鉆爆法與TBM盾構(gòu)機施工技術(shù)特點比較

摘 要：目前，世界各國越來越重視地下空間的開發(fā)和利用，并且把地下空間當成了一種新的國土資源，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機進行快速施工。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。本文對鉆爆和TBM盾構(gòu)機施工方法的內(nèi)容和技術(shù)特點進行了總結(jié)和介紹，分析了當前國內(nèi)隧道掘進技術(shù)的現(xiàn)狀和前景。

關(guān)鍵詞：隧道開挖；鉆爆；TBM；對比分析

0 引言

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，公路交通建設(shè)方興未艾，到2013年年底，我國公路總里程達435.62km，居世界第一。全國高速公路從無到有，再到現(xiàn)在9.6萬km的通車里程達，公路橋梁達71.3萬座、總長達3663萬km。當然，隧道的發(fā)展離不開先進的隧道掘進技術(shù)，本文對鉆爆和TBM盾構(gòu)機施工方法的內(nèi)容和技術(shù)特點進行了總結(jié)、介紹和對比，分析了當前國內(nèi)隧道掘進技術(shù)的現(xiàn)狀和前景。

1 鉆爆法施工

隧道鉆爆法（即隧道掘進鉆爆法施工）有著經(jīng)濟、高效，對地質(zhì)適應(yīng)能力強的優(yōu)點，因此在我國隧道施工中，最重要和最常用的方法就是隧道爆破法。我國建設(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)進尺尺度，提高了施工進度

如今鐵路單、雙線隧道掘進施工過程，使用手風(fēng)鉆作業(yè)月進百米并不罕見，月進200m甚至更多也不在少數(shù)。采用多臂液壓鑿巖臺車作業(yè)的，其月進度一般在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。而機械在隧道爆破施工中扮演著越來越重要的角色，機械化程度越來越高。

1.3 改善了隧道爆破作業(yè)對施工人員和環(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

超欠挖是一個當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)的運用使得隧道開挖輪廓線的精度大大提高。這樣不但對隧道圍巖的穩(wěn)定有一定好處，而且還減小了超、欠挖所造成的浪費。

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的，稍有不慎就會導(dǎo)致嚴重的后果。近幾年，在這些方面積累了豐富的施工經(jīng)驗。

當然，鉆爆法采用爆破方法掘進，必定具有一定劣勢。是否采用鉆爆法施工需考慮一下幾點。

⑴鉆爆過程中安全隱患較大，包括生命和財產(chǎn)安全。

⑵對圍巖的擾動破壞較大，非人為造成的超挖量較大，

⑶支洞修建過多，修建道路，對環(huán)境影響較大

⑷人力資源投入大，設(shè)備投入臺件多。

2 TBM盾構(gòu)機作業(yè)

TBM盾構(gòu)機包含了機械，液壓，電子和激光控制等各種方面的技術(shù)，這種技術(shù)提高了機械化和自動化程度。TBM盾構(gòu)機具有施工快速、高效，安全和環(huán)保等優(yōu)點，比鉆爆法更適合于長距離或超長距離隧道（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)過鏟斗送達各級皮帶，并向洞外輸送，同時，推進油缸不斷推動刀具刀盤向前掘進。盾構(gòu)機的優(yōu)點如下：

2.1 施工效率極高

TBM盾構(gòu)機的誕生實現(xiàn)了隧道建設(shè)者的夢想。這是隧道施工機械化的發(fā)展趨勢。TBM盾構(gòu)法采用了標準化施工條件，使得施工過程大大簡化，基本實現(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)法掘進速度和施工效率明顯高于隧道開挖鉆爆法相應(yīng)的指標，雖然有效進尺率是3～5m/h。而鉆爆法是6～10m/h，但是他的平均日進尺率是鉆爆法的5～8倍。TBM盾構(gòu)法施工對圍巖的擾動較小，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)法掘進施工時，可有效降低巖爆造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失。TBM盾構(gòu)機憑借安裝在掘進機上的刀具切削巖石，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)勢能夠滿足設(shè)計要求。其開挖截面是標準的“圓型”的洞室無超欠挖現(xiàn)象，具有可靠的施工質(zhì)量。

實踐表明，TBM盾構(gòu)法在安全、快速、環(huán)保和對圍巖擾動小方面確實具有一系列的優(yōu)勢。但他也有可改進的地方：

⑴強化掘進過程中的超前預(yù)報和地質(zhì)檢測，準確發(fā)現(xiàn)并預(yù)報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輸出碴還是連續(xù)輸送機出碴，都是在TBM掘進機開挖完成后再進行二次襯砌。無法做到掘進與襯砌同時施工，并且TBM盾構(gòu)法的施工周期太長，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，保護生態(tài)環(huán)境，他的這些優(yōu)勢使其在交通運輸，水電，能源、市政建設(shè)和國防建設(shè)中越來越突出。當然，在我國目前的基礎(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。

在長隧道工程中，無論是國產(chǎn)TBM盾構(gòu)機還進口TBM盾構(gòu)機施工，圓形隧道采用TBM盾構(gòu)機開挖經(jīng)濟性明顯，TBM盾構(gòu)法快速施工較鉆爆法長洞短打的經(jīng)濟性好，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)機掘進。這是現(xiàn)在及將來的趨勢。但是目前國內(nèi)施工單位的TBM盾構(gòu)法施工管理水平相對落后，與國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)國外經(jīng)驗看來，TBM盾構(gòu)法與鉆爆法的造價差將會隨著TBM盾構(gòu)機的進一步發(fā)展和推廣而逐漸縮小。TBM盾構(gòu)機將在中長隧道的建設(shè)中逐步取代鉆爆法成為主流施工方法。

參考文獻

[1] 張尤平，王軍.公路隧道掘進鉆爆技術(shù)應(yīng)用探討.公路交通技術(shù)，2009（3）：128-131.

[2] 郭陜云.隧道掘進鉆爆法施工技術(shù)的進步和發(fā)展[J].鐵道工程學(xué)報，2007（9）：68-76.

[3] 郭陜云.盾構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展方向[J].中國期刊全文數(shù)據(jù)庫特刊，2009.

[4] 張建新.軟土隧道主要施工方法盾構(gòu)隧道的發(fā)展[J].科學(xué)之友，2010：84-86.

[5] 劉術(shù)臣.TBM技術(shù)發(fā)展方向及其國內(nèi)應(yīng)用前景[J].隧道/地下工程.

[6] 周小松.TBM法與鉆爆法技術(shù)經(jīng)濟對比分析[D].西安：西安理工大學(xué)，2010.

作者簡介

張洛萌（1995-），男，漢族，河南省安陽市人，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)）