【文章內(nèi)容簡介】 由外向里逐層起爆，這種方法可以顯著降低鉆爆法施工的爆破振動(dòng)速度。在松散地層中，切槽后立即向槽內(nèi)噴入混凝土，在開挖面前方形成一個(gè)預(yù)筑拱，隨后才將切槽所界定的掌子面開挖出來，這樣就能有效地減少因掌子面開挖而產(chǎn)生的圍巖變形與地表沉降，并使開挖工作能在預(yù)筑拱保護(hù)下安全高效進(jìn)行。 隧道施工 ? 臺階七步開挖法 ? 洞身開挖采用臺階七步開挖法施工，是指在隧道開挖過程中，分七個(gè)開挖面，以前后七個(gè)不同的位置相互錯(cuò)開同時(shí)開挖，然后分部同時(shí)支護(hù)，形成支護(hù)整體，縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間，逐步向縱深推進(jìn)的作業(yè)方法，形成開挖及施作初期支護(hù)，混凝土仰拱緊跟下臺階及時(shí)施作構(gòu)成穩(wěn)固的初期支護(hù)體系。 隧道施工 隧道施工 111234 576663m～5 m3m 3m3m 3m4m～6 m16662 34 57短臺階七步開挖法開挖步序圖核心土3m～8 m仰拱棧橋臺階七步開挖法 隧道施工 臺階七步開挖法 隧道施工 ? 全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（ TBM）法 ? 全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（ TBM）法 ? 全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（ TBM）是開挖的巖石隧道斷面基本能自穩(wěn)，且系常壓式、刀盤式機(jī)頭的平洞掘進(jìn)機(jī)。TBM施工法的優(yōu)點(diǎn)在于施工速度快，能縮短工期，但只從開挖的可能性來考慮，還不能確定能否采用。如果巖質(zhì)相同， TBM施工法沒有超挖量，與鉆爆施工法相比，周邊圍巖也不松弛，那么，即使需要支護(hù)也只需輕型的即可，在減少襯砌混凝土量等費(fèi)用方面也具有很大優(yōu)點(diǎn)。但地質(zhì)條件不適合于 TBM施工法時(shí)，即在破碎帶、膨脹性圍巖以及大涌水帶等條件下， TBM的掘進(jìn)就比較困難，即使是最高性能的機(jī)械有時(shí)也會(huì)延誤工期，這時(shí)可用鉆爆法輔助做好該區(qū)段開挖和通風(fēng)， TBM再向硬巖掘進(jìn)，所以鉆爆法和 TBM法可混合使用互相取長補(bǔ)短。 隧道施工 隧道施工 ? 全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（ TBM）法 隧道掘進(jìn)機(jī)概念 當(dāng)隧道長度過長時(shí)，用常規(guī)鉆爆法進(jìn)行隧道施工將需要相當(dāng)長的工期，隧道掘進(jìn)機(jī)法施工則適合長隧道施工的需要。隧道掘進(jìn)機(jī)英文名稱是 Tunnel Boring Machine，簡稱 TBM。 根據(jù)國外實(shí)踐證明：當(dāng)隧道長度與直徑之比大于 600時(shí)，采用TBM進(jìn)行隧道施工是經(jīng)濟(jì)的。 TBM最大的優(yōu)點(diǎn)是快速。其一般速率為常規(guī)鉆爆法的 3～ 10倍。此外，采用 TBM施工還有優(yōu)質(zhì)、安全、有利于環(huán)境保護(hù)和節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。由于 TBM提高了掘進(jìn)機(jī)速率，工期大為縮短，因此在整體上是經(jīng)濟(jì)的。 TBM的缺點(diǎn)主要是對地質(zhì)條件的適應(yīng)性不如常規(guī)的鉆爆法；主機(jī)重量大；前期訂購TBM費(fèi)用較多；要求施工人員技術(shù)水平和管理水平高；對短隧道不能發(fā)揮其優(yōu)越性。由于科學(xué)技術(shù)的不斷迅猛進(jìn)步，現(xiàn)在 TBM可以適應(yīng)較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，從松散軟土到極堅(jiān)硬的巖石都可以應(yīng)用，使用范圍日益廣泛。 隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 隧道掘進(jìn)機(jī)的針對性很強(qiáng)，不同的地質(zhì)條件需要不同的掘進(jìn)機(jī)，也就產(chǎn)生了不同的掘進(jìn)機(jī)。 ? 有的適用于軟土，又稱為盾構(gòu)機(jī) (Shield Machine) ? 