《隧道工程讲座》PPT课件.ppt

第四部分隧道主要施工方法 一 隧道施工方法的主要类型 三 新奥法隧道施工方法 常用方法 四 其它施工方法 五 隧道辅助施工措施 二 矿山法施工的基本类型 六 新奥法的基本知识 一 隧道施工方法的主要类型 隧道施工一般可分为明挖法施工和暗挖法施工两大类 一 明挖法明挖法施工的特点是 先将隧道上方地层全部挖开 然后修筑隧道衬砌 必要时 敷设外贴式防水层 再在上面进行回填 此法使用于浅埋隧道如明洞和浅埋地下铁道 也有只挖上部分的 二 暗挖法施工的特点是 不开挖隧道上方地层 全部工程均在地下进行 暗挖法又分为矿山法和机械法两大类 1 矿山法凡采用钻眼爆破为主来开挖隧道的方法 都可称为矿山法 它因最早用于矿山开采而得名 目前主要应用山岭铁路 或公路 隧道中 2 机械法 是指用一种专门的机械来修筑隧道的方法 这种机械有专门的开挖 支撑与防护设备 二 矿山法施工的基本类型根据目前我国现场的施工情况与技术发展 又可分为以下两大类型 1 传统的矿山法传统的隧道施工方法是将隧道断面分成若干小块进行开挖 随挖随用钢材或木材支撑 然后从上到下 或从下到上砌筑刚性衬砌 因为以往人们总认为在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落 开挖的断面越大 坍塌的范围也越大 因此传统的隧道结构设计方法便将围岩看成是必然要松弛塌落 而成为作用于支护结构上的荷载 2 新奥法 NATM 近二十多年来 随着岩石力学理论的发展以及岩石锚杆 喷射混凝土的机械出现 人们对开挖隧道过程中所出现的围岩变形 松弛 崩塌等现象有了更深入的认识 为提高新的经济的隧道施工方法创造了前提 20世纪80年代中期开始 我国的隧道设计与施工已广泛采用 新奥地利隧道施工法 简称新奥法 NewAustriaTunnelingMethod NATM 这种方法是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段 以锚杆 喷射混凝土为主要支护方法 理论 量测和经验相结合的一种施工方法 同时 又是一系列指导隧道设计和施工原则 三 新奥法隧道施工方法 常用方法 新奥法施工 按其开挖断面的大小及位置 基本上又可分为 全断面法 台阶法 分部开挖法三大类及若干变化方案 一 全断面法全断面开挖法就是将全部设计断面一次开挖成型 接着做初期支护 敷设防水层 进行量测 然后待围岩变形稳定后再灌注二次模注混凝土衬砌的方法 1 适用条件 1 主要在稳定的 类围岩中采用 但 如果有可靠的支护手段 如钢拱支撑 喷锚支护 在 类围岩或无水的 类围岩中亦可使用 2 需有全断面钻孔台车 和高效率的装运机械及其配套设备 大型开挖及运输设备 2 全断面法的优点 工序少 相互干扰少 便于组织施工和管理 工作空间大 便于组织大型机械化施工 因此 施工进度高 目前 我国双线铁路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右 高者已达300m 月 二 台阶法台阶法是将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖的方法 它们根据台阶的长度又可划分为长台阶法 短台阶法和超短台阶法三种 1 类型 1 长台阶法上 下两断面相距较远 一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨 它适用于石质较好的 类围岩和配备有中型钻孔台车的场地 2 短台阶法 两个断面相距较近 一般上台阶长度小于5倍但大于1 1 5倍洞跨 适用于 类围岩 是新奥法施工中主要采用的方法 3 超短台阶法 上台阶仅超前3 5m 只能用交替作业 适用于膨胀性围岩和土质围岩 