长隧洞施工关键技术
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自然通风对于长大隧道在隧道没有贯通前自然通风一般是通过相互连通的施工支洞形成另外也可以通过打垂直通风井即选择隧道所经部位地面合适的地形地貌处打垂直孔再用反井钻机扩大形成通风竖井通风通风竖井一般布置在隧道侧边而不在隧道顶部位置竖井通风的效果比支洞通风的效果相对较好
水利水电技术! 第 "# 卷! $%%& 年第 # 期
!" 引" 言
随着我国经济和科学技术的不断进步发展和西 部大开发战略的实施，西电东送、南水北调、西气 东输等重 大 工 程 的 启 动，我 国 中 长 期 铁 路 网 规 划、 公路网 发 展 规 划 的 逐 步 实 施，城 市 地 铁 的 加 快 修 建，在这些工程建设中将遇到大量的长大隧道。长 大隧洞一般洞径十米左右，长度在几公里乃至几十 公里，埋深在几十米到数千米，国内已经建成的有天 生桥二级水电站引水隧洞，单洞 平 均 长 度 TC , SF； 万家寨引黄一期工程南干线 - 号隧洞长达 U#C " SF； 秦岭隧道单洞长 *&C U" SF；乌鞘岭隧道长 %$C $" SF 等。在建拟建的有锦屏二级水电站引水隧洞，单洞 长约 *,C - SF ；南水北调西线中最长的引水隧洞长 约 -# SF ；琼州海峡隧道长约 #$ SF ；渤海海峡隧道 长约 "- SF ；大伙房水库输水隧洞长 &"C #% SF 等。 因此，长大隧洞的施工方法与研究越来越受到国人 的关注。
水利水电技术! 第 "# 卷! $%%& 年第 # 期
万方数据
黄锦波， 等#长隧洞施工关键技术
配套拖车组工作平台，作装渣、调车、设置变压器及 待接风管等之用。 掘进机刀盘上装有 !" 把滚刀，切削下来的岩块 由刀盘上的 #$ 只铲斗铲起卸入料槽通过 #% &’ ( （ )$ 英寸） 宽转料皮带机，装入平架上的转料皮带末端漏 斗，卸 入 平 台 上 的 出 渣 矿 车 运 出。每 辆 矿 车 容 积 #"% ! ( ，每列车由 ! + , 部出渣车组成。由日本富士 重工产 *- . 柴油机车牵引出洞。在支洞口设翻车机， 矿车进入翻车机 （ 可同时卸二辆） 翻转 #,&/ 将石渣卸 入渣坑，由 *% # (* 装载机装 $& 0 自卸汽车运至弃渣 场。 !" !" #$ 掘进机通过不良地质洞段 掘进机通过软弱地层、断层破碎带、岩溶等比较 困难地段对施工速度有较大影响。 （# ） 掘进机通过溶洞的施工技术。 掘进机在! 隧洞的施工中遇到一个天然大溶洞， 溶洞下宽 上 窄，与 隧 洞 轴 线 交 角 约 #-/ ，横 向 宽 约 - + ’ (，纵向宽约 #* + #- (，顶部比掘进机头高约 *& (，溶洞底部为松散大块石，能看到的部分比掘进 基础低约 - + , (。处理方案是：先对溶洞底部松散 岩体进行回填封堵和灌浆，再用素混凝土回填至隧洞 底以下 &% - (，用钢筋混凝土做掘进通过的基础，同 时用素混凝土将溶洞回填至掘进以上 - (，以解决侧 向支护，使掘进机顺利通过此溶洞。 （$） 掘进机通过软弱地基的施工技术。 掘进机在! 隧洞工程的施工中遇一溶洞横穿隧 洞，沿洞线方向长 $& 余 (，高 *& 余 (，洞内堆积有 泥夹石及泥砂质壤土，溶洞两端洞壁的上半部是泥加 石混合物，下半部则是较完整的岩体。治理措施是： 钢支撑加浇、喷混凝土构成联合支护。利用下半部岩 体打入楔缝式锚杆作根基，用 #) 号槽钢对焊成箱形 梁固定在锚杆上作为支座，在此支座上焊接 $& 号工 字钢构成环向支撑，在环向支撑顶部焊接桁架并补喷 混凝土。待混凝土达到一定强度，能承受的起掘进机 的横向支撑时，掘进机再通过。 （* ） 掘进机通过岩石破碎带时的施工技术。 进机在! 、" 主洞掘进时多次遇到区域性大断 层，因破碎带范围过大而被迫停机。对于这种情况， 采用掌子面超前固结灌浆法对岩层进行加固，然后通 过。 !" !" %$ 掘进机施工中应注重的问题 （#） 超前地质探测。 由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分 详尽，因此常常在施工中出现一些不可预见的地质灾
长 隧 洞 施 工 关 键 技 术