有的適用于巖石，稱硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)（ TBM）。 ? 既能在巖石又能在軟土中掘進(jìn)的兩用混合掘進(jìn)機(jī)，已應(yīng)用于英吉利海峽隧道法國側(cè)隧道施工以及我國連接香港九龍和新界的西鐵隧道施工。 盾構(gòu)法 ? 適用于軟土地區(qū)埋深大的隧道工程， 可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管線密集區(qū)的下部。盾構(gòu)是這種施工方法中 最主要的施工機(jī)具，它是一個(gè)既能支撐地層壓力又能在地層中推進(jìn)的鋼筒結(jié)構(gòu)體 隧道掘 進(jìn)機(jī)。目前，盾構(gòu)法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地鐵區(qū)間隧道、電力電訊隧道、 市政管線隧道和進(jìn)水排水隧道等地下工程。 隧道掘進(jìn)機(jī)在我國的應(yīng)用 自 1978年我國實(shí)行改革開發(fā)以來，已有甘肅省引大入秦工程、山西省萬家寨引黃工程和陜西省秦嶺鐵路隧道工程等項(xiàng)目引入國外大型 TBM進(jìn)行隧道施工，取得了成功。 西安－安康鐵路秦嶺 Ⅰ 線隧道全斷面掘進(jìn)機(jī) (TBM)的成功應(yīng)用，我國鐵路隧道施工技術(shù)水平又有了新的突破。秦嶺隧道為兩座平行的單線隧道，是我國目前最長的單線鐵路隧道，其中 Ⅰ 線隧道全長 ，最大埋深 1600m，巖石平均抗壓強(qiáng)度達(dá) 150MPa。秦嶺 Ⅰ線隧道斷面直徑 ，復(fù)合式襯砌，采用掘進(jìn)機(jī)施工，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)、出碴工序機(jī)械化，掘進(jìn)速度高、超挖少，對圍巖擾動(dòng)少，改善作業(yè)環(huán)境，為我國今后鐵路長隧道快速施工創(chuàng)造了新的經(jīng)驗(yàn)。 長隧道 TBM施工中的問題 （ 1） 超前地質(zhì)探測問題 由于長隧道在施工前的地質(zhì)勘查不可能做得十分詳盡，因此，常常在施工中出現(xiàn)一些不可預(yù)見的地質(zhì)災(zāi)害，例如涌水、巖溶、瓦斯、斷層、膨脹巖、高地應(yīng)力、圍巖大變形等。因此， TBM在掘進(jìn)過程中，必須有超前地質(zhì)探測的保證。 我國在 60年代修建的成昆鐵路全線共有 415座隧道 ,其中發(fā)生涌水問題的占 ％。在危地馬拉的 Rio Chixoy水電站的 27km長的供水隧道中 ,因遇到巖溶 ,一臺 TBM被埋在一個(gè)侵蝕洞穴。委內(nèi)瑞拉的 Yacambu隧道長27km,其圍巖收斂變形每分鐘達(dá)到 20cm,致使 TBM無法完成掘進(jìn)而停工。萬家寨引黃工程南干 7隧洞遇到摩天嶺大斷層（影響帶長達(dá) 300m） ,因進(jìn)行工程處理而延誤工期達(dá) 3個(gè)月之久。因此 ,TBM在掘進(jìn)過程中 ,必須有超前地質(zhì)探測的保證。 長隧道 TBM施工中的問題 （ 2） 長隧道工程質(zhì)量的檢查驗(yàn)收問題 TBM施工長隧道具有快速高效的特點(diǎn)。但是，對這些長隧道施工質(zhì)量的檢查驗(yàn)收通?？坷?回彈儀、鉆孔抽查 等常規(guī)手段。這些手段不能對隧道全線的工程質(zhì)量作出全面完整可靠的檢驗(yàn)。瑞士安伯格測量技術(shù)有限公司研制出 TS360型系列隧道掃描器滿足了隧道全線工程檢測的需要。 長隧道 TBM施工中的問題 （ 3） 安全問題 TBM在長隧道中施工，萬一發(fā)生事故，施工人員是難以迅速撤離出隧道的。因此， TBM必須配備可靠的安全保護(hù)系統(tǒng)?？偟膩碇v，TBM施工的事故遠(yuǎn)比鉆爆法小。 TBM施工中發(fā)生水、火災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)不大 ,但是丹麥 GreatBelt工程隧道 4臺 TBM在施工中就遇到了罕見的水、火災(zāi)害。幸運(yùn)的是這兩次事件均未造成人員傷亡 ,特別需要指出的是嚴(yán)重的火災(zāi)持續(xù)了 17小時(shí) ,周圍溫度高達(dá) 700176。 左右 ,優(yōu)秀的防爆系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng) ,防爆緊急電源開始工作 ,自動(dòng)氧氣罩的供給 ,保證了施工人員的安全撤離。這個(gè)實(shí)例強(qiáng)有力地說明 TBM施工必須有可靠的安全保護(hù)系統(tǒng) ,同時(shí)也充分地說明只要采用了可靠的安全保護(hù)系統(tǒng) ,TBM的施工安全是可以得到保證的。 