隧道掘进方式及施工安全防护措施

1．隧道掘进方式

隧道施工的掘进方式是指对坑道范围内岩体的破碎挖除方式。按照破岩方式来分，掘进方式有钻眼爆破掘进、全断面掘进机掘进、自由断面掘进机掘进、人工掘进四种。

（1）钻眼爆破掘进。

钻眼爆破掘进是在被爆破岩体的各个部位用凿岩机钻孔后，将炸药分散安装于各个钻孔中并引发炸药爆炸，从而爆破坑道范围内的岩体的过程。钻眼爆破需要专用的钻眼设备及消耗大量炸药等爆破材料，只能分段循环掘进，爆炸破岩对围岩的扰动较大，导致围岩稳定能力降低，有时由于爆破震动致使围岩产生坍塌，故一般只适用于围岩稳定性较好的石质隧道中。但随着控制爆破技术的发展，钻眼爆破掘进的应用范围也逐渐扩大，如用于软石及硬土的松动爆破。钻眼爆破掘进是一般山岭隧道工程中最常用的掘进方式。硬岩一般采用光面爆破，软岩宜采用预裂爆破。

（2）全断面掘进机掘进。

全断面掘进机采用装在掘进机前端的圆形刀盘中的切削刀来破碎岩体，可以一次完成隧道圆形断面掘进，在第12章进行介绍。

（3）自由断面挖掘机掘进（单臂掘进机掘进）

自由断面挖掘机掘进（图8-2-1）是采用装在可移动式机械臂上的切削头来破碎岩体，并挖除坑道范围内岩体的掘进方式。单臂掘进机可以连续掘进，挖掘任意形状和大小跨度的隧道，并且对围岩的稳定性影响较小，扰动破坏性少，但破岩能力较小，适用于软岩及土质隧道。常用的单臂掘进机是铣盘切削式采矿机，挖斗式挖掘机和铲斗式装渣机也可以用于隧道掘进，它们机动灵活，适应能力较强。土质围岩应采用机械开挖，软弱破碎围岩宜优先采用机械开挖。

图8-2-1　自由断面掘进机

（4）人工掘进。

人工掘进是采用十字镐、风镐等简易工具来挖除岩土体。人工掘进速度较慢，劳动强度很大，一般在不能采用爆破掘进的软弱破碎围岩和土质隧道中，若隧道工程量不太大，工期要求不太紧，又无机械或不宜采用机械掘进，或长大隧道机械掘进中的局部小工作面，可以采用人工掘进。人工掘进施工中应做好安全防护措施，并应安排专人负责。

在隧道施工中，掘进方式是影响围岩稳定的重要因素，因此在选择掘进方式时应根据坑道范围内的地质条件、岩石的坚硬程度、围岩的稳定性、支护条件、经济性以及掘进时不同的掘进方式对围岩的扰动情况等相关因素进行综合考虑分析，选用恰当的掘进方式。由于隧道内的地质情况变化很大，所以几种基本掘进方式要机动灵活配合采用，实现安全、经济、快速地掘进。(www.xing528.com)

长期以来，我国隧道施工大量采用人工作业，机械化水平不高。随着国家对施工安全、质量、环保等标准的要求越来越高，以及劳动力成本日益增长，全面推广隧道施工机械化作业、不断提高隧道施工综合机械化配套水平势在必行。展望未来，一系列新式破岩技术正在研究中，如利用激光能量破碎硬岩的设想，还有悬臂掘进机配合铣挖机掘进法、劈裂机法、液压冲击锤法、在钻孔中装静态破碎剂利用膨胀压力破岩的静态破碎法等非爆破开挖技术正在加紧研究。

2．隧道掘进速度

无论采用何种掘进方式，均应注意掌握好掘进速度，尽量减少对围岩的扰动，要做到及时支护，不要让围岩暴露时间过长产生风化作用及变形过大；若开挖面不能自稳，则应同时采取相应而有效的辅助稳定措施。

新奥法施工开挖工序的作业是循环进行的，在一般围岩条件下单循环过程为：钻眼爆破→出渣运输→初期支护。掘进进尺和循环时间的选择，主要受围岩的稳定性、围岩的自然成拱作用（纵向）、开挖面的支承作用、开挖断面的大小、支护条件、施工速度和组织管理水平等因素的影响。

设施工中根据爆破设计安排的单循环掘进进尺为L，单循环时间为t，则单循环掘进速度v单、平均日掘进速度v日、平均月掘进速度v月分别为

式中v单——施工安排的单循环掘进速度（m/h）；

v日——施工安排的平均日掘进速度（m/d）；

v月——施工安排的平均月掘进速度（m/mon）；

L——施工安排的单循环掘进进尺（m）；

t——施工安排的单循环时间（h）。

可见，采用较大的掘进进尺或较短的循环时间均可以取得较快的掘进速度，但需要增加施工机械和人员的投入。一般而言，当围岩稳定性较差（Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级），或支护作业能力不足，或出渣作业能力不足时，应采用短进尺、多循环掘进，以提高掘进速度；反之，当围岩较稳定（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级），或支护作业能力较强，或出渣作业能力较强时，应采用深进尺、少循环掘进（深孔爆破）。目前，我国隧道工程钻爆单循环掘进进尺，最短的仅0.5 m，最深的可达5.0 m。单循环时间则因开挖断面和掘进进尺不同、初期支护和出渣运输能力不同、施工组织和管理水平不同而有较大的差异，较短的可以4～6 h完成一个循环，长的则需要16～20 h才能完成一个循环。

在根据所选择的掘进进尺L和循环时间t计算出掘进速度后，应将其与按照施工合同对工期的要求计算出的掘进速度相比较，并以合同要求为准，对所选择的掘进进尺L和循环时间t进行适当调整，对施工能力也做出相应的调整。