浅谈隧道掘进中的优化方案

[摘 要]随着我国隧道建设事业的不断发展，研究隧道掘进中的优化方案意义重大。本文首先介绍了隧道掘进中的潜盾机发进控制测量，重点分析了两种不同掘进施工方案的适用条件比较，并结合实践提出隧道掘进过程中优化的注意事项。

[关键词]隧道；掘进中；优化方案

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0070-01

一、前言

我国的隧道建设事业每年都在发生着重大变化，控制好隧道建设的各个环节便能得到最为理想化的隧道建设效果。研究隧道掘进中的优化方案能够更好地控制隧道建设的过程，对于提升隧道掘进中的建设质量与施工效果有着关键性的作用。

二、隧道掘进中的潜盾机发进控制测量

潜盾机发进端工作井里控制点平面座标及资料确认后即以此据控制潜盾机发进前各项相关设备位置，其目的在希望潜盾机发进后能安全无故障的在原设计线型上掘进，日后的隧道相关行车净空间也能在容许范围内。利用工作井内控制点在连续壁面上放样出发进端镜面框中心点，中心点为圆心再以潜盾隧道半径画出圆框，以利隧道组人员进行试水作业确认连续壁外地改工程阻隔地下水功效，避免潜盾机破镜后涌水影响工作，依照画出的圆框范围安装镜面框，如此就确认了潜盾机发进时破镜面的位置了。

在大部份的情况下发进端与到达端在连续壁前后都是直线段，除非隧道端口距离车站月台超过20米，并在其间隧道线型已进入了缓和曲线段，例如加入了特殊部结构区，不过此情况在设计之初较少采用。发进端反力座位置其实也是隧道中心线型的延伸，其座标位置几何关系对潜盾机来说是矩形对称的，主要用意在位于潜盾机正后方发进时盾机内部推进用千斤顶透过临时假环片施力于反力座，借着反作用力推动潜盾机身前进，并利用盾头切削刀旋转破除连续壁面及岩盘土层，在盾身内部则不断组装环片，千斤顶再施力于环片侧边推进，如此循环掘进，并由盾机内部排泥管将盾头切削刀搅碎之泥浆排出外运。

在此之前测量工作需与潜盾组沟通互相配合，最基本的就是在整理好的发进台地面放样出隧道中心里程及法线，提供潜盾机身相关设备就位依据，惟需特别注意的是隧道中心线设计值与轨道中心线之间存在着偏移量，因为隧道内部单侧设计了步道，隧道线型也配合设计存在着曲线，为了考虑车辆净空包络线安全值，再配合隧道线型曲率，设计了轨道中心线型偏移量而成隧道中心线型，其偏移量值是随里程而变动的，加上潜盾机发进端掘进方向可能与设计线型里程前进方向相反，所以潜盾机发进前须特别注意隧道中心线型是在轨道中心线型掘进方向的左侧或是右侧。

当潜盾机组零件陆续由施工投入口吊下组装完成就位后，会先利用先前放样于地上的隧道中心基线调整到定位，最后仍需经过精密测量平面座标及高程来确认潜盾机发进前位置，测量方式有几种，例如利用全站仪无菱镜测距功能来测收潜盾机外壳几个横断面曲线来反推盾身圆心，即得知潜盾机位置高程，另外测量支撑潜盾机身下方的钢轨，亦可反推潜盾机身中心线，但上述两种方式属于较间接方式求得潜盾机位置，较直接的方式是使用横距尺架设于盾头与盾尾，直接测收横距尺中心座标，即可推算对应隧道中心线型之里程及支距，再于横距尺正下方潜盾机内部测收高程，测收之高程值再加上内圆半径，最后就可算出潜盾机身中心线型发进前与设计值在平面座标与高程的误差了。

三、两种不同掘进施工方案的适用条件比较

国内外隧道掘进的施工方案主要有两种，一种是传统的钻爆法， 一种是掘进机法。钻爆法采用钻眼、爆破出碴支撑、衬砌循环重复进行的施工方案，除有断层和含水地层外，几乎适应从软岩（40MPa）到硬岩（超过180MPa）的各类围岩，即使对于岩类多变的长大隧道也会有均衡的产出，钻爆法适合对任何断面的掘进，但当隧道长度较长时，工作面的及时通风和及时除生比较困难，而掘进机法和地质条件相关密切，需要针对不同的地质条件使用不同结构形式掘进机，如果实际工程地质条件与设计技术条件相差较大，可能会大大降低使用率，掘进机最适应的地质是40-180MPa的中硬沿。

