隧道掘进施工方法浅析

前言公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的灵活和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。公路隧道是公路工程结构的重要组成部分之一，随着我国社会主义市场经济的发展，西部大开发战略的实施，高等级公路已从沿海地区向西南、西北山岭区延伸，公路隧道建筑规模也越来越大，原来的两车道隧道已远远不能满足日渐增长的行车要求，隧道规模越大技术也相应复杂，因此，与过去一般公路隧道在设计、施工和运营管理方面均有质的差别，这带给我们公路隧道建设者的是机遇也是挑战，是学习与提高的机会，同时它也挑战我们的观念、我们的技术和管理水平。面临这些挑战，中国工程技术人员在总结自己的经验，同时学习借鉴国外经验的基础上，也取得了很多成绩，即在勘察设计、施工控制以及运营管理方面的水平都有了不少成熟成果，现就山区公路大跨径隧道施工技术方面关键环节作出几点论述。隧道掘进施工方法浅析岩石级别坚固程度Ⅰ(f=20)最坚固Ⅱ(f=15)很坚固Ⅲ(f=10)坚固Ⅲa(f=8)坚固Ⅳ(f=6)比较坚固Ⅳa(f=5)比较坚固Ⅴ(f=4)中等坚固Ⅴa(f=3)中等坚固Ⅵ(f=2)比较软Ⅵa(f=1.5)比较软Ⅶ(f=1)软Ⅶa(f=0.8)软Ⅷ(f=0.6)土状Ⅸ(f=0.5)松散状Ⅹ(f=0.3)流沙状f=xx表示矿岩的坚固性的量化指标.坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数f值）。坚固性系数f=R/100(R单位kg/cm2)式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。如：①极坚固岩石f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等）②坚硬岩石f=8～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等）③中等坚固岩石f=4～6（如普通砂岩，铁矿等）④不坚固岩石f=0.8～3（如黄土、仅为0.3）矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩.致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石.坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。一般的砂岩、铁矿石砂质页岩，页岩质砂岩。坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾石。砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤.流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤.岩石分级各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩.软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤.碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。软砂质粘土、砾石，黄土。腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。代表性岩石目前国内常用的隧道掘进方法有以下几种盾构法特点盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性；②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;③施工操作不受气候条件的影响;④产生的振动、噪声等环境危害较小;⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。适用条件在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法。盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。隧道掘进成型方法1、安全开挖和衬砌，掘进速度快；2、盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化作业，施工劳动强度低。3、不影响地面交通与设施，同时不影响地下管线等设施；4、穿越河道时不影响航运，施工中不受季节、风雨等气候条件影响，施工中没有噪音和扰动；5、在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。1、线位上允许建造用于盾构进出洞和出碴进料的工作井；2、隧道要有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m且不小于盾构直径；3、相对均质的地质条件；4、如果是单洞则要有足够的线间距，洞与洞及洞与其它建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m；5、从经济角度讲，连续的施工长度不小于300m。优点2.