設(shè)置平行導(dǎo)坑后，可以使正洞的施工效率提高50-60%，但由于要多開挖一個導(dǎo)坑，隧道的造價會增加20-30%，因此一般認(rèn)為，只有長度在3000米以上，且不宜采用其他輔助坑道的隧道，或者有時每隔3、4個橫通道設(shè)置一個反向橫通道。

平行導(dǎo)坑一般采用單車道斷面，每隔適當(dāng)距離（300米左右）設(shè)一會車道。54第53頁/共91頁實踐證明，長隧道設(shè)置平行導(dǎo)坑后，可

3、斜井相當(dāng)于一個有明顯坡度的橫洞，長度大于2000米、埋置不深的或深埋而地表旁側(cè)適宜位置有低洼地形，且地質(zhì)條件較好的隧道，可以采用斜井作為輔助坑道。55第54頁/共91頁3、斜井相當(dāng)于一個有明顯坡度的橫洞，長度大于2000

斜井的平面位置，可以與正洞斜交或正交，斜交時與隧道中線的水平交角（β）不小于40度。井底與隧道的接頭處，有時需要用一段平道連接，平道的長度一般為15-25米。斜井的斷面尺寸取決于運輸軌道數(shù)、斗車尺寸、設(shè)備布置、人行道寬度（不小于0.7米）等，斜井的高度（h）通常為2.6米，其寬度（b）有雙軌單道2.6米、三軌雙道3·4米。56第55頁/共91頁斜井的平面位置，可以與正洞斜交或正

4、豎井是在隧道的旁側(cè)或洞頂開挖的一種豎直井筒。埋置較深的長大隧道，如果沒有設(shè)置橫洞或斜井的條件時，可在洞頂覆蓋較薄、地質(zhì)條件較好的適當(dāng)位置，采用豎井作為輔助坑道。57第56頁/共91頁4、豎井是在隧道的旁側(cè)或洞頂開挖的一種豎直井筒。埋置

隧道豎井的深度一般不超過150米。當(dāng)?shù)匦蔚刭|(zhì)條件許可時，可結(jié)合運輸和通風(fēng)的需要，盡量采用簡易豎井，簡易豎井的深度一般不超過40米。如果沒有技術(shù)上的依據(jù)，豎井的位置宜設(shè)在隧道的一側(cè)，其中線與隧道中線的距離為15-20米。

豎井的結(jié)構(gòu)主要包括：鎖口圈、井壁、壁座、聯(lián)接段和井下集水坑等部分。豎井通常采用圓形斷面，圓形斷面受力條件較好，開挖及支撐較簡單，通風(fēng)阻力也較在穩(wěn)定的、壓力不大的圍巖里，可以采用矩形斷面。矩形斷面有利于施工設(shè)備的布置，施工也比較方便，不過支撐和襯砌的受力條件較差。

58第57頁/共91頁隧道豎井的深度一般不超過150

輔助坑道的設(shè)置原則:1、先斜井，后平導(dǎo)、橫洞，最后再考慮豎井；

2、減少輔助坑道的數(shù)量，增大設(shè)備的投入是今后隧道的發(fā)展方向。59第58頁/共91頁輔助坑道的設(shè)置原則:59第58頁/共91頁60第59頁/共91頁60第59頁/共91頁

工程實例：西合線東秦嶺隧道（12.268km)：單洞雙線，鐵一、十八局施工。施工斷面91-101m2。采用貫通式平導(dǎo)(4.8x6.15+4x4.5m；平均28m2)實際貫通工期：2000.3.11-2002.7.28

主要施工設(shè)備：造價：開挖170元/m3；襯砌800元/m3。正洞3.2-3.3萬元/米鉆眼：瑞典ATLAS353E三臂鑿巖臺車(3x45KW)800萬元/臺挪威AMV三臂鑿巖臺車（3x55KW）1038萬元/臺裝碴：BROYT（博依特）EP600T履帶式鏟裝機3.4m3590萬元/臺小松常林WA470-3裝載機(3m3,214KW)176萬元/臺德國ITC312H4挖裝機(電動75KW，柴油63KW）580萬元/臺運碴：青島STARE20T自卸車40.2萬元/臺(7臺)

瑞典VOLVOA25C25T鉸接自卸車191.6萬元/臺(8臺)61第60頁/共91頁工程實例：61第60頁/共91頁

§6一3TBM法全斷面巖石掘進(jìn)機，簡稱TBM(TunnelBoringMachine）是二十世紀(jì)五十年代在美國發(fā)展起來的地下工程施工機械，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種具有高科技水平的隧道（洞）施工機械。它由主機和后配套兩部分組成：主機主要有刀盤、驅(qū)動系統(tǒng)、支撐推進(jìn)系統(tǒng)、皮帶輸送機等，用于破碎巖石、集碴轉(zhuǎn)載；后配套主要有管片安裝機械手、豆粒石灌注機、運碴機車與車廂、翻碴機、弓型管片運輸車等，用于出碴和支護(hù)。

62第61頁/共91頁§6一3TBM法62第61頁/共91頁63第62頁/共91頁63第62頁/共91頁64第63頁/共91頁64第63頁/共91頁65第64頁/共91頁65第64頁/共91頁

