模块二 公路隧道施工

任务二任务分解：

公路隧道施工机械

一、理解选型配套的必要性及一般原则 二、熟悉隧道开挖及出渣运输机械的种类 三、熟悉隧道支护机械的种类

四、熟悉隧道施工通风机械

一、选型配套的必要性及一般原则 1.选型配套的必要性

随着我国社会主义经济建设的发展，长大隧道不 断增多，新的施工工艺不断出现，因此，必须选 择符合工艺要求、加快施工进度的机械，但隧道 施工场地狭窄，许多机械都在有限的空间内工作， 工艺过程衔接紧密，机械之间相互制约，因此， 选用的机械必须精练。基于上述原因，对隧道施 工使用的机械，必须进行科学、细致的选型配套， 以保证完成施工任务。

一、选型配套的必要性及一般原则 2.选型配套的一般原则实行机械化施工，进行选型配套时，经常是将若干机械或机组 配成“成套机械”。所谓成套机械，是指在主要参数方面彼此 协调一致而专门组成的机组，或相互联系的机组组成的“机 群”。成套机械中，起主要作用的机械或机组称之为主要机械 或主要机组，另外还有辅助机械或辅助机组。成套机械中的主 要机械或机组决定着施工方式、方法和工程的施工进度。正确 选择机械并配套成“成套机械”充分发挥机械的群体效能，可 以使施工机械化达到理想的效果。

一、选型配套的必要性及一般原则 2.选型配套的一般原则

为做好隧道施工机械的配套工作，一般遵守下述原则： (1)制定施工机械化方案时，应考虑国情、施工条件、工期和本

单位现有机械设备情况。比如，同样一个隧道可采用机械化施工， 也可采用半机械化施工。 (2)具体选择施工机械型号时，应根据隧道的围岩分类、断面、

长度、工艺要求、现有机械设备和投资情况等确定。 (3)选型配套时要进行经济比较，综合考虑机械的价格、使用费

用和修理费用、寿命等因素。

一、选型配套的必要性及一般原则

2.选型配套的一般原则

(4)成套机械中各机械的主要参数必须得到最大限度的利用。主

要机械与辅助机械之间必须协调一致，辅助机械的选定首先应保 证主要机械参数充分发挥最大效果的前提下进行。各机组之间也 要相互协调，不能发生互相不连续的“断层”,即两头的作业都 采用机械化，而中间某重要作业仍然手工作业，互相不协调，使 占用的机械不能充分发挥作用。 (5)尽可能选用先进的机械、一机多用的机械，并为这些机械安

排足够的工作量。 (6)一个工程中所选用的机械其型号规格尽可能统一，便于采购

配件和保养

修理。

二、隧道开挖及出渣运输机械 1.凿岩机械 在中硬以上的岩石中进行隧道施工广泛采用钻爆法，所采用的机械有 凿岩机和凿岩台车。 凿岩机主要有风动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃凿岩机等 几种类型。 施工中选择凿岩机一般是根据凿岩地点和钻孔方向先确定类型，再根 据岩石的硬度、炮眼尺寸等选择规格。 凿岩台车是在单台凿岩机的基础上发展起来的一种凿岩机械，将多台 液压凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业。按行 走装置分为轨行式、轮胎式和履带式；按结构形式可分为实腹式和门 架式；按钻臂形式分为液压钻臂式和梯架式；按隧道开挖断面分为全 断面合车、半断面台车和导坑台车，按凿岩机台数分为单臂、两臂、 三臂、四臂等凿岩台车。凿岩台车具有钻眼速度高、劳动强度低、机 动性好、覆盖面积大等特点，目前多采用液压钻臂式。

