隧道工程機(jī)械化施工PPT

1、第六章 隧道工程機(jī)械化施工,1,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,2,2、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(yùn)行?？拥辣仨毞€(wěn)定或者用足夠強(qiáng)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

2、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,3,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,4,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

3、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)。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,5,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,6,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,7,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

4、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,8,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,9,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(yùn)出去；二是襯砌，就是把襯砌的材料運(yùn)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

5、程。其最大缺點(diǎn)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(jī)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,10,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,11,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,12,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,13,4、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

6、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,14,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,15, 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(jī)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

7、面、 機(jī)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 。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,16,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,17,一、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

8、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(jī)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,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,18,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(jī)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(kuò)大開挖成洞。 二、炮孔布置 巖石隧道的鉆爆開挖，為

9、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(diǎn)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

10、點(diǎn)是增加了鉆孔數(shù)量，且對炮孔要求的質(zhì)量高。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,19,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,20,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,21,三、鉆孔機(jī)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,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,22,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,23,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,24,四、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(yùn)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(diǎn)： 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

11、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,25,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,26,預(yù)裂爆破：是在開挖輪廓上鉆互相

12、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

13、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,27,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,28,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,29,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(jī)械化施工中，鉆鑿錨桿 孔的鉆機(jī)可以利用 鉆車的支臂鉆機(jī)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(jī)。也有用專 門設(shè)計的錨桿臺車 鉆孔和安插錨桿的。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,30,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

14、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(jī)械拋射原理的噴射機(jī)。 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(qiáng)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(jī)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

15、是將粗、細(xì)骨料和水泥干拌后，經(jīng)噴射機(jī)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(jī)輸送到噴嘴加入速凝劑后噴射。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,31,干式噴射的主要優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是：1）粉塵??；2）生產(chǎn)率高，10m/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(jī)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,32,五

16、、機(jī)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,33,德國 Schaeff ITC312H型挖裝機(jī),第六章 隧道工程機(jī)械化施工,34,1、有軌運(yùn)輸形式 有軌運(yùn)輸適用于單線鐵路長隧道出碴運(yùn)輸，運(yùn)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(yùn)輸大多采用電瓶車或內(nèi)燃機(jī)車牽引，采用礦車或梭式礦車運(yùn) 石渣，是一種適應(yīng)性較強(qiáng)也較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式。 有軌運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸 線（中線）的條件，其核心是使用一組特制

17、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(yùn)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,35,配合進(jìn)行裝渣作業(yè),挖裝機(jī)與梭式礦車配合進(jìn)行裝渣作業(yè),第六章 隧道工程機(jī)械化施工,36,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,37,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,38,2、無軌運(yùn)輸方式 無軌運(yùn)輸主要指采用輪胎式運(yùn)輸車輛運(yùn)輸出碴。 無軌運(yùn)輸多數(shù)采用輪胎式裝載機(jī)或履帶式裝載機(jī)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

18、，選用的輪胎式裝載機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)械要比履帶式的機(jī)動。,第六章 隧道工程機(jī)械

19、化施工,39,適于隧洞運(yùn)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(jī)斗容一般為1 . 5-5m ，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

20、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(yùn)輸?shù)拈L隧洞施工中，如棄渣地點(diǎn)很遠(yuǎn)，則車輛運(yùn)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(yùn)。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,40,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,41,3、出渣運(yùn)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(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：適于各種斷面的開挖；對通風(fēng)的要求比無軌運(yùn) 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

21、、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(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)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(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是：輪胎式設(shè)備具有良好的機(jī)動性，一套設(shè)備能為兩 三個工作面服務(wù)；出渣地點(diǎn)運(yùn)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,42,無軌運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)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)

22、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(jī)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(fèi)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(jī)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(jī)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(jī)和與之相連的風(fēng)管。根據(jù)通風(fēng)機(jī)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(jī)風(fēng)量大，尺寸小，重量輕，調(diào)整方便，便于裝卸和運(yùn)輸?shù)龋虼硕嗖捎幂S流式風(fēng)機(jī)。,第六章 隧道工

23、程機(jī)械化施工,43,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,44,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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,45,、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(jī)具主要有：風(fēng)鉆臺車、噴射混凝土機(jī)具、鍛釬機(jī)、壓漿機(jī)等。要保證這些風(fēng)動機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)站供風(fēng)能力計算