1、TBM法施工的掘進(jìn)過程是：支撐系統(tǒng)把主機架牢固地鎖定在已開挖的隧道洞壁上，推進(jìn)油缸以支撐系統(tǒng)為支點，把推力施加給主機架和刀盤，而刀盤上裝有滾刀并由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，在強大的推力和扭矩的作用下，滾刀剪切擠碎巖石而一次性形成圓型斷面。崩落在隧底的巖碴被隨刀盤旋轉(zhuǎn)的均布在刀盤上的鏟斗、刮板收集在皮帶機上，通過皮帶機運送到運碴車卸碴，然后運到洞外出碴。

66第65頁/共91頁1、TBM法施工的掘進(jìn)過程是：支撐系統(tǒng)

2、TBM法施工的一個掘進(jìn)循環(huán)是：超前地質(zhì)預(yù)報～實施超前加固（視情況而定）～掘進(jìn)、卸碴出碴（包括底部清碴）、初期支護(hù)、仰拱塊鋪設(shè)、軌道延伸～換步、調(diào)向～進(jìn)入下一個掘進(jìn)循環(huán)。推進(jìn)油缸推進(jìn)一個行程，掘進(jìn)機就掘進(jìn)一個循環(huán)。如TB880E的每一個循環(huán)行程是1.8m。

TBM是超大型的綜合系統(tǒng)，設(shè)備的特點決定了TBM施工與鉆爆法施工不同：

(l）超大型綜合設(shè)備

(2）隧道工廠化施工，要求較安全的運輸通道和組裝場地及配套設(shè)備；

(3）施工速度快，l-3.5m/h，要求材料、配件的供給儲存必須滿足需要；

(4）設(shè)備復(fù)雜，要求配套設(shè)施齊全，且布局合理；對地質(zhì)較敏感，靈活性小，對前期配套工程的依賴性強；

(5）施工環(huán)節(jié)多，相互協(xié)調(diào)要求高；

(6）用水量、用電量、刀具消耗量大。67第66頁/共91頁2、TBM法施工的一個掘進(jìn)循環(huán)是：超前

3、TBM前期配套工程由于TBM的施工特點，決定了前期工程必須滿足施工需要，否則將影響施工效率和工程效益。一般來說，前期工程應(yīng)有：

(l）運輸通道；在新線工程設(shè)計時，考慮TBM施工的先決條件，必須能夠順利將TBM運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，而且運輸路程較短（指工程便道）、造價低。

(2）組裝場地、臨時存放場地、預(yù)備洞室、起步洞室；起步洞室的長短、大小取決于TBM的刀盤直徑及刀盤前面到TBM前外凱的距離。大于該距離也能滿足施工要求，但易造成施工浪費。

(3）仰拱塊預(yù)制工廠、混凝土拌合站、仰拱塊存放場地；

(4）刀具、機車、材料車、碴車維修存放、倉儲場地；

(5）運輸軌線及翻車機安裝工程；

(6）供電、供水設(shè)施場地；

(7）機械加工、維修場地；

(8）材料、配件倉儲場地；

(9）員工生活區(qū)工程。68第67頁/共91頁3、TBM前期配套工程68第67頁/共91頁

4、TBM法的優(yōu)缺點優(yōu)點：

1）快速：掘進(jìn)機可以實現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)，能同時完成破巖、出碴、支護(hù)（襯砌）等作業(yè)，流水線作業(yè)一次成洞，速度快，效率高。在引大入秦38號隧洞（Ф5.53m）施工中，平均月成洞1100m，最高月成洞1400m，最高日成洞75.2m。TBM掘進(jìn)速度是鉆爆法的5-20倍。

2）優(yōu)質(zhì)：TBM開挖是機械破巖，避免了隧洞圍巖因爆破而受到破壞，開挖洞壁完整光滑。

3）經(jīng)濟：TBM施工長隧洞減少了鉆爆法長洞短挖所需的支洞及臨建設(shè)施的投資。TBM超挖量小，可節(jié)省支護(hù)襯砌量33-67%。在人員數(shù)量上，一般比鉆爆法少30-40%。

4）安全。對圍巖擾動小，圍巖出露后能及時進(jìn)行初期支護(hù)，使圍巖失穩(wěn)和發(fā)生塌方的幾率減少到最小。

5）施工環(huán)境好。開挖灰塵量大大降低，本身配有強大的除塵、降溫、通風(fēng)和空氣監(jiān)控系統(tǒng)，使施工環(huán)境大大改善；又因機械化程度高，是工人的勞動強度不高。

69第68頁/共91頁4、TBM法的優(yōu)缺點69第68頁/共91頁

缺點：

1）一次性投資大，重量大，運輸安裝費時費力。秦嶺隧道引進(jìn)的TB880E型掘進(jìn)機（Ф8.80m)，光主機就是3500萬美元/臺，950噸重。組裝、調(diào)試至少要三個月時間。

2）能源消耗大，比鉆爆法多30％以上。

3）對圍巖地質(zhì)條件要求比較高，對地質(zhì)條件變化的適應(yīng)性差。而深埋長大隧道必然要穿過不同地質(zhì)巖層，這就使TBM的使用受到限制。TBM對中硬巖或軟巖最適宜，對硬巖可以使用，但由于刀具磨損太快，工效要受到影響。對于斷層破碎帶嚴(yán)重的地層，巖溶發(fā)育地區(qū)、地下水豐沛地段，不宜使用TBM。作好地質(zhì)條件超前預(yù)報，對于TBM施工是十分重要的。