要求及早闭合断面的场合 以及机械化程度不高的 类围岩地段 2 台阶法的一般开挖顺序 1 开挖上半断面 拱部 喷射混凝土 对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑 出碴 2 开挖下半断面 边墙及底部 喷射混凝土 同样对软弱地层需安设锚杆和加设钢支撑 及时形成闭和圈 出碴 3 修筑永久性模注衬砌 3 台阶法类型的选取条件 1 初次支护形成闭合断面的时间要求 围岩越差 闭合时间要求越短 2 上半断面施工所用的开挖 支护 出碴等机械设施工场地大小的要求 在软弱围岩中应以前一条件为主 兼顾后者 确保施工安全 在围岩条件较好时 主要考虑是如何更好的发挥机械效率 保证施工的经济性 故只要考虑后一条件 三 分部开挖法分部开挖主要应用于断面跨度较大如 或三车道 隧道 且岩层较软弱 松散的地质条件 如土质或易坍塌 的隧道中 1 台阶分部开挖法 又称环形开挖留核心土法 将断面分成为 如图 a 环形拱部1 2 3 b 上部核心土4 c 下部台阶等三部分进行开挖 台阶分部开挖法的主要优点是 与超短台阶法相比 台阶长度可以加长 减少上下台阶施工干扰 而与侧壁导坑法相比 施工机械化程度较高 施工速度加快 应注意的问题是 虽然核心土增强了开挖面的稳定 但开挖中围岩要经受多次扰动 而且断面分块多 支护结构形成全断面封闭的时间长 这些都有可能使围岩变形增大 因此 它常要结合辅助施工措施对开挖及其面前方岩体进行预支护或预加固 2 侧壁导坑法 称眼镜工法 此法根据侧壁导坑的开挖个数 可分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种 为双侧壁导坑开挖示意图 这种方法一般将断面分成四块进行开挖 即左 右侧壁导坑1 拱部2 下台阶3 侧壁导坑法一般适用隧道跨度很大 地表沉陷要求严格 围岩条件特别差的情况 其特点是 虽然开挖断面分块多 扰动大 初次支护全断面闭合的时间长 但是每个分块都是在开挖后立即各自闭的 所以在施工中间变形几乎不发展 施工安全 但速度较慢 成本较高 3 中隔墙法与交叉中隔墙法中隔墙法简称CD法 即 CenterDiaphragms 具体步骤为 1部开挖后除底部外 立即施作初期支护 开挖2部 3部 从上往下接长中隔墙 并施作仰拱支护 第3部支护完毕后 就形成了 蛋 形的半跨支护 再依次开挖4 5 6部 最后拆除中隔墙 交叉中隔墙法简称CRD法 即 CrossCenterDiaphragms 具体步骤类似于CD法 唯一不同的是增加了横向的中隔墙 因而更进一步提高了隧道的稳定性 中隔墙采用的构件有格栅钢架或型钢 当需要较大的刚度时 采用型钢 这也是初期支护中采用的构件 沿隧道纵向的榀间距为50 150cm 榀与榀之间用纵向筋连接 以加强结构的空间稳定性 这两种方法的共同点是变大跨为小跨 从而有效地增加隧道的稳定性 避免洞壁坍塌 因此它们适用于断面跨度大 地表沉陷量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道 如地下铁道 四 新奥法与传统矿山法的区别在传统的矿山法中 历史上形成的变化方案很多 其中也包括 全断面 台阶法 侧壁导坑法等 它与新奥法的根本区别 除了施工原则不同外 在具体作业方法上还有 1 传统的矿山法中不强调采用锚喷支护 而大量采用钢 木支撑 2 不强调要及早闭合支护环 很少采用复合式衬砌 而是大量采用刚度较大的单层衬砌 3 不进行施工量测等 近年来 由于施工机械的发展 以及传统矿山法明显的不符合岩石力学的基本原理和不经济 已逐渐由新奥法所取代 只有在一些缺少大型机械的中 短隧道中 或不熟悉新奥法的施工单位还采用传统的矿山法 四 其它施工方法 一 隧道掘进机法隧道掘进机主要用于硬质岩层中的隧道施工 