黄锦波，帖军锋，范双柱
（ 中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁! "#$$%& ）
! 目前我国在长大隧洞施工中主要采用钻爆法和掘进机法，这两种施工技术都比较成熟。同 时，我国的工程建设者在长大隧洞不良地质段的处理方面也积累了丰富的理论和实践经验，这都为我 国长大隧洞的快速、高效施工奠定了坚实的基础。 ! 长大隧洞；钻爆法；掘进机法；不良地质洞段
中图分类号：’("! ! ! ! 文献标识码：)! ! ! ! 文章编号：*$$$+ $&,$ （ %$$, ） $-+ $$%#+ $,
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万"+, 方数据 !"#$% &$’()%*$’ -.,%(/(0$% 1+23+$$%3+2 4(56 78 9(6 种施工技术 手段：一 种 为 传 统 的 钻 爆 法 施 工；另 一 种 为 采 用 ’)Q 掘进机整体掘进法施工。两种施工方法相比较， 钻爆法施工具有资金投入低、机动灵活、对各种地质 结构的适应性强等优点。全断面 ’)Q 掘进施工方法 具有优质、高效、环保、安全可靠、综合成本低等优 点。 #$ !" 钻爆法施工 钻爆法的施工程序为钻孔、装药、爆破、出渣等 工序。%$ 世纪前半叶，隧道施工主要以手持式凿岩 机为主。至 -$ 年代世界第一台实用的液压凿岩机诞 生后，液压凿岩机在隧道施工中得到了迅速的发展与 应用。近年来液压凿岩机不断更新换代，新产品、新 ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
? ! 主洞桩号 . @ .473 + 向上游掘进，-770 年 + 月 -- 日 到达桩号 + @ +41，掘进长度 1 0-83 + #。
!" !" (# 掘进机主要性能参数 掘进机铭牌进尺 -3 ,2 # A B，刀盘推动力 - 12, C， 作用于 洞 侧 壁 的 水 平 推 力 每 边 1 048 C，刀 盘 功 率 - .7, (<，机器总重 .1+ C，最大重件 （ 内刀盘） 223 4 C， 电压等级 +2, D，周波 8, )E。 掘进机本机长 -83 8 #，在机身后 -- # 的空间之 后由 -8 节平台车、+ 节斜坡道车共同组成轨道式后
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收稿日期：%$$,+ $,+ *" 作者简介：黄锦波 （*T"#—） ，男，广东潮阳人，高级工程师，总工程师。
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黄锦波， 等#长隧洞施工关键技术
型号不断涌现，出现了双臂、三臂凿岩台车，且大扭 矩、大冲击能和高频率产品不断出现，如芬兰 !"#$ %&’( 公司研制推出的 )*+,,, 型系列液压凿岩机可钻 凿孔径达 -., / 01, ##、深度达 12 # 的炮眼。目前， 由于液压凿岩技术的大力发展，形成了钻、装、运、 支等机械化配套作业线，简化了工作面的作业设备， 缩短了机械搬、调、运时间，提高了掘进工效和速 度。 国内根据不同工程的不同特点，钻爆法施工多采 用全液压凿岩机和手持式凿岩机相结合的施工方法。 例如在天生桥二级隧洞钻爆法开挖中，!、"类围岩 洞段采用三臂钻造孔，全断面开挖，循环进尺 03 4 / 13 4 #，为方便施工，隧洞底部留 ,3 . # 厚的松渣， 作为施工交通道路；#、$围岩洞段采用三臂钻配合 手风钻造孔，进行分部开挖，实行弱爆破、短进尺、 多循环、强支护的 “ 新奥法” 施工方法，开挖循环进 尺 - / -3 4 #，同时利用隧洞开挖后应力重新分布的 时间效应及围岩自身的承载力，及时进行挂网锚喷、 架设钢支撑等支护措施，保证了施工安全和进度，减 少了塌方发生。 采用钻爆法施工最主要的是解决交通和通风散烟 的问题，对于单个掘进面，其所担负的掘进长度一般 在 0 (# 左右。对于长隧道施工来说，可以采用打施 工支洞的方法进行解决，形成 “ 长洞短打” 。