4）由于結(jié)構(gòu)特點所決定，開挖成形的隧道截面只能是圓形，所以犯M適用于設(shè)計為圓截面的隧洞。

5）開挖直徑可調(diào)范圍不大，只能按工程設(shè)計專門定作TBM。這就造成了使用的專用性和制造時的單臺或小批量生產(chǎn)。使制造成本和售價居高不下。在施工結(jié)束后，專門制造的TBM的后續(xù)使用就可能成為問題。有可能閑置不用，造成浪費。

70第69頁/共91頁缺點：70第69頁/共91頁71第70頁/共91頁71第70頁/共91頁

§6一4盾構(gòu)法（shield）一、概述盾構(gòu)是一種集開挖、支護(hù)和襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機械，是用鋼板作成圓筒形的結(jié)構(gòu)物，在開挖隧道時，作為臨時支護(hù)，并在筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝開挖、運渣、拼裝隧道襯砌的機械手及動力站等裝置，以便能安全地作業(yè)。它主要用于軟弱、復(fù)雜等地層的鐵路隧道、公路隧道、城市地下鐵道、上下水道等的隧道施工。使用盾構(gòu)機械來建筑隧道的方法稱為盾構(gòu)施工法。施工程序是：建造豎井或基坑，將盾構(gòu)掘進(jìn)機吊入井內(nèi)并安裝就位；在盾構(gòu)前部盾殼下挖土（機械挖土或人工挖土），一面挖土，一面用千斤頂向前頂進(jìn)盾體，頂至一定長度后（一般為一片襯砌圈的寬度），再在盾尾拼裝預(yù)制好的襯砌塊，并以此作為下次頂進(jìn)的基礎(chǔ)，繼續(xù)挖土頂進(jìn)。在挖土的同時，將土屑運出盾構(gòu)，如此不斷循環(huán)直至修完隧道為止。

72第71頁/共91頁§6一4盾構(gòu)法（shield）72第71頁/共91

盾構(gòu)法于1825年在英國倫敦泰晤士河下首次使用，經(jīng)過170多年的技術(shù)開發(fā)，已能適應(yīng)在各種復(fù)雜地層條件和施工環(huán)境中使用。

由于城市的發(fā)展，地下鐵道及其他城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)急劇增加，以及城市環(huán)境保護(hù)和城市人口過度密集等條件的制約，明挖法所遇到的限制越來越多。隨著土壓式盾構(gòu)、泥水加壓式盾構(gòu)的出現(xiàn)，對于不良地質(zhì)地段和防止地面下沉的措施日益完善，盾構(gòu)法已從特殊施工方法成為一般施工方法，并將逐步取代明挖法。

盾構(gòu)法是現(xiàn)階段世界上修建隧道最先進(jìn)的施工方法之一。當(dāng)前已完工或正在施工的三大海底隧道工程：英法海峽隧道、丹麥海峽隧道、東京灣海底隧道。73第72頁/共91頁盾構(gòu)法于1825年在英國倫敦泰74第73頁/共91頁74第73頁/共91頁

我國從90年代以來，已成功地研制了直徑3.8～6.34m的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機10余臺，用于地鐵隧道、引排水隧道、電纜隧道工程，技術(shù)水平已接近國際先進(jìn)，在隧道導(dǎo)向技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)方面的研究也達(dá)到了國際先進(jìn)。但由于我國液壓泵和閥件的加工制造水平與國外相比尚存在一定差距，在一些盾構(gòu)掘進(jìn)機中適量采用了國外的零部件。在直徑1.2～3m的頂管掘進(jìn)機方面，我國已經(jīng)先后研制了先進(jìn)的反鏟頂管機、土壓平衡頂管機和泥水加壓頂管機，國內(nèi)已完全有能力制造國產(chǎn)機械，替代進(jìn)口設(shè)備。最近，上海已研制了國內(nèi)第一臺3.8m×3.8m組合刀盤土壓平衡式矩形頂管機，完成了2條62m長的地下人行通道，使我國在異形盾構(gòu)的開發(fā)研究方面擠入世界先進(jìn)行列。在微型隧道掘進(jìn)機方面，我國也已研制了直徑600～800mm的中心螺桿出土頂管機、夯管頂管機和水平定向鉆機等設(shè)備。75第74頁/共91頁我國從90年代以來，已成功地研制了

二、盾構(gòu)的分類和特點

1、盾構(gòu)的分類按盾構(gòu)斷面形狀的不同，可將盾構(gòu)分為圓形、拱形、矩形和馬蹄形4種；

按開挖方式的不同，可分為手工挖掘式、半機械挖掘式、機械化挖掘式3種；

按盾構(gòu)前部構(gòu)造的不同，可分為全部開口形、部分開口形、密閉形3種。

按平衡地層土壓方式可分為：氣壓式、局部氣壓式、水壓式、泥水加壓式和土壓平衡式等。

2．機械化盾構(gòu)的特點

l）機械化盾構(gòu)施工的優(yōu)點

(l）提高工效，縮短工期一般日挖進(jìn)能力在砂質(zhì)土壤為人工的兩倍，砂和亞粘土為人工盾構(gòu)的3一5倍，粘性土為人工的5一8倍；

(2）減少塌方，生產(chǎn)安全無論哪一種盾構(gòu)都具有防止工作面塌方，平衡地下水壓及減少塌方的優(yōu)點。而且施工人員無需直接在掌子面操作，安全性高；