掘进速度受掘进机利用率影响很大，在最优条件下利用率可达60%左右，但若岩石需要支护或其它辅助工作跟不上时，其利用率更低。目前，掘进技术仍然会在钻爆破岩掘进、悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组以及全断面掘进机五个方向持续发展。在全硬岩巷道的掘进中，钻爆破岩掘进在很长一段时间内仍会是一种主要方式，但在一些重要领域，全断面掘进机会逐步取代钻爆破岩掘进；在硬度较低的全岩巷道和半煤岩巷道，悬臂式掘进机会得到大力发展，逐步成为主要的掘进方式；在一些条件时宜的煤巷掘进中，掘进效率较高的连续采煤及和掘锚联合机组将会得到推广应用。悬臂式掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组。随着回采工作面综合采煤机械化的快速发展，煤矿对巷道掘进速度要求越来越高。为了提高采准巷道的速度，悬臂式掘进机被大力研制并逐步发展完善。悬臂式掘进机掘进法产品特点1.悬臂式掘进机仅能截割巷道部分断面，要破碎全断面岩石，需多次上下左右连续移动截割头来完成工作。可用于任何断面形状的隧道。缺点1、断面尺寸多变的区段适应能力差；2、新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。3、工人的工作环境较差。盾构法二氧化碳爆破法二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器(爆破筒)内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压致使岩体开2、无需炸药审批的繁琐程序和公安部门的严格监管。3、爆破过程中无破坏性震动和短波，扬尘比例降低，对周围环境影响不大。4、复杂的作业环境均可使用，煤矿及矿山领域。在大多数的隧道施工案例中,钻爆法是比较常见的一种是施工方法。钻爆法开挖作业程序包括测量、钻孔、装药、爆破、通风、出碴、锚杆、立架、挂网、喷锚等工序。爆破的弊端而在大型的隧道开采中，装药爆破环节是存在巨大的隐患.隧道工程安全目标：杜绝因公死亡事故、杜绝严重塌方事故、杜绝爆炸事故、杜绝爆破物品丢失事故。——《隧道工程安全管理办法》在今开采过程中，有隧道面支护的步骤，但是架不住爆炸用量的不确定性。并且在城市隧道，或者靠山而居的村落隧道中，爆破产生的巨大分贝，也是一种声音污染。钻爆法的弊端钻爆法，即是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法，简称钻爆法。这一方法从早期由人工手把钎、锤击凿孔，用火雷管逐个引爆单个药包，发展到用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破及光面爆破等爆破技术。施工前，要根据地质条件、断面大小、支护方式、工期要求以及施工设备、技术等条件，选定掘进方式。钻爆法5、二氧化碳气易采购，部分装置可重复使用。6、多个爆破筒可同时并联，爆破威力大，爆破后岩石个体大。缺点3.与全断面掘进机有一些相同的优点：连续开挖、无爆破震动、能更自由地决定支护岩石的适当时机；可减少超挖；可节省岩石支护和衬砌的费用。4.与全断面掘进机比较，悬臂式掘进机小巧，在隧道中有较大的灵活性，能用于任何支护类型。5.与全断面掘进机相比，具有投资少、施工准备时间短和再利用性高等显著特点。优势1、气体比炸药更有安全性，不属于民爆产品，运输、储存和使用不需要审批。岩石分裂机分裂法岩石分裂机运用液压机械方式对岩石进行分裂，是针对坚硬岩石能高效裂碎的创新设备，在矿山开采及建筑土石方工程中不能使用炸药的情况下破碎岩石具有很大的技术优势，淘汰了膨胀破碎剂。岩石锯切片法1、效率低：步骤过于繁琐，每天炸不了几次，环节多了出问题的机率就多。如灌装、接线、封孔等环节。2、临空面要求：利用临空面才有效果，深基坑或凌空不好的作业面不适合。3、产量低：无法实现多排爆破，就造成单次爆破的爆破筒数量不宜超过两排，超过一排就容易卡住或炸坏爆破筒。利用挖掘机等工程机械设备，附加液压岩石锯，对工作面进行松散切割，然后用破碎锤或铣挖机进行剥离。这种施工方法优点是切割成本低、设备转场方便；缺点是岩石锯片普遍较薄，母机的稳定性差时，很容易崩坏锯片。岩石锯切片法-Q我司最新研发的岩石切割锯控制系统，主要以挖掘机为载体可以实现单次移动母机切割范围达到宽度3米、长度3.5米的切割范围，有效降低了锯片的事故率，降低人为干预切割、可大幅降低施工人员的劳动强度。4、成本高：其使用的活化器是专用的，一次性用品，产量不高时也造成爆破成本高。5、要求高：爆破筒装填工艺和现场施工均较复杂，对炮孔质量要求较高。6、噪音及安全：爆破震动力虽不大，毕竟声响比较明显，若要在周边有居民楼及建筑物的使用，应尽量先征求当地安监及环保是否允许。通常被破碎的岩石抗压强度很高，但抗拉强度低，静爆岩石分裂机以超高压油为能量源，由液压动力站输出的超高压油又经增压器的机械放大后驱动分裂棒内的油缸产生巨大推动力，使分裂机推动分裂棒中的液压顶向外伸出胀裂岩石，液压力瞬间超高压，达到几千吨的分裂力，轻而易举的从岩石内部将坚硬岩石分裂，并使物体按预定方向分裂，达到胀裂破碎开挖的目的。安全系数使用成本高高高高低低中等高低高中等中等低低施工方法对比施工方法盾构法主机价格对员工依赖度低徐州启洋机械有限公司2018/2/1高高中等中等中等低高高高高高高低悬臂掘进法钻爆法二氧化碳爆破法岩石分裂器分裂法岩石锯切片法岩石锯切片法Q