它包括装有切削刀具的旋转切削头 石碴装载设备 机身前进的推进装置和支撑装置 控制方向的激光准直仪 安装临时支撑的设备和其它机械装置 隧道掘进机具有一次成洞 连续掘进 速度快 洞壁光滑 对围岩扰动小 施工质量好等优点 并且能改善施工条件 降低劳动强度 但当掘进机施工方法一经采用 就不能像钻爆法施工那样可以自由变更施工方法 因此难以适应复杂多变的地质情况 二 盾构法在流砂 淤泥 砂土等类型的地层中修建地下铁道时 采用盾构法施工 是一种有效的措施 这种方法能确保施工安全和作业机械化 我国的上海地铁和广州地铁都采用了盾构机械施工 盾构法施工经百余年的发展 改进 完善 技术已日趋成熟 现代盾构类型很多 能适应于任何水文地质条件下施工 现在又出现一些小型盾构技术 最小直径仅为1m 适用于城市上下水道 煤气管 电力和通讯电缆等工程 世界盾构的数量逐年在上升 施工方法也更多样化 五 辅助施工措施无论在新奥法或传统的矿山法施工时 都可能遇到开挖工作面不能自稳或地面沉陷过大的情况 必须采用施工辅助措施对地层进行预支护或预加固 山岭隧道施工中经常采用的辅助措施有 1 留核心土 2 喷射混凝土封闭开挖工作面 3 打超前锚杆 插板或小钢管 4 管棚 5 临时仰拱封底 6 超前小导管注浆 7 对开挖工作前及周围围岩预注浆 一 超前锚杆 插板 小钢管1 适用条件适用于土砂质地层 膨胀性地层裂隙发育的岩体 以及断层破碎等 2 施工要点向岩体内打入一排纵向锚杆 或型钢 或小钢管 以形成一道顶部加固的岩石棚 然后 在此棚保护下进行开挖 至一定距离后 重复上述步骤 如此循环前进 二 管棚法遇到松软地层中修筑浅埋隧道 而地面沉陷又要严格的情况下 在开挖掘进前 在开挖工作面上半断面 沿坑道设计周边 用大型水平钻机打出一排大直径的钻孔 并向钻孔内压入混凝土或设置钢筋笼 注入水泥砂浆 于是在地层中建立起一个临时承载棚 然后在其防护下即可进行全断面或分部开挖 管棚构造为 钢管壁厚为10 30mm 管径以200 750mm 排列间距按管棚途合理设置 三 超前小导管注浆此法的要点是在开挖掘进前 先用喷射混凝土将开挖面和5m范围内的坑道封闭 然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管 由上而下地向小导管内压浆 浆液即由导管渗透到地层中 待浆液硬化厚 即在坑道周围形成一个加固了的岩石圈 在此圈防护下即可安全地进行开挖 小导管与管棚构造区别 钢管直径要小一些 不钻孔 小导管注浆出周围地层 四 预注浆加固围岩要点 就是在施工前将某种浆液注入地层 凝结并改善地层的工程特性 如提高强度和稳定性 或降低渗透性等 1 注浆方法 1 浸透 注浆 对于砂土地层 将浆液导入土体颗粒之间的空隙中 2 裂缝 注浆 就是将地层中的缝隙密封 岩层中注浆 3 空穴 注浆 用浆液充填地层中的空穴 岩层中注浆 2 注浆方式 1 在开挖工作面上打超前导管注浆 2 对于浅埋隧道 从地表向隧道所在区域打辐射状或平行状钻孔注浆 3 先开挖平行导坑 然后由平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆 六 新奥法的基本知识 一 基本概念1 名称由来新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法 即NewAustrianTunnelingMethod 缩写为NATM 上下导坑先墙后拱法初次使用于公元1837年前奥国莱比锡至德累斯顿铁隧道上 故称其为奥国法 新奥法与奥国法是两码事 不是隧道横断面施工作业顺序的差异 也不是年代早晚不同的关系 而前者是建立在新的理论基础上 具有丰富实际经验的新概念 2 产生的历史背景和发展简况新奥法是由奥地利学者L V Rabcewiez L