隧道施工機械

模塊二公路隧道施工任務(wù)二公路隧道施工機械任務(wù)分解：一、理解選型配套的必要性及一般原則二、熟悉隧道開挖及出渣運輸機械的種類三、熟悉隧道支護機械的種類四、熟悉隧道施工通風(fēng)機械一、選型配套的必要性及一般原則

1．選型配套的必要性隨著我國社會主義經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，長大隧道不斷增多，新的施工工藝不斷出現(xiàn)，因此，必須選擇符合工藝要求、加快施工進度的機械，但隧道施工場地狹窄，許多機械都在有限的空間內(nèi)工作，工藝過程銜接緊密，機械之間相互制約，因此，選用的機械必須精練?；谏鲜鲈颍瑢λ淼朗┕な褂玫臋C械，必須進行科學(xué)、細致的選型配套，以保證完成施工任務(wù)。一、選型配套的必要性及一般原則2．選型配套的一般原則實行機械化施工，進行選型配套時，經(jīng)常是將若干機械或機組配成“成套機械”。所謂成套機械，是指在主要參數(shù)方面彼此協(xié)調(diào)一致而專門組成的機組，或相互聯(lián)系的機組組成的“機群”。成套機械中，起主要作用的機械或機組稱之為主要機械或主要機組，另外還有輔助機械或輔助機組。成套機械中的主要機械或機組決定著施工方式、方法和工程的施工進度。正確選擇機械并配套成“成套機械”充分發(fā)揮機械的群體效能，可以使施工機械化達到理想的效果。一、選型配套的必要性及一般原則2．選型配套的一般原則

為做好隧道施工機械的配套工作，一般遵守下述原則：（1）制定施工機械化方案時，應(yīng)考慮國情、施工條件、工期和本單位現(xiàn)有機械設(shè)備情況。比如，同樣一個隧道可采用機械化施工，也可采用半機械化施工。（2）具體選擇施工機械型號時，應(yīng)根據(jù)隧道的圍巖分類、斷面、長度、工藝要求、現(xiàn)有機械設(shè)備和投資情況等確定。（3）選型配套時要進行經(jīng)濟比較，綜合考慮機械的價格、使用費用和修理費用、壽命等因素。一、選型配套的必要性及一般原則2．選型配套的一般原則（4）成套機械中各機械的主要參數(shù)必須得到最大限度的利用。主要機械與輔助機械之間必須協(xié)調(diào)一致，輔助機械的選定首先應(yīng)保證主要機械參數(shù)充分發(fā)揮最大效果的前提下進行。各機組之間也要相互協(xié)調(diào)，不能發(fā)生互相不連續(xù)的“斷層”，即兩頭的作業(yè)都采用機械化，而中間某重要作業(yè)仍然手工作業(yè)，互相不協(xié)調(diào)，使占用的機械不能充分發(fā)揮作用。（5）盡可能選用先進的機械、一機多用的機械，并為這些機械安排足夠的工作量。（6）一個工程中所選用的機械其型號規(guī)格盡可能統(tǒng)一，便于采購配件和保養(yǎng)修理。二、隧道開挖及出渣運輸機械1．鑿巖機械在中硬以上的巖石中進行隧道施工廣泛采用鉆爆法，所采用的機械有鑿巖機和鑿巖臺車。鑿巖機主要有風(fēng)動鑿巖機、液壓鑿巖機、電動鑿巖機和內(nèi)燃鑿巖機等幾種類型。施工中選擇鑿巖機一般是根據(jù)鑿巖地點和鉆孔方向先確定類型，再根據(jù)巖石的硬度、炮眼尺寸等選擇規(guī)格。鑿巖臺車是在單臺鑿巖機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種鑿巖機械，將多臺液壓鑿巖機安裝在一個專門的移動設(shè)備上，實現(xiàn)多機同時作業(yè)。按行走裝置分為軌行式、輪胎式和履帶式；按結(jié)構(gòu)形式可分為實腹式和門架式；按鉆臂形式分為液壓鉆臂式和梯架式；按隧道開挖斷面分為全斷面合車、半斷面臺車和導(dǎo)坑臺車，按鑿巖機臺數(shù)分為單臂、兩臂、三臂、四臂等鑿巖臺車。鑿巖臺車具有鉆眼速度高、勞動強度低、機動性好、覆蓋面積大等特點，目前多采用液壓鉆臂式。