对于靠 近岸坡且平行岸坡布置的隧道来说，施工支洞的布置 相对较容易；对于埋深较大且施工支洞布置较困难或 费用较高时，通风散烟与洞内交通问题将会变的特别 突出。 隧道采用钻爆法掘进时主要有全断面掘进法和 分层掘进 法。对 于 岩 层 较 好、 洞 径 相 对 较 小 的 洞 段，采用全断面掘进法是比较经济的；对于岩层较 差、洞径相对较大的洞段，采用分层开挖法可保证 安全。也有 采 用 先 导 洞 后 扩 挖 的 施 工 方 法， 对 于 ! 、 " 类围，一般采用打下导洞的方法，因围岩相 对较好，导洞的支护工作量会响应减少，这样就可 以达到既经济又快速的目的。对于 # 、 $ 围岩，因 围岩较差，采用打上导洞的方法，根据围岩具体状 况，可采用单导洞或双导洞 （ 眼镜法） ，这样就可以 对隧道顶部作到一次支护到位，待开挖隧道下部时 安全就有了保障。 !" !# $%& 掘进机法施工 !56 岩石掘进机施工原理是利用机械压力对岩 石进行切削、破碎，具有开挖、输送、测量导向等多 功能于一体的优势。已广泛用于交通、市政、水工隧
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道等工程。 我国于 -781 年开始研究试制 !56 掘进机 （ 主要 为盾构机） ，并于 2, 年代研制出了 9:、 ;: 型系列掘 进机，在水利水电、矿山等多个工程中应用。但是， 我国掘进机与国外掘进机相比较，在技术性能和可靠 性等方面还有较大的差距。 根据国内外工程实践实践证明：!56 掘进速率一 般为常规钻爆法的 1 / -, 倍，当隧道长度大于 8 (#， 或隧道长度与直径之比大于 8,, 时，采用 !56 进行 隧道施工是比较经济的。但是，当隧道采用掘进机单 头掘进长度超过 0, (# 时，在无条件增设支洞或竖井 时，将会由于向洞外出渣运距加长，向洞内运送人 员、物资时间增加等原因，而降低 !56 的效率。同 时万一洞内发生意外事故，会增加人员的危险性。因 此，通常在单条长隧道情况下，大约需要每隔 -, / -4 (# 设置一出口。 我国实行改革开放以来，已有天生桥二级水电站 引水隧洞工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭 铁路隧道工程等项目引入国外大型 !56 进行隧道施 工，并取得了成功。以下就天生桥二级水电站的应用 !56 掘进机的实例简要介绍掘进机的施工。 !" !" ’# 工程概况 天生桥二级水电站为一低坝长隧洞大型引水式电 站。主要建筑物由首部枢纽大坝、引水系统和发电厂 房三部分组成，总装机容量 -10 万 (<。三条引水隧 洞平行布置于河床右岸山体内，最大埋深 2,, #，最 小埋 深 -4, #，隧 洞 平 均 长 度 7 8,1 #，平 均 底 坡 ,3 1-+= ，掘进机开挖直径 !-,3 2 #。 !" !" !# 掘进机施工布置情况 本工程进口了两台美国罗宾斯公司的 141 > -78 型、直径 !-,3 2 # 的全断面掘进机，在 % ? 、 ! ? 主洞 各布置一台。-724 年 1 月 -2 日，第一台掘进机就位于 0 ? 支洞工作面进行试掘进，-728 年 -0 月进入 % ? 主洞 向上游掘进，-77- 年 . 月 1, 日到达桩号 + @ -++3 2，掘 进长度 + 8+43 0 #；第二台掘进机于 -72. 年 . 月 1 日从
水利水电技术! 第 "# 卷! $%%& 年第 # 期
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随着我国经济和科学技术的不断进步发展和西 部大开发战略的实施，西电东送、南水北调、西气 东输等重 大 工 程 的 启 动，我 国 中 长 期 铁 路 网 规 划、 公路网 发 展 规 划 的 逐 步 实 施，城 市 地 铁 的 加 快 修 建，在这些工程建设中将遇到大量的长大隧道。长 大隧洞一般洞径十米左右，长度在几公里乃至几十 公里，埋深在几十米到数千米，国内已经建成的有天 生桥二级水电站引水隧洞，单洞 平 均 长 度 TC , SF； 万家寨引黄一期工程南干线 - 号隧洞长达 U#C " SF； 秦岭隧道单洞长 *&C U" SF；乌鞘岭隧道长 %$C $" SF 等。在建拟建的有锦屏二级水电站引水隧洞，单洞 长约 *,C - SF ；南水北调西线中最长的引水隧洞长 约 -# SF ；琼州海峡隧道长约 #$ SF ；渤海海峡隧道 长约 "- SF ；大伙房水库输水隧洞长 &"C #% SF 等。 因此，长大隧洞的施工方法与研究越来越受到国人 的关注。