Muller等教授创建于本世纪五十年代 在1963年正式命名为新奥地利隧道工程方法 并获得专利 1 锚杆支护在20世纪初出现 在此之前 锚杆支护的采用始于本世纪初 到50年代后在欧美各地得到广泛应用 并在水电站有压输水隧洞成功地采用了锚杆支护手段 2 喷射混凝土机在40年代末研制成功 喷射混凝土机在1947年研制成功 1948 1953年喷射混凝土衬砌在奥地利首次用于卡普伦水电站的默尔隧道 锚喷支护技术的发展为创建新奥法提供了有利的条件 3 岩石力学的理论发展为新奥法提供了科学依据 与新奥法发展同时 岩石力学也发展成为一门十分年轻的学科 岩石力学的理论基础为新奥法提供了科学依据 因此可以说 新奥法是在实际基础上开展起来的一种修建隧道工程的新理论与新概念 3 新奥法的基本概念新奥法的基本概念是用薄层支护手段来保持围岩强度 控制围岩变形 以发挥围岩的自承载能力 并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工 由于上述基本概念的认识与理解的差别 可能初次接触新奥法的人们会存在某些误解 突出的问题有下列方面 1 由于英文 method 一词 容易把新奥法理解为隧道开挖与支护的方法 或者仅是一种施工技术 而没有认识到新奥法是修建隧道一种基本理论 是包含设计于施工内容的隧道工程概念 2 误以为采用了锚喷支护就是新奥法 当然利用新奥法 必须包括使用锚喷支护结构 但应该认识到新奥法使用锚喷支护是为了达到保护围岩强度 控制围岩变形 实现发挥围者自承能力的目的 并且必须认识到只有采用施工监控量测才能掌握围岩变形动态 做到控制变形 3 对施工监控量测往往不够重视 认为它是额外的负担 实际上 控制爆破 锚杆 喷射混凝土支护 施工量测是新奥法的三大要素 现场施工量测的资料是完善设计 指导施工的重要依据 总之 新奥法则不是一个单纯开挖与衬砌修筑的施工方法 当然新奥法往往也要用钻眼爆破手段来开挖断面 而且在隧道横断面开挖作业顺序也会有相同处 如新奥法多采用全断面一次开挖 或采用台阶法开挖隧道断面 但新奥法对钻爆技术要求高 要保证光面爆破质量 以保护围岩强度和混凝土施喷效果 同时新奥法有了锚喷支护的条件 全断面开挖就可在软岩地层使用 有利于大型机具作业 二 基本原理的要点新奥法是一个具体应用岩体动态性质的完整的工程概念 它是建立在科学实践并经过大量实践所证明的基础之上的 该法的创始人之一利奥波德 米勒 LeopldMuller 曾提出了 新奥法22点原则 现归纳起来主要有以下几点 1 隧道的整个支护体系中 起主要作用的是围岩本身 即视岩体是隧道的主要承载单元 它与各种内部加固或外部支撑结构构成统一的整体结构体 2 隧道开挖时 应尽可能减轻对隧道围岩的扰动或尽可能不破坏围岩的强度 即尽可能使围岩维持原来的三维应力状态 这就有必要对开挖工作面及时施作防护层 如喷射混凝土等 封闭围岩的节理和裂隙以防止围岩的松动和坍塌 3 允许围岩有一定的变形 以利安全地发挥围岩的全部强度 使之在隧道周围形成承载环 但这种变形应受到严格的控制 以免过渡变形导致围岩承载理论的降低和丧失或导致地表产生过大的沉陷 4 衬砌支护结构的施工一般分成两个步骤完成 洞室开挖后迅速的施作初期支护 外层衬砌 抑制岩体的早期变形 待围岩稳定后 再进行二次衬砌 内层衬砌 如果外层衬砌很充分 并证实围岩变形趋于稳定 则内层衬砌可视为附加的安全储备 5 初期支护应尽量做成柔性的 以便与围岩紧密接触 共同变形和共同承载 因此 初期支护大多采用喷射混凝土 锚杆和钢筋网的联合支护形式 这种衬砌在力学上被视为易变形的壳体结构 只能承受较小的弯曲应力 以承受剪切应力为主 6 隧道的几何形状必须满足在静力学上作为圆筒结构的计算条件 因此 要尽可能使结构做得园顺 如做成圆形或椭圆形的 