24、壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)供應(yīng)。空氣壓縮機(jī)有內(nèi)燃及電動等類型，空壓機(jī)通常集中安設(shè)在洞口附近，稱為空壓機(jī)站?？諌簷C(jī)站的供風(fēng)能力Q值，取決于由儲氣筒到風(fēng)動機(jī)具設(shè)備沿途的損失、各風(fēng)動機(jī)具的耗風(fēng)量、以及風(fēng)動機(jī)具的同時工作系數(shù)和備用系數(shù)，即：空壓機(jī)站的生產(chǎn)能力（或供風(fēng)能力）Q可用式計算：,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,46,Q=（1+K備）（qK+q漏）km 式中：K同時工作系數(shù) K備空壓機(jī)的備用系數(shù)，一般采用7590 q風(fēng)動機(jī)具所需風(fēng)量，m/min, q漏管路及附件的漏耗損失，其值為： q漏=dL,m3/min;d每公里漏風(fēng)量，平均為 1.5 m/min 2.0 m/min ，L管路總長（）。 km空壓機(jī)

25、所處海拔高度對空壓機(jī)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(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣的壓力一般為0.70.8Mpa左右。為保證風(fēng)動機(jī)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(jī)具的工作風(fēng)壓才不小于0.5Mpa。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,47,、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(jī)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(jī)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

26、求。 、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(jī)械化程度的提高，相應(yīng)機(jī)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(jī)、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,48,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6kv10kv，動力機(jī)械的電壓標(biāo)準(zhǔn)是380v；成洞地段的照明可采用220

27、v。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1224V）； 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(yùn)輸線。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,49,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,50,七、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(yùn)輸方式的特

28、點(diǎn)，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 ）,。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,51,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(yùn)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(yùn)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

29、正洞相接，向外有不小于3 的下坡，以利于排水和運(yùn)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,52,2 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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,53,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(yùn)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

30、，其方法是使平行導(dǎo)坑超前于正洞，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)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(yùn)輸?shù)耐ǖ?，有利于解決正洞的排水、通風(fēng)和運(yùn)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,54,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

31、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（30 0米左右）設(shè)一會車道。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,55,3、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,56,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（）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(yùn)輸

32、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,57,4、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,58,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(yùn)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

33、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,59,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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,60,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,61,工程實例： 西合線東秦嶺隧道（12.268km)：單洞雙

34、線，鐵一、十八局施工。施 工斷面91-101m 。采用貫通式平導(dǎo) (4.8x6.15+4x4.5m；平均28m ) 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/m ； 襯砌800元/m 。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(jī) 3.4 m 590 萬元/臺 小松常林WA470-3裝載機(jī) (3 m, 214KW) 176 萬元/臺 德國ITC312H4挖裝機(jī) (電動75KW

35、，柴油63KW）580萬元/臺 運(yùn)碴：青島STARE 20T 自卸車 40.2 萬元/臺 ( 7臺) 瑞典VOLVO A25C 25T 鉸接自卸車 191.6萬元/臺 ( 8臺),第六章 隧道工程機(jī)械化施工,62, 6一3 TBM法 全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)，簡稱TBM ( Tunnel Boring Machine ）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(jī)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(jī)械。它由主機(jī)和后配套兩部分組成：主機(jī)主要有刀盤、驅(qū)動系統(tǒng)、支撐推進(jìn)系統(tǒng)、皮帶輸送機(jī)等，用于破碎巖石、集碴轉(zhuǎn)載；后配套主要有管片安裝機(jī)械手、豆粒石灌注機(jī)、運(yùn)碴機(jī)車與車廂、翻碴機(jī)、弓型管片運(yùn)

36、輸車等，用于出碴和支護(hù)。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,63,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,64,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,65,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,66,1、TBM 法施工的掘進(jìn)過程是：支撐系統(tǒng)把主機(jī)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(diǎn)， 把推力施加給主機(jī)架和刀 盤，而刀盤上裝有滾刀并 由電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，在強(qiáng)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(jī)上，通 過皮帶機(jī)運(yùn)送到運(yùn)碴車卸 碴，然后運(yùn)到洞外出碴。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,67,2、 TBM 法施工的一個掘進(jìn)

37、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(jī)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(diǎn)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(yùn)輸通道和組裝場地及配套 設(shè)備； ( 3 ）施工速度快，l - 3 . 5 m /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(qiáng)；