76第75頁/共91頁二、盾構(gòu)的分類和特點76第75頁/共91頁77第76頁/共91頁77第76頁/共91頁

(3）由于工期能縮短，節(jié)省勞力，因而可降低施工成本，經(jīng)濟性高；

(4）施工環(huán)境好，施工人員無需在氣壓下工作，改善了惡劣的施工條件；

(5）隨著土層地質(zhì)的變化，能變化挖進(jìn)方法。2）機械化盾構(gòu)施工的缺點

(l）機械造價高，質(zhì)量大，較普通盾構(gòu)質(zhì)量大1.5一2.0倍，適用于長距離施工。由于質(zhì)量大，因此，在特軟地層施工時容易發(fā)生沉陷；

(2）任何一部分機械出故障，都必須全部停工檢修。機械檢修和準(zhǔn)備作業(yè)時間長，機械利用率低；

(3）設(shè)計加工制造時間長；

(4）掌子面局部塌方（頂部），如發(fā)現(xiàn)不及時而繼續(xù)掘進(jìn)，會引起沉陷、局部超挖和加固操作困難；

(5）更換磨損刀具困難。78第77頁/共91頁(3）由于工期能縮短，節(jié)省勞力，因而可降低施

三、盾構(gòu)的原理和結(jié)構(gòu)簡介盾構(gòu)種類較多，其施工方法也各不同，現(xiàn)介紹如下：

（一）手工挖掘式盾構(gòu)

手工挖掘式盾構(gòu)是盾構(gòu)的最基本形式，其他形式的盾構(gòu)都是由此而發(fā)展起來的。手工挖掘式盾構(gòu)雖然在性能上有許多缺點，使用范圍也受到一定程度的限制，但由于它所具有的優(yōu)點，卻仍受到重視而在繼續(xù)使用。

1．手工挖掘式盾構(gòu)構(gòu)造

手工挖掘式盾構(gòu)主要由盾殼、支護(hù)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)機構(gòu)、拼裝機構(gòu)、附屬裝置等5部分組成。

1）盾殼

盾殼是由鋼板焊制而成的圓形殼體結(jié)構(gòu)。它的主要作用是承受地層壓力，起臨時支護(hù)作用，保護(hù)設(shè)備及操作人員的安全；承受千斤頂?shù)乃酵屏?，使盾?gòu)在土層中頂進(jìn)。同時，也是其他機構(gòu)的骨架和基礎(chǔ)。盾殼主要由切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾等組成。79第78頁/共91頁三、盾構(gòu)的原理和結(jié)構(gòu)簡介79第78頁/共91頁80第79頁/共91頁80第79頁/共91頁81第80頁/共91頁81第80頁/共91頁

(l）切口環(huán)切口環(huán)為一圓環(huán)，前端帶有刃口，長出的部分稱為前檐，其內(nèi)焊有鍥形的縱向加強肋，數(shù)塊斜板與切口環(huán)刃口組成內(nèi)錐形的切口。

(2）支承環(huán)支承環(huán)在盾構(gòu)的中部，連接切口環(huán)與盾尾，使盾構(gòu)構(gòu)成整體。它由外殼、環(huán)狀加強肋和縱向加強肋組成。

(3）盾尾及密封裝置：

①盾尾盾尾在盾殼的尾部，由環(huán)狀外殼與安裝在內(nèi)側(cè)的密封裝置構(gòu)成。其作用是支承坑道周邊，防止地下水與注漿材料被擠入盾構(gòu)內(nèi)，同時也是進(jìn)行襯砌組裝的地方。

②密封裝置為防止泥水和水泥砂漿從盾構(gòu)外流入盾構(gòu)內(nèi)和盾構(gòu)內(nèi)壓氣向地層中漏泄，在盾尾內(nèi)壁與襯砌之間設(shè)有密封裝置。

(4）鋼板束與蓋板鋼板束用兩層板鉚接而成，依盾構(gòu)直徑大小分塊包在支承環(huán)與切口環(huán)外面，在鋼板束各塊間的接縫處包有蓋板。

(5）立柱、橫梁及工作平臺在支承環(huán)內(nèi)附兩根垂直立柱，水平方向上有兩條水平橫梁并與立柱垂直相交。其作用是支承盾構(gòu)體的結(jié)構(gòu)，提高盾構(gòu)殼體的承壓能力。在支承環(huán)內(nèi)，立柱、橫梁將盾構(gòu)斷面分成上下、左右各3部分，構(gòu)成兩層水平工作臺。這樣便于工作人員進(jìn)行開挖、運土等作業(yè)。82第81頁/共91頁(l）切口環(huán)切口環(huán)為一圓環(huán)，前端帶

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)

支護(hù)結(jié)構(gòu)一般由活動前檐、活動工作平臺和支護(hù)擋土板等構(gòu)成。

3）推進(jìn)機構(gòu)