不产生突出的拐角 以避免产生应力集中现象 同时 尽早时结构闭合 封底 以形成承载环 7 在施工过程中 对隧道周边进行位移收敛量测是必不可少的一个重要环节 以此作为合理选择支护结构的形式与尺寸和指导下一阶段施工的依据 三 施工监控量测的目的在新奥法施工过程中 对围岩与支护结构的变形受力以及浅埋地段的地表沉陷进行量测 统称为新奥法的量测 施工量测被认为是新奥法的三大支柱之一 其目的可归纳为下述4点 1 为修正支护结构形式和参数提供依据进行隧道工程设计时必须依靠工程地质调查和试验来提供必要的依据和信息 但由于岩体地质情况千差万别 使得工程地质调查和试验取得的数据很难正确反映岩体的真实性 所以在施工过程中通过围岩与支护的变形与应力测试数据 可对原设计进行修正提供依据 2 正确选择开挖方法和支护施作时间通过分析量测数据 可以确定符合具体工程要求和地质条件的施工方法和支护结构的施作措施 以充分利用围岩自承能力 然后通过量测分析 再确定适宜的二次支护时间 在侧压力较大的地层中 利用量测数据 可以确定最佳的仰拱施作时间 3 为隧道施工和长期使用提供安全信息通过对围岩稳定性与支护可靠性的量测监控和分析评定 可以发现施工中隐藏的不安全因素和隧道有可能失稳的区段或局部薄弱的部位 从而及时采取相应的加固或其它措施 4 是研究其力学机理和设计理论的重要途径通过施工现场量测 人们才能深入系统地研究围岩和支护结构共同作用的力学机制 才可能认识不同条件 不同类型岩体的变形破坏机理 综上所述 可以看出隧道监测的主要目的 是为了完善隧道设计与正确地指导施工 从而保证隧道工程的安全性和经济性 四 对新奥法施工过程进行监理的主要要求1 开挖是否采用了控制爆破 2 初期支护是否及时 柔性和与围岩密贴 3 隧道施工是否采用了监控量测 第五部分隧道施工作业 一 隧道钻爆作业 二 装碴运输 三 修建支护结构 四 隧道施工中的辅助坑道 五 施工辅助作业 一 隧道钻爆作业修建隧道时 首先要在线路穿越的地层内挖出一个能够容纳对待建筑物的空间 这项作业的工作量占整个隧道施工工程量的比重很大 它对施工进度和工程造价都很大影响 造价约占整个隧道的20 40 是隧道施工中较关键的基本作业 石质隧道目前大多般采用钻眼爆破开挖的方法 亦即先在岩石中钻成圆柱形炮眼再装填炸药起爆 炸出所设计坑道断面 一 隧道爆破开挖的基本要求1 使开挖的断面形状和尺寸合乎设计要求 开挖面平顺 使超欠挖减少到最低限度 2 炸下的石碴大小适中 便于装车 3 尽量减少对坑道周围岩体的扰动 4 爆破单位体积岩石所需的炮眼长度和炸药用量小 5 掘进速度快 二 炮眼种类与布置隧道开挖的关键性环节是坑道开挖 采用钻爆法开挖坑道时 需在导坑面上布置炮眼 炮眼按照它们在爆破中所起的作用 可分为掏槽眼 辅助眼 周边眼三种 二 炮眼种类与布置隧道开挖的关键性环节是坑道开挖 采用钻爆法开挖坑道时 需在导坑面上布置炮眼 炮眼按照它们在爆破中所起的作用 可分为掏槽眼 辅助眼 周边眼三种 1 掏槽眼及其布置在坑道掘进的最初 只有一个临空面 为了提高爆破效果 在开挖面中部位置上布置若干个炮眼 使其在开挖面上先炸出一个槽穴 为以后爆破的炮眼开辟临空面 创造良好的爆破条件 这种炮眼叫做掏槽眼 由于围岩的强度和结构不一样 掏槽眼布置的形式也不相同 但基本可分为两大类 斜眼掏槽直眼掏槽 1 斜眼掏槽其特点是掏槽眼与开挖面斜交 常用的有锥形掏槽 楔形掏槽 单向掏槽 斜眼掏槽的优点是 可以按照岩层的实际情况选择合适的掏槽方式和掏槽角度 较易保证掏槽的效果 钻眼数量比较少 缺点是 炮眼深度受坑道尺寸的限制 不便于实行多机凿岩 斜眼掏槽的种类如下图 2 直眼掏槽其特点是所有掏槽眼都垂直于开挖面 有一个或若干个中心眼不装药 起临空面的作用 炮眼常用的布置形式有 a 柱状掏槽 a 梅花形掏槽 b 螺旋掏槽 