鉆爆法與TBM盾構(gòu)機(jī)施工技術(shù)特點(diǎn)比較

摘 要：目前，世界各國(guó)越來越重視地下空間的開發(fā)和利用，并且把地下空間當(dāng)成了一種新的國(guó)土資源，即“地下產(chǎn)業(yè)”。在地下空間開發(fā)利用過程中，越來越多的人采用隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行快速施工。隧道爆破技術(shù)雖然早為許多人所掌握，比較成熟，但是其發(fā)展空間依然很大，發(fā)展的前途依然光明。本文對(duì)鉆爆和TBM盾構(gòu)機(jī)施工方法的內(nèi)容和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和介紹，分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道掘進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀和前景。

關(guān)鍵詞：隧道開挖；鉆爆；TBM；對(duì)比分析

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，公路交通建設(shè)方興未艾，到2013年年底，我國(guó)公路總里程達(dá)435.62km，居世界第一。全國(guó)高速公路從無到有，再到現(xiàn)在9.6萬km的通車?yán)锍踢_(dá)，公路橋梁達(dá)71.3萬座、總長(zhǎng)達(dá)3663萬km。當(dāng)然，隧道的發(fā)展離不開先進(jìn)的隧道掘進(jìn)技術(shù)，本文對(duì)鉆爆和TBM盾構(gòu)機(jī)施工方法的內(nèi)容和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)、介紹和對(duì)比，分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)隧道掘進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)狀和前景。

1 鉆爆法施工

隧道鉆爆法（即隧道掘進(jìn)鉆爆法施工）有著經(jīng)濟(jì)、高效，對(duì)地質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)隧道施工中，最重要和最常用的方法就是隧道爆破法。我國(guó)建設(shè)完成各種各樣的隧道、隧洞，其中有九成以上是采用此種方法施工的。完全可以這么說，隧道建設(shè)發(fā)展歷史就

是隧道爆破技術(shù)的發(fā)展歷史。在最近的幾十年，隧道爆破技術(shù)為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)立下了不朽的功勛。

1.1 加大了開挖循環(huán)進(jìn)尺尺度，提高了施工進(jìn)度

如今鐵路單、雙線隧道掘進(jìn)施工過程，使用手風(fēng)鉆作業(yè)月進(jìn)百米并不罕見，月進(jìn)200m甚至更多也不在少數(shù)。采用多臂液壓鑿巖臺(tái)車作業(yè)的，其月進(jìn)度一般在200～500m，比手風(fēng)鉆效率更高。

1.2 隧道爆破安全狀況目前已經(jīng)有了明顯的提高

目前，爆破器材的品質(zhì)有了較大的改進(jìn)。而機(jī)械在隧道爆破施工中扮演著越來越重要的角色，機(jī)械化程度越來越高。

1.3 改善了隧道爆破作業(yè)對(duì)施工人員和環(huán)境的影響

目前的爆破技術(shù)有利于圍巖穩(wěn)定，極大地降低了爆破效應(yīng)對(duì)隧道圍巖的影響。由于圍巖失穩(wěn)所造成隧道坍塌事故的發(fā)生頻率越來越少。

1.4 提高了隧道開挖控制水平

超欠挖是一個(gè)當(dāng)今隧道開挖施工中普遍存在的現(xiàn)象，直接影響到施工安全及經(jīng)濟(jì)效益，而光面爆破技術(shù)有效地控制了超欠挖現(xiàn)象。光面爆破技術(shù)的運(yùn)用使得隧道開挖輪廓線的精度大大提高。這樣不但對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定有一定好處，而且還減小了超、欠挖所造成的浪費(fèi)。

1.5 瓦斯隧道、含煤地層等施工水平也有所提高

在隧道爆破施工中有天然氣和煤巖層存在是高度危險(xiǎn)的，稍有不慎就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。近幾年，在這些方面積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)然，鉆爆法采用爆破方法掘進(jìn)，必定具有一定劣勢(shì)。是否采用鉆爆法施工需考慮一下幾點(diǎn)。

⑴鉆爆過程中安全隱患較大，包括生命和財(cái)產(chǎn)安全。

⑵對(duì)圍巖的擾動(dòng)破壞較大，非人為造成的超挖量較大，

⑶支洞修建過多，修建道路，對(duì)環(huán)境影響較大

⑷人力資源投入大，設(shè)備投入臺(tái)件多。

2 TBM盾構(gòu)機(jī)作業(yè)

TBM盾構(gòu)機(jī)包含了機(jī)械，液壓，電子和激光控制等各種方面的技術(shù)，這種技術(shù)提高了機(jī)械化和自動(dòng)化程度。TBM盾構(gòu)機(jī)具有施工快速、高效，安全和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，比鉆爆法更適合于長(zhǎng)距離或超長(zhǎng)距離隧道（超過4～5km）的建設(shè)，大埋深隧道的建設(shè)，跨流域、跨洋也適合的此類方法。TBM盾構(gòu)法在隧道掘進(jìn)過程中，刀盤在一定的速度旋轉(zhuǎn)和推力作用下，推力傳遞到刀具上，巖石在刀具的作用下形成破碎石塊，碎石經(jīng)過鏟斗送達(dá)各級(jí)皮帶，并向洞外輸送，同時(shí)，推進(jìn)油缸不斷推動(dòng)刀具刀盤向前掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：