推進(jìn)機構(gòu)主要由千斤頂、千斤頂支座及液壓動力站等組成。千斤頂?shù)耐屏εc臺數(shù)是根據(jù)盾構(gòu)外徑、總推力大小、襯砌構(gòu)件構(gòu)造、隧道平面形狀等條件來決定。一般為小斷面采用20-30臺，大斷面用31一38臺。千斤頂?shù)闹ё怯勉q接形式與千斤頂端部相連接的。這樣可使千斤頂?shù)耐屏δ芫鶆虻胤植荚谝r砌的端面上，尤其是在曲線段施工時，鉸接支座更有必要。

4）拼裝機構(gòu)

(1）拼裝機構(gòu)的作用隨著盾構(gòu)向前頂進(jìn)，隧道的永久支護(hù)需要同時進(jìn)行拼裝。拼裝機構(gòu)的作用就是將運輸?shù)蕉芪矁?nèi)的管片，逐片地進(jìn)行拼裝以構(gòu)成隧道的永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)。管片通常在地面預(yù)制好，運輸?shù)蕉軜?gòu)尾部。因此，拼裝機構(gòu)需要具備以下3個動作：即襯砌管片的提升、繞盾構(gòu)軸線的回轉(zhuǎn)和沿盾構(gòu)軸向方向的平移。相應(yīng)的拼裝機構(gòu)應(yīng)設(shè)置起升裝置、平移裝置和回轉(zhuǎn)裝置。

83第82頁/共91頁2）支護(hù)結(jié)構(gòu)

支護(hù)結(jié)構(gòu)一般由活動前

(2）環(huán)形拼裝機構(gòu)環(huán)形拼裝機構(gòu)由轉(zhuǎn)盤、支承滾輪、徑向伸縮臂、縱向伸縮臂、舉重臂、爪鉤和平衡重等組成。

5）附屬裝置

主要為液壓動力臺車、變電控制設(shè)備臺車、排水注漿設(shè)備臺車以及真圓保持器等。

2．工作過程及應(yīng)用特點

手工挖掘式盾構(gòu)進(jìn)行開挖作業(yè)時，首先開起全部或大部分千斤頂，將端頂伸出到襯砌環(huán)上，盾構(gòu)在千斤頂?shù)耐苿酉孪蚯巴七M(jìn)，切口環(huán)切入土層中。如開挖面自穩(wěn)性好，即可在切口環(huán)的保護(hù)下進(jìn)行開挖作業(yè)；若開挖面自穩(wěn)性較差，可開起活動前檐千斤頂使前檐貫入土層中，或同時開起支護(hù)千斤頂與活動平臺一起頂住開挖面，保證開挖作業(yè)的正常進(jìn)行。千斤頂?shù)牟粩嗌斐?，切口環(huán)不斷切入土層，直到伸出全部行程為止。這時，盾構(gòu)向前推進(jìn)了一個襯砌環(huán)的寬度。然后，用拼裝機進(jìn)行管片襯砌作業(yè)和其他輔助作業(yè)，完成一個工作循環(huán)。

手工挖掘式盾構(gòu)主要用于開挖面基本上能自穩(wěn)的土層中，支護(hù)擋板可根據(jù)開挖面情況，進(jìn)行支護(hù)使用。

84第83頁/共91頁(2）環(huán)形拼裝機構(gòu)環(huán)形拼裝機構(gòu)由轉(zhuǎn)

（二）土壓平衡盾構(gòu)

日本IHI土壓平衡盾構(gòu)機為例：

l）盾構(gòu)系統(tǒng)組成

85第84頁/共91頁（二）土壓平衡盾構(gòu)

日本IHI土壓平衡盾構(gòu)機為

2）主要組成和功能

(l）主要組成部分：

①刀盤切削系統(tǒng)；②推進(jìn)系統(tǒng)；③加泥與注漿系統(tǒng)；④螺旋輸送機系統(tǒng)；⑤管片拼裝系統(tǒng)；⑥盾尾密封系統(tǒng)；⑦皮帶運輸機系統(tǒng)；⑧數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)；⑨后續(xù)臺車系統(tǒng)；⑩管片吊運系統(tǒng)。

(2）主要系統(tǒng)的功能：

①盾殼由切口環(huán)、支承環(huán)與盾尾3個部分組成，其作用是保護(hù)人和設(shè)備在地下正常掘進(jìn)，主要承受土體壓力和掘進(jìn)過程中千斤頂?shù)耐七M(jìn)力。

②切削刀盤系統(tǒng)刀盤采用中心支撐方式，由盤體、切削刀、仿形刀、傳動箱、集中潤滑系統(tǒng)組成。掘進(jìn)時，十字輻條式刀盤直接與開挖面接觸并旋轉(zhuǎn)切削土體，切削下來的土體在密封艙內(nèi)與外加泥或水充分?jǐn)嚢?，使之成為可塑、滲透性極小的泥土，并保持一定的動態(tài)平衡壓力，控制開挖面土體不塌陷和地面不發(fā)生較大降沉。仿形刀主要為轉(zhuǎn)彎或糾偏而設(shè)，其作用是創(chuàng)造轉(zhuǎn)彎空間和減少轉(zhuǎn)彎阻力。

