隧道開(kāi)挖的幾種方式

開(kāi)挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用于淺埋隧道或城市鐵路隧道，而山嶺鐵路隧道多用暗挖法。按開(kāi)挖斷面大小、位置分，有分部開(kāi)挖法和全斷面開(kāi)挖法。在石質(zhì)巖層中采用鉆爆法最為廣泛，采用掘進(jìn)機直接開(kāi)挖也逐漸推廣。在松軟地質(zhì)中采用盾構法開(kāi)挖較多。

在隧道巖面上鉆眼，并裝填炸藥爆破，用全斷面開(kāi)挖或分部開(kāi)挖等將隧道開(kāi)挖成型的施工方法。

鉆爆法開(kāi)挖作業(yè)程序包括測量、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、出碴、錨桿、立架、掛網(wǎng)、噴錨等工序。

①鉆孔：要先設計炮孔方案，然后按設計的炮孔位置、方向和深度嚴格鉆孔。單線(xiàn)隧道全斷面開(kāi)挖，采用鉆孔臺車(chē)配備中型鑿巖機，鉆孔深度約為2.5～4.0米。雙線(xiàn)隧道全斷面開(kāi)挖采用大型鑿巖臺車(chē)配備重型鑿巖機，鉆孔深度可達5.0米。炮孔直徑約為 4～5厘米。炮孔分為掏槽孔（開(kāi)辟臨空面）、掘進(jìn)孔（保證進(jìn)度）和周邊孔（控制輪廓）。

②裝藥：在掘進(jìn)孔、掏槽孔和周邊孔內裝填炸藥。一般裝填硝胺炸藥，有時(shí)也用膠質(zhì)炸藥。裝填炸藥率約為炮眼長(cháng)度的60%～80%，周邊孔的裝藥量要少些。為縮短裝藥時(shí)間,可把硝胺炸藥制成長(cháng)的管狀藥卷,以便填入炮眼；也可利用特制的裝藥機械把細粒狀藥粉射入炮孔中。

③爆破：19世紀上半期以前用明火起爆。1867年美國胡薩克鐵路隧道開(kāi)始采用電力起爆。此后，電力起爆逐漸推廣。在全斷面掘進(jìn)中，為了減低爆破對圍巖的震動(dòng)和破壞，并保證爆破的效果，多采用分時(shí)間階段爆破的電雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，邊墻采用預裂爆破。近期發(fā)展的非電引爆的導爆索應用日益廣泛。

④施工通風(fēng)：排出或稀釋爆破后產(chǎn)生的有害氣體和由內燃機產(chǎn)生的氮氧化物及一氧化碳,同時(shí)排除煙塵,供給新鮮空氣，借以保證隧道施工人員的安全和改善工作環(huán)境。通風(fēng)可分主要系統和局部系統。主要系統可利用管道（直徑一般為1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行導坑等），配以大型或中型通風(fēng)機；局部系統多用小型管道及小型通風(fēng)機。巷道通風(fēng)多采用吸出式，將污濁空氣吸出洞外，新鮮空氣由正洞流入。新鮮空氣不易達到的工作面，須采用局部通風(fēng)機補充壓入。

⑤施工支護：隧道開(kāi)挖必須及時(shí)支護，以減少?lài)鷰r松動(dòng)，防止塌方。施工支護分為構件支撐和噴錨支護。構件支撐一般有木料、金屬、鋼木混合構件等，現在使用鋼支撐者逐漸加多。噴錨支護是20世紀50年代發(fā)展起來(lái)的一種支護方法，其特點(diǎn)是支護及時(shí)、穩固可靠，具有一定柔性，與圍巖密貼，能給施工場(chǎng)地提供較大活動(dòng)空間。中國在一些老黃土隧道中應用噴錨支護也獲得成功。噴射混凝土工藝分為干噴和濕噴?，F多采用干噴法，即將干拌混凝土內摻入一定數量的速凝劑，用壓縮空氣將混凝土由管內噴出。在噴口加水射到巖石面上，一次可噴3～5厘米厚度。在噴射混凝土中摻入一些鋼纖維，或在巖面掛鋼絲網(wǎng)可提高噴錨支護的強度。鋼錨桿安設在巖層面上的鉆孔內,其長(cháng)度和間距視圍巖性質(zhì)而定,一般長(cháng)度為2～5米，通常用樹(shù)膠和水泥漿沿桿體全長(cháng)錨固。在巖層較好地段僅噴混凝土即可得到足夠的支護強度。在圍巖堅硬穩定的地段也可不加支撐。在軟弱圍巖地段噴錨可以聯(lián)合使用，錨桿應加長(cháng)，以加強支護力。

