理论教育 隧道工程掘进方式及选择原则

隧道工程掘进方式及选择原则

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:掘进方式是影响围岩稳定的又一重要因素。在实际隧道工程中,掘进方式的选择原则是:首先要考虑坑道范围内被挖除岩体的坚固性、掘进方式对围岩的扰动程度、围岩的抗扰动能力;其次要考虑开挖方法、作业空间大小、机械配备能力、工期要求、工区长度、经济性等因素的影响,进行综合分析,选用既经济、快速,又不严重影响围岩稳定性的掘进方式。

隧道工程掘进方式及选择原则

掘进方式是指对坑道范围内岩体的挖除方式(破岩方式)。按照破岩方式来分,掘进方式有针眼爆破掘进、全断面掘进机掘进、自由断面挖掘机掘进和人工掘进四种。

1.钻眼爆破掘进

钻眼爆破掘进是在被爆破岩体的各个部位钻孔后,将炸药分散安装于各个钻孔中并引发炸药爆炸,从而爆破坑道范围内的岩体。隧道工程中一般采用掏槽爆破。

爆炸破岩对围岩的扰动较大,导致围岩稳定能力降低,有时爆破振动致使围岩产生崩塌,故其一般只适合用于围岩稳定性较好的石质岩体隧道中。随着控制爆破技术的发展,爆破法的应用范围也逐渐加大,如用于软石及硬土的松动爆破。钻眼爆破掘进是一般山岭隧道工程中常用的掘进方式,需要专用的钻眼设备及消耗大量炸药等爆破材料,并只能分段循环掘进。

2.全断面掘进机掘进

全断面掘进机掘进是采用装在掘进机前端的圆形刀盘中的切削刀来破碎岩体的,它可以一次完成隧道圆形断面掘进。采用全断面掘进机,可以避免爆破振动对围岩的破坏,掘进时对围岩的扰动破坏较小,破岩能力较强,故一般适合用于围岩完整性和稳定性较好的硬岩地层中。其机械化、集成化程度很高,施工速度快。

3.自由断面挖掘机掘进

自由断面挖掘机掘进是采用装在可移动式机械臂上的切削头来破碎岩体,并逐步完成隧道断面成型的。自由断面挖掘机避免了爆破振动对围岩的破坏,掘进时对围岩的扰动破坏小,但自身的破岩能力也较小,故一般适合用于围岩稳定性较差的软岩隧道及土质隧道中,尤其适合用于配合敞胸式盾构机施工。

自由断面挖掘机的适应能力较强,可以挖掘任意形状和大小的隧道,也可以连续掘进。自由断面挖掘机多随机配备连续拾渣及转载机构。常用的拾渣机构有蟹爪式、立爪式、铲斗式和挖斗式等几种;常用的转载机构有刮板式和链板式两种。自由断面挖掘机多采用履带式走行机构,以适应洞内临时道路承载力较低甚至泥泞的条件。当道路泥泞并采用轨道运输时,可选用带有轨道走行机构的自由断面挖掘机。(www.daowen.com)

常用的自由断面挖掘机可分为铣盘切削式采矿机、挖斗式挖掘机和铲斗式装渣机三种。其中,铣盘切削式采矿机是将带有柱齿状或圆锥状切削刃的切削头安装在液压伸缩臂上,切削头可以在水平方向和垂直方向旋转,这种铣盘切削式采矿机可以挖掘各种含水率较低的土及中等硬度以下的岩石,但不适合用于泥质土的挖掘;挖斗式挖掘机或铲斗式装渣机用于隧道掘进时,挖掘和装渣可以同时进行,但其破岩能力有限,一般只适合用于挖掘硬土至软塑泥质土,且须辅以人工修凿周边。

4.人工掘进

人工掘进是采用十字镐、风镐等简易工具来挖除岩体。人工掘进对围岩的扰动破坏小,有利于保持围岩原有的稳定能力,但人工掘进速度较慢,劳动强度较大,安全性差,故一般适合用于围岩稳定性较差的土质隧道或软岩隧道。

人工掘进只在特殊地质条件或特小断面的隧道工程中偶有采用,如在不能采用爆破掘进的软弱破碎围岩和土质隧道中,若隧道工程量不大,工期要求不太紧,又无机械或不宜采用机械掘进时,则可以采用人工掘进。人工掘进时,尤其应做好安全防护措施,并安排专人负责工作面的安全观察。

5.掘进方式的选择原则

原本充塞在隧道所在位置的岩体,其软硬程度和破碎程度各不相同,破碎并挖除这些岩体的难易程度不尽相同,不同的掘进方式对围岩的扰动程度也是不同的。掘进方式是影响围岩稳定的又一重要因素。不同的岩体和围岩,适宜采用的破岩方式也不尽相同。

隧道掘进方式的选择就是要确定每一部分岩体的破岩方式,以及破岩时对围岩扰动的控制措施。在实际隧道工程中,掘进方式的选择原则是:首先要考虑坑道范围内被挖除岩体的坚固性、掘进方式对围岩的扰动程度、围岩的抗扰动能力(即其稳定性);其次要考虑开挖方法、作业空间大小、机械配备能力、工期要求、工区长度经济性等因素的影响,进行综合分析,选用既经济、快速,又不严重影响围岩稳定性的掘进方式。

综上所述,钻爆掘进虽然较经济,但对围岩的扰动太大,尤其对软弱破碎围岩的稳定不利;机械掘进虽然对围岩扰动小,速度也快,但机械投资较大;人工掘进对围岩扰动小,但掘进速度太慢,劳动强度太大。目前,在山岭隧道中,主要是石质岩体时,多数仍采用钻眼爆破方式掘进。值得注意的是,在采用钻眼爆破方式掘进时,尤其应当严格实施爆破控制,以减少爆破振动对围岩的扰动破坏和对已施作支护的影响。

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