86第85頁/共91頁2）主要組成和功能

(l）主要組成部分：

③推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)千斤頂共有12個，考慮到小封頂軸向插人，而且管片能夠?qū)崿F(xiàn)錯縫拼裝，設(shè)4只行程為1800mm的千斤頂和8只行程為1180mm的千斤頂。千斤頂推進(jìn)時，可進(jìn)行編組和分區(qū)控制。

④管片拼裝系統(tǒng)該設(shè)備可實現(xiàn)繞軸向回轉(zhuǎn)、徑向提升和軸向平移等3個自由度的移動，由回轉(zhuǎn)盤體、懸臂梁、提升橫梁、舉重鉗以及千斤頂?shù)冉M成。

⑤螺旋輸送機螺旋輸送機采用液壓驅(qū)動，可根據(jù)密封艙內(nèi)土壓力伺服控制，是控制密封艙保持一定土壓并與開挖面土壓和水壓平衡的關(guān)鍵。螺旋輸送機還設(shè)有斷電緊急關(guān)閉出土口裝置，以保證隧道的施工安全。

⑥注漿系統(tǒng)注漿分為襯背同步注漿與管片二次注漿兩種，其中襯背同步注漿效果直接影響到地面沉降。襯背同步注漿系統(tǒng)可根據(jù)地層與地面構(gòu)筑物狀況，進(jìn)行雙液或單液注漿。87第86頁/共91頁③推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)千斤頂共有12個，考

2．工作過程及特點

(l）工作過程盾構(gòu)作業(yè)時，首先起動液壓馬達(dá)，驅(qū)動轉(zhuǎn)鼓與切削刀盤旋轉(zhuǎn)，同時開啟千斤頂，將盾構(gòu)向前推進(jìn)。土碴被切下并順著刀槽進(jìn)人到泥土倉中。隨著千斤頂?shù)牟粩嗤七M(jìn)，切削刀盤不斷地旋轉(zhuǎn)切削，經(jīng)刀槽進(jìn)人泥土倉的土碴不斷增多。這時起動螺旋輸送機，調(diào)整閘門開度，使土碴充滿螺旋輸送機。當(dāng)泥土倉與螺旋輸送機中的土碴量積累到一定數(shù)量時，開挖面被切下的土碴經(jīng)刀槽進(jìn)人泥土倉內(nèi)的阻力加大，當(dāng)這個阻力足以抵抗土層的土壓與地下水壓時，開挖面就能保持相對的穩(wěn)定而不致坍塌。這時，只要保持用螺旋輸送機從泥土倉中輸送出去的土碴量與切削下來流入泥土倉中的土碴量相平衡，則開挖工作就能順利進(jìn)行。其他各工序與其他類型盾構(gòu)相同。

88第87頁/共91頁2．工作過程及特點

88第87頁/共91頁

(2）施工技術(shù)特點土壓平衡盾構(gòu)能適應(yīng)較大的土質(zhì)范圍與地質(zhì)條件，能用于粘結(jié)性和非粘結(jié)性、甚至含有石塊、砂礫石層及有水與無水等多種復(fù)雜的土層中。但是它對砂土、砂礫土地層等透水性大的土層，在螺旋輸送機內(nèi)仍不大可能形成有效的防水壁，這種情況下，可在螺旋輸送機卸料口處加裝一個具有分離礫石的卸土調(diào)整槽，并向槽內(nèi)注入壓力水以平衡地層水壓，這就形成了土壓平衡型“加水式盾構(gòu)”，進(jìn)一步擴大了對地層的適應(yīng)范圍。同時，兩種方法可根據(jù)地質(zhì)情況交替使用，因此土壓平衡式盾構(gòu)的適用范圍較廣。

土壓平衡盾構(gòu)無泥水處理設(shè)備，施工速度較高，比泥水盾構(gòu)價格低廉，能獲得較小的沉降量，也可實現(xiàn)自動控制與遠(yuǎn)距離遙控操作。

土壓平衡盾構(gòu)由于有隔板將開挖面封閉，不能直接觀察到開挖面變化情況，開挖面的處理和故障排除較為困難；切削刀頭、刀盤盤面磨損較大，刀頭壽命比泥水盾構(gòu)要短，要求刀頭的耐磨性比較高。89第88頁/共91頁(2）施工技術(shù)特點土壓平衡盾構(gòu)能90第89頁/共91頁90第89頁/共91頁

思考題：

1、鉆爆法施工的開挖循環(huán)由哪些工序組成？

2、新奧法施工要點是什么？

3、鉆爆法施工出碴的方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點？

4、試對鉆爆法和TBM施工進(jìn)行比較，為什么鐵路隧道大多數(shù)采用鉆爆法？

5、名詞解釋：光面爆破、預(yù)裂爆破、圍巖、三管兩線、四軌三線、噴錨支護(hù)

6、隧道施工通風(fēng)常用方式有哪些？

7、輔助坑道的作用是什么？常用的輔助坑道有哪些？其設(shè)置原則是什么？

8、隧道施工有什么特點？91第90頁/共91頁思考題：91第90頁/共91頁會計學(xué)92一級市政——隧道工程機械化施工會計學(xué)1一級市政——隧道工程機械化施工