即四周炮眼距中心眼的距离逐步加大 直眼掏槽的优点是适用范围较广 不受围岩软硬及断面大小限制 钻眼方便 便于多机凿岩和采用深眼爆破 以加快掘进速度 缺点是 炮眼的数量和单位用药量要增多 炮眼位置和钻眼方向也要求高度准确 才能保证良好的掏槽效果技术比较复杂 2 辅助眼及其布置辅助眼的作用是进一步扩大掏槽体积和增大爆破量 并为周边眼创造有利的爆破条件 辅助眼主要解决炮眼间距和最小抵抗线问题 所谓最小抵抗线是指炮眼中心到临空面的距离 一般根据工地经验决定 最小抵抗线约为炮眼间距的60 80 3 周边眼及其布置其作用是爆破后 使坑道断面达到设计的形状和规格 周边眼原则上沿着设计轮廓均匀布置 间距和最小抵抗线应比辅助眼小 以便爆出较为平顺的轮廓 三 周边眼的控制爆破即使采用上述方法布置炮眼 在大断面开挖中 仍然很难爆出理想的设计断面而对周围扰动又大 因次 要对周边炮眼采用控制爆破 控制爆破有光面爆破及预裂爆破两种 1 光面爆破光面爆破是指通过正确确定爆破参数和施工方法 使爆破后的围岩断面轮廓整齐 最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏 尽可能维持围岩原有的完整性和稳定性的爆破技术 其主要标准为 开挖轮廓成型 无明显的爆破裂缝 围岩壁上均匀留下50 以上的半面炮眼痕迹 岩面平整 超挖和欠挖符合规定要求 无危石等 确定合理的光面爆破参数 是获得良好的光面爆破效果的重要保证 光面爆破的主要参数包括周边眼的间距 光面爆破层的厚度 周边眼密集系数 周边眼的线装药密度等 光面爆破参数的选择 目前还缺乏一定的理论计算公式 多是根据已有工程经验确定 光面爆破的炮眼起爆顺序为 掏槽眼 辅助眼 周边眼 2 预裂爆破裂爆破实质上也是光面爆破的一种型式 其爆破原理与光面爆破原理相同 只是在炮眼的爆破顺序上不同 预裂爆破是首先引爆周边眼 使沿周边眼的连心线炸出平顺的预裂面 由于这个预裂面的存在 对后爆的掏槽眼和辅助眼的爆炸波能起反射和缓冲作用 可以减轻爆炸波对围岩的破坏影响 爆破后的开挖面整齐规则 由于成洞过程和破岩条件不同 在减轻对围岩的扰动程度上 预裂爆破较光面爆破的效果更好一些 四 钻孔机具钻眼又分人工打眼和机械钻眼两种方式 人工打眼在一座隧道刚开工 机械设备尚未安装时 常常是需要的 但是随着我国施工机械化的发展 人工打眼已基本淘汰 常用钻孔机具 凿岩机和凿岩台车 1 凿岩机常用于隧道施工的钻眼机械是凿岩机按动力来源可分为风动以及液压两类 1 风动凿岩机 又叫风钻 它是以压缩空气作为动力 它具有 结构简单 制造容易 操作方便 使用安全 不怕超负荷和反复起动 在多水多尘等恶劣环境中仍能正常使用 故在短隧道开挖中 使用得比较广泛 气腿式 但压缩空气的供应设备比较复杂 能量利用率低 故成本较高 2 液压凿岩机 原理是由电动机驱动油泵 输出高压油液 通过液压管路和液压元件使凿岩机作冲击和旋转运动来达到钻眼的目的 它的主要优点有 适应性强钻岩速度高 噪音较小 能量消耗少 约为风动凿岩机的三分之一 是目前隧道施工推广普及的新型凿岩机具 但由于液压凿岩机构造比校复杂 重量大 附属装置多 目前仅限于安装在凿岩台车上使用 2 液压凿岩台车 钻孔台车 目前 在我国的长大隧道施工中 使用得比较广泛的还是液压钻孔台车 尤其是在大断面隧道修建中和全断面一次掘进法中普遍使用 它为综合机械化施工提供了必要的良好的作业条件 此外 还可用于钻锚杆孔 也可通过调整液压凿岩机上的调节塞 来适用各类不同性质的岩石 台车按行走方式的不同 可分为轨道式 轮胎式和履带式 按钻臂形式可分为梯架式 液压钻臂式 我国目前常多采用轮胎式的四臂 三臂或两臂全液压凿岩台车 瑞典生产 二 装碴运输出碴是隧道施工基本作业中一项费工费时的作业 在整个循环作业时间中 占有很大的比重 