⑥裝碴與運輸：在開(kāi)挖作業(yè)中，裝碴機可采用多種類(lèi)型，如后翻式、裝載式、扒斗式、蟹爪式和大鏟斗內燃裝載機等。運輸機車(chē)有內燃牽引車(chē)、電瓶車(chē)等，運輸車(chē)輛有大斗車(chē)、槽式列車(chē)、梭式礦車(chē)及大型自卸汽車(chē)等。運輸線(xiàn)分有軌和無(wú)軌兩種。

由鉆孔直到出碴完畢稱(chēng)為一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)。根據中國的經(jīng)驗，在單線(xiàn)全斷面開(kāi)挖中24小時(shí)能作兩個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)能進(jìn)3.5米深度，每日單口進(jìn)度可達7米。然而在開(kāi)挖中難免遇到斷層或松軟石質(zhì)以及涌水等，不易保持每日的預計循環(huán)，所以每月單口實(shí)際進(jìn)度多低于200米。中國成昆線(xiàn)蜜蜂箐單線(xiàn)隧道單口最高月進(jìn)度曾達到 200米。日本大清水雙線(xiàn)隧道單口最高月進(jìn)度曾達到 160米。開(kāi)挖循環(huán)作業(yè)的特點(diǎn)是一個(gè)工序接一個(gè)工序必須逐項按時(shí)完成，否則前一工序推遲就會(huì )影響下一工序，因而拖長(cháng)全部時(shí)間。其中最主要的工序為鉆孔及出碴，所用時(shí)間占全部作業(yè)時(shí)間比例較大。

鉆爆法開(kāi)挖采用的方法有全斷面開(kāi)挖法和分部開(kāi)挖法。

①全斷面開(kāi)挖法：一次開(kāi)挖成型的方法。一般采用帶有鑿巖機的臺車(chē)鉆孔，用毫秒爆破，噴錨支護。還要有大型裝碴運輸機械和通風(fēng)設備。全斷面開(kāi)挖法又演變?yōu)榘霐嗝娣?。半斷面法是弧形上半部領(lǐng)先，下半部隔一段距離施工。

②分部開(kāi)挖法：先用小斷面超前開(kāi)挖導坑,然后,將導坑擴大到半斷面或全斷面的開(kāi)挖方法。這種方法主要優(yōu)點(diǎn)是可采用輕型機械施工，多開(kāi)工作面，各工序間拉開(kāi)一定的安全距離。缺點(diǎn)是工序多,有干擾,用人多。根據導坑在隧道斷面的位置分為：上導坑法、中央導坑法、下導坑法以及由上下導坑互相配合的各種方法，另有把全斷面縱向分為臺階進(jìn)行開(kāi)挖，而各層臺階距離較短的臺階法。