水利水电技术! 第 "# 卷! $%%& 年第 # 期
万方数据
黄锦波， 等#长隧洞施工关键技术
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长 隧 洞 施 工 关 键 技 术
黄锦波，帖军锋，范双柱
（ 中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁! "#$$%& ）
! 目前我国在长大隧洞施工中主要采用钻爆法和掘进机法，这两种施工技术都比较成熟。同 时，我国的工程建设者在长大隧洞不良地质段的处理方面也积累了丰富的理论和实践经验，这都为我 国长大隧洞的快速、高效施工奠定了坚实的基础。 ! 长大隧洞；钻爆法；掘进机法；不良地质洞段
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? ! 主洞桩号 . @ .473 + 向上游掘进，-770 年 + 月 -- 日 到达桩号 + @ +41，掘进长度 1 0-83 + #。
!" !" (# 掘进机主要性能参数 掘进机铭牌进尺 -3 ,2 # A B，刀盘推动力 - 12, C， 作用于 洞 侧 壁 的 水 平 推 力 每 边 1 048 C，刀 盘 功 率 - .7, (<，机器总重 .1+ C，最大重件 （ 内刀盘） 223 4 C， 电压等级 +2, D，周波 8, )E。 掘进机本机长 -83 8 #，在机身后 -- # 的空间之 后由 -8 节平台车、+ 节斜坡道车共同组成轨道式后
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道等工程。 我国于 -781 年开始研究试制 !56 掘进机 （ 主要 为盾构机） ，并于 2, 年代研制出了 9:、 ;: 型系列掘 进机，在水利水电、矿山等多个工程中应用。但是， 我国掘进机与国外掘进机相比较，在技术性能和可靠 性等方面还有较大的差距。 根据国内外工程实践实践证明：!56 掘进速率一 般为常规钻爆法的 1 / -, 倍，当隧道长度大于 8 (#， 或隧道长度与直径之比大于 8,, 时，采用 !56 进行 隧道施工是比较经济的。但是，当隧道采用掘进机单 头掘进长度超过 0, (# 时，在无条件增设支洞或竖井 时，将会由于向洞外出渣运距加长，向洞内运送人 员、物资时间增加等原因，而降低 !56 的效率。同 时万一洞内发生意外事故，会增加人员的危险性。因 此，通常在单条长隧道情况下，大约需要每隔 -, / -4 (# 设置一出口。 我国实行改革开放以来，已有天生桥二级水电站 引水隧洞工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭 铁路隧道工程等项目引入国外大型 !56 进行隧道施 工，并取得了成功。以下就天生桥二级水电站的应用 !56 掘进机的实例简要介绍掘进机的施工。 !" !" ’# 工程概况 天生桥二级水电站为一低坝长隧洞大型引水式电 站。主要建筑物由首部枢纽大坝、引水系统和发电厂 房三部分组成，总装机容量 -10 万 (<。三条引水隧 洞平行布置于河床右岸山体内，最大埋深 2,, #，最 小埋 深 -4, #，隧 洞 平 均 长 度 7 8,1 #，平 均 底 坡 ,3 1-+= ，掘进机开挖直径 !-,3 2 #。 !" !" !# 掘进机施工布置情况 本工程进口了两台美国罗宾斯公司的 141 > -78 型、直径 !-,3 2 # 的全断面掘进机，在 % ? 、 ! ? 主洞 各布置一台。-724 年 1 月 -2 日，第一台掘进机就位于 0 ? 支洞工作面进行试掘进，-728 年 -0 月进入 % ? 主洞 向上游掘进，-77- 年 . 月 1, 日到达桩号 + @ -++3 2，掘 进长度 + 8+43 0 #；第二台掘进机于 -72. 年 . 月 1 日从