但实际上，绝对理想的地质条件是罕见的，使用掘进机就需要根据各类围岩所占比例的大小，首先满足主要的，即比例大的地质条件，对次要的采取一些补救措施，但可能以降低开挖速度为代价。虽然护盾的出现使掘进机适应能力大大增强，但对短洞和地质条件特别复杂的长隧道，掘进帆发挥不了优势，需采用钻爆法.因此，地质条件的变化对掘进机的生产率会产生较大的影响但对钻爆法的影响就小得多，因此在使用掘进机前对地质条件进行超前预报，提供详细的地质资料是非常必要的.掘进机法最适合长隧道、圆断面，当隧道较短时，开挖成本会增加，当所需断面为其它形式时，超挖即不可避免，从而影响其经济性。通常，掘进机适用于掘进直经5m-10m的范围的隧道，原因是在此范围内，施工人员便于接近隧道掘进机的辅助系统刀头、及其他结构件以利于有效的修理和一般维护，同时使出碴系统有更太的灵活性及有效性。当隧道为小直经时（小于3.2m）就会带来出碴，通风、接近刀头和工作空间狭窄等问题由于掘进机的成本高，所以最好能连续地用在其它的隧道工程中。使用掘进机法在洞口处尚需用钻爆法开挖一定距离以便使掘进机安装和定位，所以掘进机法几乎不可用于短于一英里（1.6公里）的隧道。

四、隧道掘进中优化的注意事项

1.开挖、凿孔。开挖人员到达工作地点时，应首先检查工作面是否处于安全状态，并检查支护是否牢固，顶板和两帮是否稳定，应待开挖面清除浮石以及瞎炮处理完毕后方可进行钻眼作业。机械凿岩时，采用湿式凿岩机。站在碴堆上作业时，应注意碴堆的稳定，防止滑坍伤人。不合要求者应予以修理或更换。带支架的风钻钻眼时，必须将支架安置稳妥。风钻卡钻时应用板钳松动拔出，不可敲打，未关风前不得拆除钻杆。在工作面内不得拆卸、修理风、电钻。严禁在残眼中继续钻眼。

2.支护。隧道开挖后，除围岩完整坚硬，以及设计文件中规定的不需支护者外，都必须根据围岩情况、施工方法采取有效的支护。施工期间，现场施工负责人应会同有关人员对支护各部定期进行检查。在不良地质地段每班应设专人随时检查，当发现支护变形或损坏时，应立即整修和加固；当变形或损坏情况严重时，应先将施工人员撤离现场，再行加固。当短期停工时，应将支撑直抵工作面。不得将支撑立柱置于废碴或活动的石头上。软弱围岩地段的立柱应加设垫板或垫梁，并加木楔塞紧。

3.衬砌。随着隧道各部开挖工作的推进，应及时进行衬砌或压浆。衬砌使用的脚手架、工作平台、跳板、梯子等应安装牢固，不得有露头的钉子和突出的尖角。靠近通道的一侧应有足够的净空，以保证车辆行人的安全通过。脚手架及工作平台上铺板，应钉铺结实。木板之端头，必须搭于支点上。高于2m的工作平台上应设置不低于1m的栏杆。跳板应设防滑条。脚手架及工作平台上所站人数及堆置的建筑材料，不得超过其计算载重量。机械转动部分应设置防护罩，电动机必须有接地装置。压浆机在使用前应进行检查并试运转，管路联接要完好，压力要正常，操纵压浆喷嘴人员应配戴护目镜及胶皮手套。喷浆嘴应用支架支撑牢固；拔取时必须在撤除压力后进行；检修和清洗时，应在停止运转、切断电路、关闭风门后，方准进行。采用模板台车进行全断面衬砌时，台车下的净空应能保证运输车辆的顺利通行。

五、结束语

通过对隧道掘进中的优化方案的研究，我们可以发现，在隧道掘进中更应该注意优化方案的制定与选取，以更好地指导隧道掘进的进行，为得到理想的隧道施工效果起到应有的指导作用。希望本文的研究对相关工作能够起到参考作用。

参考文献

[1] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京.人民交通出版社.2013：101-102.

[2] 孟凡兵，林从谋.四车道扩挖隧道爆破振动对新建隧道的影响[J].华侨大学学报（自然科学版）.2012（10）：55-58.