二、隧道開挖及出渣運輸機械1．鑿巖機械風(fēng)動鑿巖機結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，維修使用方便，適用性較強，應(yīng)用廣泛，但總效率低，需要壓氣設(shè)備，有排氣污染，噪音大。液壓鑿巖機鑿巖速度快，總效率高，動力消耗少，噪音小，排氣污染小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，重量較大，附屬裝置較多，對使用維修要求高，多安裝在臺車上使用，是一種有發(fā)展前途的鑿巖機，已日趨廣泛使用。電動鑿巖機總效率高，動力消耗少，動力單一，震動小，噪音小，但功率小，可靠性、耐久性、安全性均不如風(fēng)動鑿巖機，多用于交通不便、搬遷頻繁的石方工程。內(nèi)燃鑿巖機重量輕，攜帶方便，但油煙污染大，適用于露天作業(yè)、流動性工程和山地、無水、電地區(qū)作業(yè)，不適用于地下工程。二、隧道開挖及出渣運輸機械1．鑿巖機械

二、隧道開挖及出渣運輸機械2．裝藥、找頂及清底機械（1）裝藥器和裝藥臺車在我國隧道鉆爆法施工其他各工序都實現(xiàn)機械化的情況下，唯有裝藥工序多處于人工操作的落后狀態(tài)，主要原因在于國內(nèi)沒有適用于隧道鉆爆法施工的裝藥機械，進口國外的裝藥設(shè)備不適合于國情且價格昂貴。裝藥器是利用壓縮空氣將散裝炸藥壓入炮孔的設(shè)備。目前，所使用的裝藥器大部分是靠壓氣作用的。按其原理可分為三類：噴射式、壓入式和聯(lián)合(噴射、壓入)式；按攜帶方式不同可分為輕便式和自行式兩種。裝藥臺車是一種在長大隧道施工中將人員、物品提升起來送到工作面進行裝藥的機械設(shè)備。優(yōu)點是機械化程度高，裝藥效率快，裝藥質(zhì)量好。但機械成本高，占用隧道空間大，因此選擇時要考慮整體工程造價，一般在長達隧道可選擇使用。

二、隧道開挖及出渣運輸機械2．裝藥、找頂及清底機械二、隧道開挖及出渣運輸機械2．裝藥、找頂及清底機械（2）找頂及清底機械

履帶式反鏟挖掘機，是隧道施工中常用的機械之一。換裝適當(dāng)型式的鏟斗和液壓錘后，可用作找頂。換裝側(cè)置式臂后，可用于隧道內(nèi)挖側(cè)溝。裝用普通臂的反鏟也可挖側(cè)溝，但有鏟斗的縱向?qū)ΨQ面和水溝的縱向?qū)ΨQ面不重合的缺點。換裝成普通鏟斗可用作隧道清底。二、隧道開挖及出渣運輸機械3．單臂掘進機

單臂掘進機是采用裝在可移動式機臂上的切削頭來破碎巖體，并挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，可連續(xù)掘進，但只適用于軟巖及土質(zhì)隧道。單臂掘進機通常是集切割、裝運與行走為一體挖掘機械，廣泛應(yīng)用于礦山開采和隧道開挖，可以挖掘任意形狀的道坑和大小跨度的隧道，并且對圍巖的穩(wěn)定性影響較小，擾動破壞性少，常用的單臂掘進機是鐵盤式采礦機。挖斗式掘進機和鏟斗式裝渣機亦可用于隧道掘進，機動靈活，適用能力強等。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

是盾構(gòu)法隧道掘進的專用工程機械，現(xiàn)代盾構(gòu)掘進機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導(dǎo)向糾偏等功能，涉及地質(zhì)、土木、機械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測量等多門學(xué)科技術(shù)，而且要按照不同的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設(shè)計制造，可靠性要求極高。用盾構(gòu)機進行隧洞施工具有自動化程度高、節(jié)省人力、施工速度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時可控制地面沉降、減少對地面建筑物的影響和在水下開挖時不影響水面交通等特點，在隧洞洞線較長、埋深較大的情況下，用盾構(gòu)機施工更為經(jīng)濟合理。二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