2、隧道的結(jié)構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)分主體建筑物和附屬建筑物。主體建筑物由洞身襯砌和洞門兩部分組成；附屬建筑物包括排水、通風(fēng)、供電、通信、信號、照明、監(jiān)控、防災(zāi)、報警等設(shè)施所需的建筑物以及避車洞和人行道等。修建隧道是為了在地下占據(jù)一定的空間，以保證車輛安全運行?？拥辣仨毞€(wěn)定或者用足夠強度的支護(hù)結(jié)構(gòu)來保證隧道的穩(wěn)定。在通常情況下，開挖后除堅硬、整體、耐風(fēng)化的圍巖能自身維持坑道的穩(wěn)定外，對大部分圍巖都需要修筑永久性支護(hù)坑道的結(jié)構(gòu)–襯砌。隧道襯砌的結(jié)構(gòu)有以下幾種類型：

(l）整體式襯砌（模注混凝土襯砌）。

(2）復(fù)合式襯砌，主要應(yīng)用于新奧法施工的隧道。

(3）錨噴襯砌這是一種采用錨噴支護(hù)作永久襯砌的結(jié)構(gòu)形式。

(4）拼裝式襯砌，目前在山嶺隧道中極少使用。

93第1頁/共91頁2、隧道的結(jié)構(gòu)2第1頁/共91頁94第2頁/共91頁3第2頁/共91頁

開挖隧道時，先開挖一段路塹，達(dá)到一定深度才開始挖坑道。路塹與坑道的交界叫洞口。保護(hù)洞口的建筑叫洞門。

洞門的結(jié)構(gòu)形式有：

(1）端墻式洞門適應(yīng)于巖體穩(wěn)定的4類及以上圍巖和地形開闊地區(qū)。

(2）翼墻式洞門適應(yīng)于巖體較穩(wěn)定的3類及3類以下的圍巖，以及需要開挖路塹的地方。

(3）柱式洞門適應(yīng)于地形較陡、圍巖穩(wěn)定性較差而設(shè)置翼墻洞門又受地形地質(zhì)條件限制的地方。

(4）環(huán)框式洞門適合于圍巖整體性好、堅硬不宜風(fēng)化的地區(qū)。

(5）遮光棚是式洞門適應(yīng)于洞口需要遮光的情況，其入口通常外伸很遠(yuǎn)。95第3頁/共91頁開挖隧道時，先開挖一段路塹，達(dá)到一定深度才開96第4頁/共91頁5第4頁/共91頁97第5頁/共91頁6第5頁/共91頁圍巖：是隧道開挖所影響的而且對隧道穩(wěn)定性有影響的那一部分巖（土）體。圍巖分類：是針對隧道開挖、支護(hù)、編制定額等的需要，而把與之相適應(yīng)的地質(zhì)條件進(jìn)行分級，來評價工程巖體的穩(wěn)定程度，是隧道工程設(shè)計施工的基礎(chǔ)條件之一。正確的圍巖分級是隧道工程首要的技術(shù)課題。隧道長度：指單洞進(jìn)出口洞門端墻面之間距，標(biāo)注為：xx米／左（右）洞。如隧道為雙洞時，則此隧道長度應(yīng)標(biāo)為L=L左＋L

右。隧道計量單位：一般稱“座”。隧道寬度：指單洞的建筑限界凈寬，如山嶺區(qū)高速公路隧道單洞雙車道寬度為7.5m。隧道建筑限界：包括行車道、兩側(cè)路緣帶、余寬、檢修道的總寬度。98第6頁/共91頁圍巖：是隧道開挖所影響的而且對隧道穩(wěn)定性有影響的那一部分巖（99第7頁/共91頁8第7頁/共91頁

隧道的施工過程可以分成兩大步驟。一是開挖，就是把坑道挖出來并把土石運出去；二是襯砌，就是把襯砌的材料運進(jìn)來并把襯砌修筑好，使需要的空間能夠保持下來。目前隧道及地下工程施工方法可歸類為4種，即明挖施工法、暗挖施工法、淺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層全部挖開，然后修筑襯砌，再進(jìn)行回填把隧道掩埋起來，如：修筑明洞、淺埋地鐵或地鐵車站等工程。其最大缺點是嚴(yán)重干擾交通，破壞環(huán)境；大面積拆遷已不可能或承受不起，目前應(yīng)用極少。

2、暗挖法全部工程作業(yè)都在地下進(jìn)行，主要施工方法有：鉆爆法（噴錨構(gòu)筑法）、盾構(gòu)法和掘進(jìn)機法、液壓沖擊錘開挖法。

3、沉埋管段法隧道穿越江河海峽時，采用沉埋管段建筑的施工方法。要求裝備大型水上吊裝設(shè)備和水下挖溝裝置。

100第8頁/共91頁

隧道的施工過程可以分成兩大步驟。一101第9頁/共91頁10第9頁/共91頁102第10頁/共91頁11第10頁/共91頁103第11頁/共91頁12第11頁/共91頁

4、淺埋暗挖法是一種在離地表很近的地下進(jìn)行各種類型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法和盾構(gòu)法不適應(yīng)的情況下，顯示了巨大的優(yōu)越性。淺埋暗挖法施工步驟：