上導坑法適用于軟弱巖層、襯砌順序是先拱后墻，曾于1872～1881年為圣哥達隧道采用。中國短隧道一般用這種方法。中央導坑法是導坑開(kāi)挖后向四周打輻射炮眼爆破出全斷面或先擴大上半部。20世紀初美洲曾用這種方法，20年代美國新喀斯喀特隧道也用這種方法。下導坑法即下導坑領(lǐng)先的方法。其中包括：a.上下導坑法，利用領(lǐng)先的下導坑向上預打漏斗孔，便于開(kāi)展上導坑等多工序平行作業(yè)。襯砌順序多用先拱后墻，遇圍巖較好時(shí)亦可改為先墻后拱。b.漏斗棚架法，適用于堅硬地層，以下導坑掘進(jìn)領(lǐng)先，由下而上分層開(kāi)挖，設棚架，先襯砌邊墻后砌拱。1961～1966年在中國成昆線(xiàn)關(guān)村壩鐵路隧道應用,1964年復工后取得平均單口月成洞152米的進(jìn)度。c.蘑菇形法，同漏斗棚架法類(lèi)似，也設棚架，但先襯砌拱部后砌邊墻。1971～1973年在枝柳線(xiàn)彭莫山單線(xiàn)隧道應用,取得平均單口月成洞132米的進(jìn)度。d.側壁導坑法，兩個(gè)下導坑領(lǐng)先，環(huán)形開(kāi)挖，最后挖掉中心土體，襯砌順序為先墻后拱，多用于圍巖很差的雙線(xiàn)隧道。也有采用上導坑領(lǐng)先及兩個(gè)下導坑成品字形的。更多相關(guān)題目：

全斷面開(kāi)挖法和分部開(kāi)挖法是鉆爆法開(kāi)挖常用的方法，但隧道施工很復雜，時(shí)常遇到各種困難情況，如大斷層、流沙、膨脹地層、溶洞、大量涌水等，尚需采取相應措施。

采用盾構作為施工機具的隧道施工方法 [2]  。1825年在倫敦泰晤士河水下隧道首先試用盾構，并獲得成功。此后，松軟地質(zhì)多采用盾構法開(kāi)挖。盾構是一種圓形鋼結構開(kāi)挖機械，其前端為切口環(huán)，中間為支撐環(huán)，后端為盾尾。開(kāi)挖時(shí)，切口環(huán)首先切入地層并能掩護工人安全地工作;支撐環(huán)是承受荷載的主要部分,其中安設多臺推進(jìn)盾構的千斤頂及其他機械；盾尾隨著(zhù)上述兩部分前進(jìn)，保護工人安裝鑄鐵管片或鋼筋混凝土管片。盾構法適用于松軟地層，施工安全，對地層擾動(dòng)少，控制圍巖周邊準確，極少超挖。日本丹那鐵路隧道曾采用盾構法施工。

在整個(gè)隧道斷面上，用連續掘進(jìn)的聯(lián)動(dòng)機施工的方法。早在19世紀50年代初，美國胡薩克隧道就試用過(guò)掘進(jìn)機，但未成功。直到20世紀50年代以后才逐漸發(fā)展起來(lái)。掘進(jìn)機是一種用強力切割地層的圓形鋼結構機械，有多種類(lèi)型。普通型的掘進(jìn)機的前端是一個(gè)金屬圓盤(pán)，以強大的旋轉和推進(jìn)力驅動(dòng)旋轉，圓盤(pán)上裝有數十把特制刀具，切割地層，圓盤(pán)周邊裝有若干鏟斗將切割的碎石傾入皮帶運輸機，自后部運出。機身中部有數對可伸縮的支撐機構，當刀具切割地層時(shí)，它先外伸撐緊在周?chē)鷰r壁上，以平衡強大的扭矩和推力。掘進(jìn)機法的優(yōu)點(diǎn)是對圍巖擾動(dòng)少,控制斷面準確，無(wú)超挖,速度快，操作人員少。

隧道開(kāi)挖后，為使圍巖穩定，確保運營(yíng)安全，需按一定輪廓尺寸建造一層具有足夠強度的支護結構，這種隧道支護結構稱(chēng)為隧道襯砌。常用的襯砌種類(lèi)有就地灌注混凝土類(lèi)、預制塊拼裝、噴錨或單噴混凝土、復合式襯砌。復合式襯砌是在噴錨或單噴支護之后，再就地灌注一層混凝土，形成噴錨支護同混凝土襯砌結合的復合式襯砌結構。如遇有水地段可在兩層支護間加掛一層塑料板或做其他防水層。