長隧道 TBM施工中的問題 （ 4） 長隧道的出口 當(dāng)隧道采用 TBM獨(dú)頭掘進(jìn)長度超過 20Km，又無條件增設(shè)支洞或豎井時(shí)，將會(huì)由于向洞外出閘運(yùn)距加長，向洞內(nèi)運(yùn)送人員、物資時(shí)間增加等原因，而降低 TBM的效率。同時(shí)，萬一洞內(nèi)發(fā)生意外事故，增加人員的危險(xiǎn)性。因此，通常在單條隧道情況下，大約需要每隔10Km～ 15Km設(shè)置一出口。 長隧道 TBM施工中的問題 （ 5） TBM的部件儲備 長隧道采用 TBM時(shí)， TBM的一些零部件容易磨損，需要更換。因此，必須有一定數(shù)量的易損部件的儲備，否則會(huì)導(dǎo)致停機(jī)待料，延誤工期，造成損失。通常部件庫存量應(yīng)是整機(jī)數(shù)量的 10%，其供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)有充足的貨源，完善的庫房，良好的運(yùn)輸和通訊條件以及高效的管理人員。 監(jiān)測檢測技術(shù) 監(jiān)測檢測 ? 對于隧道工程，承載結(jié)構(gòu)變化最直觀的就是產(chǎn)生位移，可以利用不同的量測方法和量測儀器得到承載結(jié)構(gòu)位移及內(nèi)力的變化。通過以往獲得大量的承載結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力量測結(jié)果，可以得出承載結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力變化與承載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之間的規(guī)律。結(jié)合已有的工程量測資料，利用類比法可以確定現(xiàn)有承載結(jié)構(gòu)受力變化是否安全。隧道監(jiān)控量測的實(shí)施運(yùn)用，便是通過種種量測方法得到準(zhǔn)確的承載結(jié)構(gòu)變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，通過類比可以得出一定的結(jié)論。量測工作是新奧法構(gòu)筑隧道非常重要的一環(huán)。 監(jiān)測檢測 ? 新奧法量測工作的作用或目的為：掌握圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，利用量測結(jié)果修改設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工；預(yù)見事故和險(xiǎn)情，以便及時(shí)采取措施，防患于未然；積累資料，為以后的新奧法設(shè)計(jì)提供類比依據(jù)；為確定隧道安全提供可靠的信息；量測數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理與必要的計(jì)算和判斷后，進(jìn)行預(yù)測和反饋，以保證施工安全和隧道穩(wěn)定。 隧道檢測技術(shù)的主要內(nèi)容 ? 按隧道修建過程分 ， 其主要內(nèi)容包括：材料質(zhì)量檢測 、 超前支護(hù)與預(yù)加固圍巖施工質(zhì)量檢測 、 開挖質(zhì)量檢測 、 初期支護(hù)施工質(zhì)量檢測 、 防排水質(zhì)量檢測 、 施工監(jiān)控量測 、 混凝土襯砌質(zhì)量檢測 、 通風(fēng)檢測 、 照明檢測等 。 監(jiān)測檢測 材料檢測 ? 隧道工程的常用原材料有：襯砌材料、支護(hù)材料、防排水材料。 ? 支護(hù)材料包括錨桿、噴射混凝土和鋼構(gòu)件等，防排水材料包括注漿材料、高分子合成卷材、排水管和防水混凝土等。 施工質(zhì)量檢測 ? 主要內(nèi)容包括：超前支護(hù)及預(yù)加固、開挖、初期支護(hù)、防排水和襯砌混凝土質(zhì)量檢測。 監(jiān)測檢測 ? 支護(hù)質(zhì)量主要指錨桿安裝質(zhì)量、噴射混凝土質(zhì)量和鋼構(gòu)件質(zhì)量。對于錨桿，施工質(zhì)量檢測的內(nèi)容有錨桿的間排距、錨桿的長度、錨桿的方向、注漿式錨桿的密實(shí)度、錨桿的抗拔力等。對于噴射混凝土，施工中應(yīng)主要檢測其強(qiáng)度、厚度和平整度。對于鋼構(gòu)件，則要檢測構(gòu)件的規(guī)格與節(jié)間連接、架間距、構(gòu)件與圍巖的接觸情況以及與錨桿的連接。此外，對支護(hù)背后的回填密實(shí)度也要進(jìn)行探測。