2.1 施工效率極高

TBM盾構(gòu)機(jī)的誕生實(shí)現(xiàn)了隧道建設(shè)者的夢(mèng)想。這是隧道施工機(jī)械化的發(fā)展趨勢(shì)。TBM盾構(gòu)法采用了標(biāo)準(zhǔn)化施工條件，使得施工過程大大簡(jiǎn)化，基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線施工。TBM盾構(gòu)法采用隧道開挖，出碴，同步作業(yè)。TBM盾構(gòu)法掘進(jìn)速度和施工效率明顯高于隧道開挖鉆爆法相應(yīng)的指標(biāo)，雖然有效進(jìn)尺率是3～5m/h。而鉆爆法是6～10m/h，但是他的平均日進(jìn)尺率是鉆爆法的5～8倍。TBM盾構(gòu)法施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)較小，在淺隧洞情況下，采用TBM盾構(gòu)法施工可以減少地面沉陷，保證地面建筑物發(fā)生不均勻沉降。因此，在城市隧道施工過程中，TBM

盾構(gòu)法是主要的施工方法。在埋深大于1500m的情況，采用TBM盾構(gòu)法掘進(jìn)施工時(shí)，可有效降低巖爆造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。TBM盾構(gòu)機(jī)憑借安裝在掘進(jìn)機(jī)上的刀具切削巖石，并能以水和除塵設(shè)備，空氣供給系統(tǒng)等措施，進(jìn)一步減少和消除隧道粉塵。

2.2 施工質(zhì)量好、精度高

TBM盾構(gòu)機(jī)設(shè)備配備有定位系統(tǒng)，能夠精確的定位隧道中軸線，由于其高精度方面的優(yōu)勢(shì)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。其開挖截面是標(biāo)準(zhǔn)的“圓型”的洞室無超欠挖現(xiàn)象，具有可靠的施工質(zhì)量。

實(shí)踐表明，TBM盾構(gòu)法在安全、快速、環(huán)保和對(duì)圍巖擾動(dòng)小方面確實(shí)具有一系列的優(yōu)勢(shì)。但他也有可改進(jìn)的地方：

⑴強(qiáng)化掘進(jìn)過程中的超前預(yù)報(bào)和地質(zhì)檢測(cè)，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)并預(yù)報(bào)掌子面前方及附近的不良地質(zhì)狀況；

⑵地質(zhì)適應(yīng)性較差，大型的巖溶暗河地質(zhì)、高應(yīng)力地質(zhì)、軟巖地區(qū)、可能發(fā)生水涌現(xiàn)象地區(qū)等不良地質(zhì)隧道，均不適合采用TBM盾構(gòu)法施工

⑶TBM盾構(gòu)法施工成本偏高，應(yīng)從設(shè)計(jì)到施工方面探索降低TBM盾構(gòu)法施工成本的措施。

⑷TBM盾構(gòu)法施工過程中不管是鐵路運(yùn)輸出碴還是連續(xù)輸送機(jī)出碴，都是在TBM掘進(jìn)機(jī)開挖完成后再進(jìn)行二次襯砌。無法做到掘進(jìn)與襯砌同時(shí)施工，并且TBM盾構(gòu)法的施工周期太長(zhǎng)，不能滿足鐵道部，建設(shè)部和其他部委發(fā)布的二次襯砌與隧道開挖面間距不能超過文件規(guī)范要求。

結(jié)語

隧道工程具有比較可靠的功能，而且還能夠節(jié)約土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，他的這些優(yōu)勢(shì)使其在交通運(yùn)輸，水電，能源、市政建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中越來越突出。當(dāng)然，在我國(guó)目前的基礎(chǔ)設(shè)施能力的情況下，隧道爆破仍然是隧道開挖的主要方法。

在長(zhǎng)隧道工程中，無論是國(guó)產(chǎn)TBM盾構(gòu)機(jī)還進(jìn)口TBM盾構(gòu)機(jī)施工，圓形隧道采用TBM盾構(gòu)機(jī)開挖經(jīng)濟(jì)性明顯，TBM盾構(gòu)法快速施工較鉆爆法長(zhǎng)洞短打的經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)約成本約在5%～20%。復(fù)雜地質(zhì)，比如溶洞、涌水等特殊地質(zhì)條件經(jīng)超前處理后，或輔以鉆爆法開挖通過后，再采用TBM盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。這是現(xiàn)在及將來的趨勢(shì)。但是目前國(guó)內(nèi)施工單位的TBM盾構(gòu)法施工管理水平相對(duì)落后，與國(guó)外施工單位的管理水平差距較大，施工管理水平有待提高。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)看來，TBM盾構(gòu)法與鉆爆法的造價(jià)差將會(huì)隨著TBM盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣而逐漸縮小。TBM盾構(gòu)機(jī)將在中長(zhǎng)隧道的建設(shè)中逐步取代鉆爆法成為主流施工方法。

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作者簡(jiǎn)介

張洛萌（1995-），男，漢族，河南省安陽(yáng)市人，工程碩士，單位：河南大學(xué)土木建筑學(xué)院建筑與土木工程專業(yè)，研究方向：道路橋梁。

（作者單位：河南大學(xué)）