有的可占40 50 以上 迅速运石碴 可使钻爆作业加快进行 加速了整个循环作业 提高施工进度 因此 应注意选择适当的装碴机械和足够数量的运输车辆 尽可能的缩短在工作面处的调车时间 并经常保持运输道的良好状态 一 出碴出碴工作主要包括装碴 运输 卸碴三项作业 其中装碴和运输对出碴速度影响最大 装 卸碴作业主要是考虑石碴如何处理 采用哪种方式进行装碴作业 装碴设备的选择 卸碴场地布置等项 由洞内运出的石碴 一般可考虑进行三方面的处理 1 选用合乎强度标准的岩块加工成衬砌混凝土的粗骨料 选用块度合适的岩块作为洞内超挖回填料 2 用作路基填方或洞外工作场地填方 3 弃置于山谷或河滩 二 装碴与运输设备可分为类 有轨运输和无轨运输两大类 有轨运输 是我国隧道施工中常采用的传统运输方式 它适用于小断面导坑和分部开挖隧道的施工 也能用于全断面隧道开挖 既能用机车牵引车辆出洞外 也可用人力推送 是一种适用性较强的运输方式 无轨运输的特点是调车灵活 不需铺设轨道 能适用于卸碴距离较远和道路坡度较大的场合 缺点是废气污染严重 洞内作业要求空间较大 所以无轨运输多适用于双线隧道全断面开挖的场合 究竟采用有轨还是无轨 应根据隧道断面的大小 所处的地质情况和所采用的开挖方法 结合本单位原有和可能购进的机械设备能力 予以通盘考虑决定 目前 对于公路隧道的施工 多采用无轨运输方式 三 模筑混凝土衬砌施工隧道作为地下结构物 除了应满足营运使用上的要求外 还必须具有耐久性 一般除了地质坚硬 不易风化的 类围岩外 都应施作混凝土衬砌 所以 模筑整体混凝土衬砌在传统上就是持久保证隧道功能的重要结构 对于采用喷锚支护施工的隧道 一般为了饰面或增加安全度的需要 也需在施作喷锚支护 且在围岩变形基本稳定之后 需现场浇筑整体混凝土衬砌 既二次衬砌 二次衬砌除了起饰面和增加安全度的作用外 实际上也承受了在其施工后发生的外部水压 软弱围岩的蠕 变压力 膨胀性地压 或者浅埋隧道受到的附加荷载等 因此 模筑混凝土衬砌仍然是山岭交通隧道的重要支护型式 模筑衬砌施工的顺序一般可有先墙后拱或先拱后墙两种方式 采用新奥法施工的隧道 应尽量使用模板台车来灌注混凝土二次衬砌 模筑混凝土衬砌施工的主要工作包括 1 准备工作 2 混凝土的制备与运送 灌注作业 3 养护和拆模 4 必要时在成洞地段向衬砌背后压浆等 四 隧道施工中的辅助坑道1 辅助导坑作用隧道施工的基本方式 是从两个洞口开始开挖和衬砌 在隧道中部最后贯通 这时只有两个工作面 因此速度不可能很快 这种方式一般只适应于工期要求不紧或短隧道的施工 对于控制工期的长大隧道 仅用两个作业面是不够的 通常多采用开挖辅助坑道 增辟作业面的方法 以加快施工速度 达到满足工期要求的目的 此外 辅助坑道还为改善施工条件 减少施工干扰 合理布置施工中的各种管路 线路提供了有利条件 如便于材料和石碴的运输 便于通风 便于控制测量等 2 辅助坑道的类型辅助坑道的类型有 横洞 平行导坑 斜井和竖井 辅助坑道的类型选择 应根据隧道长度 工期要求 地形条件 地质及水文地质状况 劳力及机具配备 场地情况以及今后能否被利用等因素综合考虑确定 五 施工辅助作业在隧道施工中 开挖和支护 衬砌 称为基本作业 为基本作业提供必要的施工条件 并直接为其服务的作业称为作业 其内容包括 1 施工通风与防尘 2 压缩空气供应 3 施工供水与排水4 施工供电与照明 三管两线 一 施工通风与防尘1 施工通风的目的隧道施工中 由于凿岩 爆破 装运石碴 喷射混凝土等作业及内燃动力设备进洞 而产生大量的粉尘和有害气体 如CO CO2 NO2 SiO2 H2S等 含煤地层的隧道还有瓦斯 CH4 致使洞内空气恶化 这不仅损害作业人员的身体健康 降低工作效率 而且因洞内缺氧 而导致内燃设备工作条件差 功率和效率降低 故障增加 废气排放量增多 