其中，用錨桿拉拔儀、扭力扳手等檢測錨桿抗拔力，用錨桿質(zhì)量檢測儀、錨桿密實(shí)度檢測儀檢測錨桿砂漿密實(shí)度和長度，用鑿孔、隧道激光斷面儀、攝影機(jī)、混凝土測厚儀、地質(zhì)雷達(dá)、超聲波檢測儀等檢測支護(hù)結(jié)構(gòu)厚度，用地質(zhì)雷達(dá)、超聲波檢測儀檢測支護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷及支護(hù)結(jié)構(gòu)背后空洞。 監(jiān)測檢測 ? 襯砌混凝土質(zhì)量檢測包括襯砌的幾何尺寸、襯砌混凝土強(qiáng)度、混凝土的完整性、混凝土裂縫、襯砌背后的回填密度和襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋分布等的檢測。其中外觀尺寸容易用直尺量測，混凝土強(qiáng)度及其完整性則需用無損探測技術(shù)完成，混凝土裂縫可用塞尺等簡單方法檢測，襯砌背后的回填密實(shí)度和襯砌內(nèi)部鋼架、鋼筋分布等可采用地質(zhì)雷達(dá)法和鉆孔法檢測。 監(jiān)測檢測 按用途可分類 1 工程測試： 為保證施工過程中隧道的穩(wěn)定和有效地進(jìn)行施工控制而必須進(jìn)行的測試項(xiàng)目。如：隧道拱頂下沉、隧道收斂等。 2 檢驗(yàn)測試： 為保證和檢驗(yàn)隧道工程質(zhì)量而進(jìn)行的測試項(xiàng)目。如：錨桿抗拔力及密實(shí)度檢測、斷面測量、支護(hù)結(jié)構(gòu)厚度及缺陷檢測等。 監(jiān)測檢測 按測試內(nèi)容分類 按測試內(nèi)容可分為： 1 圍巖狀態(tài)（包括原巖應(yīng)力、松弛范圍等）測試； 2 荷載（圍巖壓力及支護(hù)層間壓力）測試； 3 支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)（包括支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移等）測試。 監(jiān)測檢測 測試項(xiàng)目及手段 測試項(xiàng)目及手段 1 隧道周邊位移及斷面： 精密水準(zhǔn)儀、收斂計(jì)、全息攝影機(jī)、隧道斷面儀。 2 圍巖內(nèi)部位移： 鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)（機(jī)械式、電磁式）、地面撓度儀。 3 淺埋隧道地面沉降： 精密水準(zhǔn)儀、全斷面沉降儀、激光掃平儀。 一般用水平儀量測，量測精度 177。 1mm。 監(jiān)測檢測 測試項(xiàng)目及手段 4 原始地應(yīng)力： 水劈裂、應(yīng)力解除、聲發(fā)射、鉆孔應(yīng)力（應(yīng)變、變形）計(jì)。 5 巖體破壞狀態(tài)：巖體聲波測試儀。 6 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：淺層地震儀。 7 圍巖壓力及支護(hù)層間壓力：壓力傳感器。 8 支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力：混凝土應(yīng)變儀（鋼弦式、電阻式）。 9 錨桿軸力：（應(yīng)變式、鋼筋計(jì)）量測錨桿。 監(jiān)測檢測 測試項(xiàng)目及手段 10 結(jié)構(gòu)厚度：混凝土測厚儀、地質(zhì)雷達(dá)、超聲波檢測儀。 11 結(jié)構(gòu)缺陷及支護(hù)結(jié)構(gòu)背后空洞：地質(zhì)雷達(dá)、超聲波檢測儀。 12 抗拔力：錨桿拉拔儀。 13 錨桿砂漿密實(shí)度：錨桿密實(shí)度檢測儀。 監(jiān)測檢測 隧道變形量測 ? 隧道變形（位移）是隧道圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)形態(tài)變化最直接最明顯的反映，也是影響圍巖和支護(hù)穩(wěn)定各因素的綜合反映，并且變形也是在工程中最容易獲取和最直觀的信息，是鐵路隧道監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目。 監(jiān)測檢測 ? 地表下沉量測控制要點(diǎn)： ? 淺埋隧道洞頂?shù)乇硐鲁亮繙y應(yīng)在隧道尚未開挖前就開始進(jìn)行，借以獲得開挖過程中全位移曲線。測點(diǎn)和拱頂下沉量測布置在同一斷面上。測點(diǎn)縱向間距與隧道埋深和開挖寬度有關(guān)，橫向測點(diǎn)一般布置在 4— 6倍洞室寬范圍，隧道中線附近密些，外側(cè)漸稀，間距為2～ 5m。