盾構(gòu)機的基本工作原理就是一個圓柱體的鋼組件沿隧洞軸線邊向前推進邊對土壤進行挖掘。該圓柱體組件的殼體即護盾，它對挖掘出的還未襯砌的隧洞段起著臨時支撐的作用，承受周圍土層的壓力，有時還承受地下水壓以及將地下水擋在外面。挖掘、排土、襯砌等作業(yè)在護盾的掩護下進行。盾構(gòu)機根據(jù)工作原理一般分為手掘式盾構(gòu)，擠壓式盾構(gòu)，半機械式盾構(gòu)（局部氣壓、全局氣壓），機械式盾構(gòu)（開胸式切削盾構(gòu)，氣壓式盾構(gòu)，泥水加壓盾構(gòu)，土壓平衡盾構(gòu)，混合型盾構(gòu)，異型盾構(gòu)）。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

泥水式盾構(gòu)機是通過加壓泥水或泥漿(通常為膨潤土懸浮液)來穩(wěn)定開挖面，其刀盤后面有一個密封隔板，與開挖面之間形成泥水室，里面充滿了泥漿，開挖土料與泥漿混合由泥漿泵輸送到洞外分離廠，經(jīng)分離后泥漿重復(fù)使用。土壓平衡式盾構(gòu)機是把土料(必要時添加泡沫等對土壤進行改良)作為穩(wěn)定開挖面的介質(zhì)，刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室，刀盤旋轉(zhuǎn)開挖使泥土料增加，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸出料器出土量(旋轉(zhuǎn)速度)進行調(diào)節(jié)。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

根據(jù)盾構(gòu)機不同的分類，盾構(gòu)開挖方法可分為：敞開式、機械切削式、網(wǎng)格式和擠壓式等。為了減少盾構(gòu)施工對地層的擾動，可先借助千斤頂驅(qū)動盾構(gòu)使其切口貫入土層，然后在切口內(nèi)進行土體開挖與運輸。a.敞開式開挖

手掘式及半機械式盾構(gòu)均為半敞開式開挖，這種方法適于地質(zhì)條件較好，開挖面在掘進中能維持穩(wěn)定或在有輔助措施是能維持穩(wěn)定的情況，其開挖一般是從頂部開始逐層向下挖掘。若土層較差，還可借用千斤頂加撐板對開挖面進行臨時支撐。采用敞開式開挖，處理孤立障礙物、糾偏、超挖均比其它方式容易。為盡量減少對地層的擾動，要適當(dāng)控制超挖量與暴露時間。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

b.機械切削式開挖

指與盾構(gòu)直徑相仿的全斷面旋轉(zhuǎn)切削刀盤開挖方式。根據(jù)地質(zhì)條件的好壞，大刀盤可分為刀架間無封板及有封板兩種。刀架間無封板適用于土質(zhì)較好的條件。大刀盤開挖方式，在彎道施工或糾偏是不如敞開式開挖便于超挖。此外，清除障礙物也不如敞開式開挖。使用大刀盤的盾構(gòu)，機械構(gòu)造復(fù)雜，消耗動力較大。目前國內(nèi)外較先進的泥水加壓盾構(gòu)、土壓平衡盾構(gòu)，均采用這種開挖方式。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機，全名叫盾構(gòu)隧道掘進機

c.網(wǎng)格式開挖采用網(wǎng)格式開挖，開挖面由網(wǎng)格梁與格板分成許多格子。開挖面的支撐作用是由土的粘聚力和網(wǎng)格厚度范圍內(nèi)的阻力而產(chǎn)生的。當(dāng)盾構(gòu)推進是，土體就從格子里擠出來。根據(jù)土的性質(zhì)，調(diào)節(jié)網(wǎng)格的開孔面積。采用網(wǎng)格式開挖時，在所有千斤頂縮回后，會產(chǎn)生較大的盾構(gòu)后退現(xiàn)象，導(dǎo)致地表沉降，因此，在施工務(wù)必采取有效措施，防止盾構(gòu)后退。

二、隧道開挖及出渣運輸機械4．盾構(gòu)機d.擠壓式開挖

全擠壓式和局部擠壓式開挖，由于不出土或只部分出土，對地層有較大的擾動，在施工時，應(yīng)盡量避開地面建筑物。局部擠壓施工時，要精心控制出土量，以減少和控制地表變形。全擠壓式施工時，盾構(gòu)把四周一定范圍內(nèi)的土體擠密實。二、隧道開挖及出渣運輸機械5．全斷面掘進機（TMB）