1）先將鋼管打入地層，然后注入水泥或化學(xué)漿液，使地層加固。

2）地層加固后，進(jìn)行短進(jìn)尺開挖，一般每循環(huán)在0.5–1.0米，隨后即作初期支護(hù)。

3）施作防水層。

4）完成二次支護(hù)，一般情況下，可注入混凝土，特殊情況下要進(jìn)行鋼筋設(shè)計。北京長安街下的地鐵修建工程采用的就是淺埋暗挖法。104第12頁/共91頁4、淺埋暗挖法13第12頁/共91頁105第13頁/共91頁14第13頁/共91頁

§6一2鉆爆法

鉆爆法（鉆眼爆破作業(yè)法、DBM、噴錨構(gòu)筑法）是在十九世紀(jì)六十年代隨著第一臺風(fēng)動鑿巖機的出現(xiàn)和黃色炸藥的發(fā)明而出現(xiàn)的施工方法，經(jīng)過100多年的發(fā)展，有了噴錨支護(hù)、控制爆破、新奧法、門架臺車、全液壓鑿巖臺車等技術(shù)和設(shè)備，向著全斷面、大斷面、機械化、高效、快速方向發(fā)展。目前，公路和鐵路隧道開挖主要還是用這種方法。鉆爆法施工一個開挖循環(huán)的程序是：測量放線～布孔～鉆孔～鉆孔合格檢查～裝藥聯(lián)網(wǎng)～孔網(wǎng)檢查合格～起爆～通風(fēng)排煙～松動圍巖或掉塊處理～出碴～掛網(wǎng)（視情況而定）～安裝鋼肋（視情況而定）～噴混凝土～安裝錨桿（視情況而定）。往復(fù)循環(huán)，不斷掘進(jìn)。每個循環(huán)的開挖進(jìn)尺取決于鉆孔深度。一般情況下，孔深為3.5m，進(jìn)尺可達(dá)到3.3m。106第14頁/共91頁§6一2鉆爆法15第14頁/共91頁107第15頁/共91頁16第15頁/共91頁

一、開挖方法開挖方法的選擇主要根據(jù)隧道斷面大小、圍巖的穩(wěn)定情況，采用全斷面一次開挖或分部開挖。全斷面開挖法主要作業(yè)過程是：開挖工作利用鑿巖臺車鉆出整個面的全部炮眼，一次爆破成洞；通風(fēng)排煙后用大型裝渣機出渣；出渣完畢后就開始下一鉆爆循環(huán)。分部開挖法：當(dāng)隧洞斷面較高時，常分臺階自上而下開挖。上部斷面的布孔（鉆水平孔）與全斷法相同相同，但下部臺階的開挖則采用梯段爆破法鉆垂直炮孔，用藥量少，爆破效果好。分部開挖以導(dǎo)洞先行，有利于盡快貫穿洞身，或與豎井連接，能簡化通風(fēng)系統(tǒng)；也可108第16頁/共91頁一、開挖方法17第16頁/共91頁

作為主洞的探洞，事先摸清地質(zhì)情況。此外，開挖大斷面平洞，尚有中心導(dǎo)洞輻射鉆孔法，在斷面中央用小型機械開挖中導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞中用履帶鉆或拖式車鉆向四周鉆輻射孔，以擴大開挖成洞。二、炮孔布置巖石隧道的鉆爆開挖，為提高爆破效率必須首先增加爆破自由面數(shù)目。因此，在斷而中部先爆破出一個缺口，然后再引爆其余炮孔。這一缺口的形成稱為掏槽。斷面上的鉆孔可分為掏槽孔和崩落孔，而崩落孔又可分為輔助孔和周邊孔。每一隧道斷面的炮孔數(shù)日和布置型式應(yīng)根據(jù)斷面大小、巖石性質(zhì)和循環(huán)進(jìn)尺等因素設(shè)計確定，并使鉆孔方便。根據(jù)掏槽型式，隧洞斷面的鉆孔布置可分為楔形掏槽和平行直孔掏槽兩種。楔形掏槽由數(shù)對對稱的相向傾斜的炮孔組成．對鉆孔質(zhì)量要求稍低。為使隧洞周邊整齊不超挖藥的空孔，周邊孔的間距、藥量應(yīng)按光面爆破要求設(shè)計。平行直孔掏槽的中間兩孔是不填藥的空孔。這種布置型式的優(yōu)點是易于實現(xiàn)鉆孔自動化，便于達(dá)到要求的循環(huán)進(jìn)尺，增大爆破深度。其缺點是增加了鉆孔數(shù)量，且對炮孔要求的質(zhì)量高。

109第17頁/共91頁作為主洞的探洞，事先摸清地質(zhì)情況。此外，開挖大110第18頁/共91頁19第18頁/共91頁111第19頁/共91頁20第19頁/共91頁

三、鉆孔機械常用的有：1、液壓鑿巖臺車；

2、門架臺車；

3、汽車式簡易鑿巖臺車112第20頁/共91頁三、鉆孔機械21第20頁/共91頁113第21頁/共91頁22第21頁/共91頁114第22頁/共91頁23第22頁/共91頁

四、新奧法（NATM)

即奧地利隧道工程建設(shè)新方法的簡稱。該法1948年提出后，世界各地普遍運用，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)標(biāo)志之一。

A、新奧法施工要點：

1、開挖作業(yè)