通风的目的是不断地向洞内送入足够的新鲜空气 冲淡和更换有害气体 降低粉尘浓度和洞内温度 2 通风方式隧道长度不足300m或离洞口100m范围地段或坑道贯通后的施工 一般无需通风设备 而依靠洞内外温差 或高差 产生的空气对流形成自然通风 不能满足施工需要时必须采取机械通风 按照风道类型 通风机安装位置的不同 机械通风可分为 风管式 巷道式及风墙式通风 1 风管式通风 2 巷道式通风 3 风墙式通风 3 防尘在隧道施工中 凿岩 装碴 喷射混凝土等作业都有粉尘产生 对人体危害最大的是粒径小于10um的粉尘 它在空气中长期浮游 最易吸入人体内 为了使坑道那的含尘量降低到2mg m3以下 必须采取综合防尘措施 归纳起来有如下几个方面 1 采用湿式凿岩 用高压水冲洗孔眼使岩粉变成浆液流出 2 使用机械通风也是降低洞内粉尘浓度的重要手段 在主要作业 钻眼 装碴等 时间那 应始终开动风机保持通风 3 喷雾洒水不仅可以清除爆破 出碴所产生的粉尘 而且可溶解少量有害气体 并能降低坑道温度 使空气变得明净清爽 常用的喷雾器有人字型 W型和鸭嘴型 它们的构造都很简单 目前已能生产出自动喷雾器 自动打开 自动关闭 4 工作面作业人员在装碴前要先行洒水 冲洗工作面附近的岩壁 以防止粉尘扬起 5 工作人员应带防尘口罩 防止粉尘吸入体内 这也是有效方法之一 二 压缩空气供应在隧道施工中 有许多以压缩空气为动力的风动机具 它们所需的压缩空气都是由空气压缩机 简称空压机或压风机 生产 并通过高压风管供应 空压机按动力来源可分为电动和内燃两种 短隧道可采用移动式内燃空压机 长隧道以采用固定式大型电动空压机为宜 空压机一般是集中安设在靠近洞口的空压机站内 空压机站的生产能力 应根据同时工作的风动机具的耗 风量和管路漏风系数 并考虑由于空压机磨损或海拔高度增加引起的耗风量 以及安全系数等 通过计算和实测确定 空压机站一般应与铺设的高压风管路同侧 并注意防洪 防火 防爆破 机房要求地形宽敞 通风良好 地基坚固 空压机组采用并列式布置 两空压机之间的净距不小于1 5m 此外 还应考虑空压机出入 调换 加油 加水等方便 三 施工供水与排水1 施工供水隧道施工中由于凿岩 防尘 喷射混凝土 灌注混凝土衬砌 混凝土养护及空压机冷却等需要大量用水 另外 施工人员生活 饮水及洗澡 也要用水 因此要有供水设施 1 水质要求 凡无臭味 不含有害矿物质的洁净天然水都可以作施工用水 但仍应做水质试验分析 对拌制混凝土的用水 要求硫酸盐含量不大于1500mg l 氢离子含量 PH值 不少于4 且无油 糖 酸等杂质 2 供水方式 供水方式主要根据水源情况而定 通常应尽量利用自流水源 以减少抽水机械设备 工程中具体做法一般是把山上流水或泉水 河水或地下水 打井 用抽水机扬升到山顶的蓄水池中 然后利用地形高差形成水压 通过管路送达使用地点 水池容量根据最大计算用水量 水源及抽水机等情况而定 蓄水池位置应选择在基底坚固的山坡上 避开隧道洞顶 以防水池下沉开裂后漏水渗入隧道 造成 山体滑动或洞内塌方 水从水池出水口到达隧道开挖面 其水压应不小于0 3Mpa 所以水池与隧道贯通开挖面间应有一定的高差值 3 供水管道 主管直径一般为75 150mm 支管直径为50mm 管路铺设时应保证质量 确保不漏水 严寒地区应有防冻措施 2 洞内排水隧道施工中应将洞内工程废水及地下水及时排出洞外 以防坑道侵水影响施工和埋没工作面 洞内排水方式按开挖方向及路线坡度情况分为两种 1 上坡进洞施工的排水方式 一般只需随着隧道的延伸 在一侧 或两侧 开挖排水沟 使水顺坡自然排出洞外 设有平行导坑的隧道 可将正洞的水通到横通道引入平行导坑排出洞外 2 下坡进洞施工的排水方式 采用抽水机排水 即间隔一定距离开挖集水坑 开挖面的积水用水泵抽到最近的集水坑内 再用大