其實全斷面掘進機和盾構(gòu)機籠統(tǒng)的說，都是一樣，都是隧道全斷面掘進。只是不同的工作環(huán)境應(yīng)用不同的機械罷了。主要區(qū)別如下：a．適用的工程不一樣，TBM用于硬巖，盾構(gòu)機用于土層的挖掘。工作的環(huán)境也不一樣，TBM是硬巖掘進機，一般用在山嶺隧道或大型引水工程，盾構(gòu)是軟土類掘進機，主要是城市地鐵，及小型管道。b．兩者的掘進，平衡，支護系統(tǒng)都不一樣。c．TBM比盾構(gòu)技術(shù)更先進，更復(fù)雜。二、隧道開挖及出渣運輸機械5．全斷面掘進機（TMB）

二、隧道開挖及出渣運輸機械6．裝渣機械隧道施工中，正洞、導(dǎo)洞及斜井出渣用的裝渣機械有:裝載機、爪式扒渣機、耙斗式裝渣機、鏟斗式裝渣機等。隧道內(nèi)裝渣用的裝載機輪胎式和履帶式為主，以柴油機為動力的應(yīng)裝有廢氣凈化裝置和側(cè)卸式巖石鏟斗，轉(zhuǎn)向靈活、轉(zhuǎn)向半徑小，鏟斗插入力及鏟起力要大。爪式扒渣機是一種連續(xù)裝渣機械，它可與各種礦車、自卸汽車等運輸機械配套，實現(xiàn)裝巖機械化。爪式扒渣機能扒裝各種硬度的巖石，生產(chǎn)效率高，清底干凈，機內(nèi)轉(zhuǎn)載、機后卸料，按扒渣爪的排列方式不同有蟹爪、立爪及蟹立爪之分。目前隧道常用的扒渣裝巖機有立爪裝巖機和立蟹爪裝巖機。二、隧道開挖及出渣運輸機械6．裝渣機械二、隧道開挖及出渣運輸機械6．裝渣機械耙斗式裝渣機不僅可用于平巷裝渣，還可以在300以下的斜井裝渣。按絞車傳動方式的不同，有行星輪式和摩擦式之分。鏟斗式裝渣機是一種間歇式裝渣機械，按卸載方式分為、正裝后卸式、正裝側(cè)卸式，按裝渣方式分為直接裝渣式、間接裝渣式。二、隧道開挖及出渣運輸機械7．運輸機械隧道施工的洞內(nèi)運輸（出渣和進料）方式分為有軌式、無軌式和皮帶運輸，常用的為前兩種方式，皮帶運輸僅在少數(shù)隧道施工或斜井出渣運輸中采用。有軌式運輸是鋪設(shè)小型鋼軌軌道，用軌道式運輸車出渣和進料。有軌式運輸在有水隧道或洞內(nèi)泥濘的情況下獨具優(yōu)勢，但須配備調(diào)車設(shè)備和卸渣機械。常用的軌道式運輸車輛有斗車、梭式礦車、窄軌平板車、窄軌礦車等。有軌運輸大多采用電瓶車或內(nèi)燃機車牽引，有少量為人力推運，采用斗車或梭式礦車運石渣，是一種適應(yīng)性較強的及較為經(jīng)濟的運輸方式。二、隧道開挖及出渣運輸機械7．運輸機械無軌式運輸是采用無軌運輸車出渣和進料。隧道用無軌運輸車多為燃油式動力、輪胎行走的自卸汽車，還有鉸接車身或雙向駕駛的坑道專用車輛。一般要求選用載重自重比大、體型尺寸較小、機動靈活、自卸、配有廢氣凈化器能與裝渣機能力相配套的運輸車，可充分發(fā)揮各自的工作效率及提高整體作業(yè)能力，達到加快隧道施工掘進速度。其特點是機動靈活，不需要鋪設(shè)軌道，適用于棄渣場離洞口較遠和道路縱坡度較大的場合。缺點是由于大多采用內(nèi)燃驅(qū)動車輛，作業(yè)時在整個洞中排出廢氣污染洞內(nèi)空氣，故適用于大斷面開挖和中等長度的隧道施工中，并應(yīng)注意加強洞內(nèi)通風(fēng)。二、隧道開挖及出渣運輸機械7．運輸機械三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械隧道施工中，大量采用噴射混凝土配之以錨桿、掛網(wǎng)、鋼拱架的方法，作為初期支護，并同時構(gòu)成復(fù)合式襯砌。混凝土噴射法是利用壓縮空氣將按一定比例配比的混凝土形成懸浮狀態(tài)的氣流，由噴射機噴向被噴表面形成密實的混凝土層，以達到支護的目的。