二、隧道开挖及出渣运输机械 1.凿岩机械 风动凿岩机结构简单，制造容易，维修使用方便，适用性较强，应用

广泛，但总效率低，需要压气设备，有排气污染，噪音大。 液压凿岩机凿岩速度快，总效率高，动力消耗少，噪音小，排气污染 小，但结构复杂，造价高，重量较大，附属装置较多，对使用维修要 求高，多安装在台车上使用，是一种有发展前途的凿岩机，已日趋广 泛使用。 电动凿岩机总效率高，动力消耗少，动力单一，震动小，噪音小，但 功率小，可靠性、耐久性、安全性均不如风动凿岩机，多用于交通不 便、搬迁频繁的石方工程。 内燃凿岩机重量轻，携带方便，但油烟污染大，适用于露天作业、流 动性工程和山地、无水、电地区作业，不适用于地下工程。

二、隧道开挖及出渣运输机械 1.凿岩机械

二、隧道开挖及出渣运输机械 2.装药、找顶及清底机械 (1)装药器和装药台车 在我国隧道钻爆法施工其他各工序都实现机械化的情况下，唯

有装药工序多处于人工操作的落后状态，主要原因在于国内没 有适用于隧道钻爆法施工的装药机械，进口国外的装药设备不 适合于国情且价格昂贵。 装药器是利用压缩空气将散装炸药压入炮孔的设备 。目前， 所使用的装药器大部分是靠压气作用的。按其原理可分为三类： 喷射式、压入式和联合(喷射、压入)式；按携带方式不同可分 为轻便式和自行式两种。 装药台车是一种在长大隧道施工中将人员、物品提升起来送到 工作面进行装药的机械设备。优点是机械化程度高，装药效率 快，装药质量好。但机械成本高，占用隧道空间大，因此选择

时要考虑整体工程造价，一般在长达隧道可选择使用。

二、隧道开挖及出渣运输机械 2.装药、找顶及清底机械

二、隧道开挖及出渣运输机械 2.装药、找顶及清底机械 (2)找顶及清底机械

履带式反铲挖掘机，是隧道施工中常用的机械之一。换装适 当型式的铲斗和液压锤后，可用作找顶。换装侧置式臂后， 可用于隧道内挖侧沟。装用普通臂的反铲也可挖侧沟，但 有铲斗的纵向对称面和水沟的纵向对称面不重合的缺点。 换装成普通铲斗可用作隧道清底。

二、隧道开挖及出渣运输机械 3.单臂掘进机 单臂掘进机是采用装在可移动式机臂上的切削头来破碎岩体，

并挖除坑道范围内的岩体，可连续掘进，但只适用于软岩及 土质隧道。 单臂掘进机通常是集切割、装运与行走为一体挖掘机械，广 泛应用于矿山开采和隧道开挖，可以挖掘任意形状的道坑和 大小跨度的隧道，并且对围岩的稳定性影响较小，扰动破坏 性少，常用的单臂掘进机是铁盘式采矿机。挖斗式掘进机和 铲斗式装渣机亦可用于隧道掘进，机动灵活，适用能力强等。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 是盾构法隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、

电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土 渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、 机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且 要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要 求极高。 用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速 度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减 少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点， 在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济 合理。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线

边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾， 它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受 周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外 面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。 盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半 机械式盾构(局部气压、全局气压),机械式盾构(开胸式 切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混 合型盾构，异型盾构)。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机

泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)

来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间 形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆 泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式 盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳 定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀 盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出， 泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量 (旋转速度)进行调节。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、 机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地 层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层， 然后在切口内进行土体开挖与运输。 a.敞开式开挖 手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适 于地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助 措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层 向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面 进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、 超挖均比其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适 当控制超挖量与暴露时间。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 b.机械切削式开挖

指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。根据地 质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。 刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在 弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障 碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂， 消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平 衡盾构，均采用这种开挖方式。

二、隧道开挖及出渣运输机械 4.盾构机，全名叫盾构隧道掘进机 c.网格式开挖

采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开 挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而 产生的。当盾构推进是，土体就从格子里挤出来。根据土的 性质，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千 斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降， 因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。