38、( 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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,68,3、TBM 前期配套工程 由于TBM 的施工特點(diǎn)，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(yùn)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(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，而且運(yùn)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(fèi)。 ( 3 ）仰拱

39、塊預(yù)制工廠、混凝土拌合站、仰拱塊存放場地； ( 4 ）刀具、機(jī)車、材料車、碴車 維修存放、倉儲場地； ( 5 ）運(yùn)輸軌線及翻車機(jī)安裝工程；( 6 ）供電、供水設(shè)施場地；( 7 ）機(jī)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,69,4、TBM法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1）快速：掘進(jìn)機(jī)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（ 5 . 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)：TB

40、M開挖是機(jī)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(jì)：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(qiáng)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(jī)械化程度高，是工人的勞動強(qiáng)度不高。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,70,缺點(diǎn)： 1）一次性投資大，重量大，運(yùn)輸安裝費(fèi)時費(fèi)力。秦嶺隧道引進(jìn)的TB880E型掘進(jìn)機(jī)（8 .

41、 80m ) ，光主機(jī)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(diǎn)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

42、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(fèi)。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,71,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,72, 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(jī)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(yùn)渣、拼裝隧道襯砌的機(jī)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(jī)械

43、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(jī)吊入井內(nèi)并安裝就位；在盾構(gòu)前部盾殼下挖土（機(jī)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(yùn)出盾構(gòu)，如此不斷循環(huán)直至修完隧道為止。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,73,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

44、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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,74,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,75,我國從90年代以來，已成功地研制了直徑3.86.34m的土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)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

45、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(jī)中適量采用了國外的零部件。在直徑1.23m的頂管掘進(jìn)機(jī)方面，我國已經(jīng)先后研制了先進(jìn)的反鏟頂管機(jī)、土壓平衡頂管機(jī)和泥水加壓頂管機(jī)，國內(nèi)已完全有能力制造國產(chǎn)機(jī)械，替代進(jìn)口設(shè)備。最近，上海已研制了國內(nèi)第一臺3.8m3.8m組合刀盤土壓平衡式矩形頂管機(jī)，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(jī)方面，我國也已研制了直徑600800mm的中心螺桿出土頂管機(jī)、夯管頂管機(jī)和水平定向鉆機(jī)等設(shè)備。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,76,二、盾構(gòu)的分類和特點(diǎn) 1、盾構(gòu)的分類 按盾構(gòu)斷面形狀的不同，可將

46、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(jī)械挖掘式、機(jī)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(jī)械化盾構(gòu)的特點(diǎn)l ）機(jī)械化盾構(gòu)施工的優(yōu)點(diǎn) ( 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(diǎn)。而且施工人員無需直接在掌子面操作，安全性高；,第六章 隧道工程

47、機(jī)械化施工,77,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,78,( 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(jì)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(jī)械化盾構(gòu)施工的缺點(diǎn)( l ）機(jī)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(jī)械出故障，都必須全部停工檢修。機(jī)械檢修和準(zhǔn) 備作業(yè)時間長，機(jī)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

48、 沉陷、局部超挖和加固操作困難；( 5 ）更換磨損刀具困難。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,79,三、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(diǎn)，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(diǎn)，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(jī)構(gòu)、拼裝機(jī)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

49、千斤頂?shù)乃酵屏Γ苟軜?gòu)在土層中頂進(jìn)。同時，也是其他機(jī)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。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,80,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,81,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,82,( 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(qiáng)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(qiáng)肋和縱向加強(qiáng)肋組成。 ( 3 ）盾尾及密封裝置： 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

50、時也是進(jìn)行襯砌組裝的地方。 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(yùn)土等作業(yè)。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,83,2 ）支護(hù)結(jié)構(gòu) 支護(hù)結(jié)構(gòu)一般由活動前檐、活

51、動工作平臺和支護(hù)擋土板等構(gòu)成。3 ）推進(jìn)機(jī)構(gòu) 推進(jìn)機(jī)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(jī)構(gòu) ( 1 ）拼裝機(jī)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(jī)構(gòu)的作用就是將運(yùn)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(yùn)輸?shù)蕉軜?gòu)尾部。因此，拼

52、裝機(jī)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(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置起升裝置、平移裝置和回轉(zhuǎn)裝置。,第六章 隧道工程機(jī)械化施工,84,( 2 ）環(huán)形拼裝機(jī)構(gòu)環(huán)形拼裝機(jī)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(diǎn) 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(jī)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。,