它采用的主要機械設(shè)備有噴射機、機械手、空壓機、供水系統(tǒng)、配料及攪拌上料裝置、速凝劑添加裝置等。這些設(shè)備通過不同的配備組合，可實現(xiàn)多種工藝流程。混凝土噴射機分干噴和濕噴機，按結(jié)構(gòu)形式分為活塞式和轉(zhuǎn)子式?；钊街饕糜跐駠?，噴射質(zhì)量高，且可用于鋼纖維噴射，價格高。轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)簡單，價格低。三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械采用人工手持噴嘴噴射混凝土?xí)r，由于場地狹小，噴射料的回彈粉塵，使作業(yè)環(huán)境極為惡劣，觀察噴射狀況也十分困難，噴射質(zhì)量難以保證。噴射機械手的使用克服了這一困難，它有以下好處:能在惡劣環(huán)境下作業(yè)，并能實現(xiàn)自動控制；可獲得均勻的噴敷層(特別是在拱頂)；還可調(diào)節(jié)噴嘴噴射角度、運動速度及噴嘴的回轉(zhuǎn)運動，使其達到某一最佳狀態(tài)，盡可能減小回彈；還可以采用大口徑噴嘴，進行高效率的大噴射量噴射；操作方便，且勞動強度低。三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械噴射機械手根據(jù)臂的運動形式可分為直角坐標(biāo)式和極坐標(biāo)式，前者應(yīng)用較多。結(jié)構(gòu)型式也有兩種，一種是獨立的機械手，自身可以行走，作業(yè)時要與噴射機、送料機等配合使用，另一種是與噴射機、料車等組裝成為一個機組。噴射機械手應(yīng)具備的功能是：噴頭能自如地運動到受噴空間的任一點，對于受噴面的角度可調(diào)；噴射時噴嘴應(yīng)作偏心劃圓或魚擺等復(fù)合運動；噴嘴在沿隧道縱向作前后移動時應(yīng)保持與受噴面等距。三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械目前國內(nèi)外噴射混凝土施工機械化配套的一種方式是將各有關(guān)的單件機具組合配套，其優(yōu)點是各獨立的機具所占空間小，移動方便，并可視現(xiàn)場條件進行靈活組配，較適合應(yīng)用于中小斷面地下工程施工；其缺點是由于各設(shè)備獨立分散，造成動力分散，控制欠集中，單機效率得不到充分發(fā)揮。另一種方式是聯(lián)合機組形式（如圖2-2-19），它將幾道工序的機械組合在一二輛車上，其優(yōu)點是機組結(jié)構(gòu)緊湊，動力和控制集中，生產(chǎn)能力大，效率和綜合機械化程度高，經(jīng)濟效益發(fā)揮得好。聯(lián)合機組形式是一個發(fā)展方向，其不足之處是組合的結(jié)果往往使機體形體偏大，在中小斷面的地下工程施工中受到一定的限制。三、隧道支護機械

1．混凝土噴射機械三、隧道支護機械

2．錨桿機械錨桿機又稱土釘機、錨桿鉆機（如圖2-2-20），主要用于巖土錨桿，路基、邊坡治理，地下深基坑支擋，隧洞圍巖穩(wěn)定，預(yù)防滑坡等災(zāi)害整治，地下工程支護及高層建筑地基處理。也適用于深基坑噴錨支護、邊坡土釘工程的非預(yù)應(yīng)力錨桿支護，須借助錨桿安裝機完成錨桿作業(yè)。錨桿臺車是一種機械化的巖石錨桿支護系統(tǒng)（圖2-2-21），它可使水泥注漿錨桿、樹脂灌注錨桿、劈叉式錨桿等的安裝完全機械化，錨桿機頭系統(tǒng)能完成鉆錨桿孔、注漿、由錨桿架上選取錨桿并安裝等連續(xù)作業(yè)。同樣的錨桿機頭可用于灌注樹脂和水泥兩種作業(yè)，而無需要更換任何部件。所有控制裝置都設(shè)在離噴錨支護作業(yè)地點較遠