盾构法
采用盾构作为施工机具的隧道施工方法 [2] 。1825年在伦敦泰晤士河水下隧道首先试用盾构,并获得成功。此后,松软地质多采用盾构法开挖。盾构是一种圆形钢结构开挖机械,其前端为切口环,中间为支撑环,后端为盾尾。开挖时,切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作;支撑环是承受荷载的主要部分,其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械;盾尾随着上述两部分前进,保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层,施工安全,对地层扰动少,控制围岩周边准确,极少超挖。日本丹那铁路隧道曾采用盾构法施工。
掘进机法
在整个隧道断面上,用连续掘进的联动机施工的方法。早在19世纪50年代初,美国胡萨克隧道就试用过掘进机,但未成功。直到20世纪50年代以后才逐渐发展起来。掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械,有多种类型。普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘,以强大的旋转和推进力驱动旋转,圆盘上装有数十把特制刀具,切割地层,圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机,自后部运出。机身中部有数对可伸缩的支撑机构,当刀具切割地层时,它先外伸撑紧在周围岩壁上,以平衡强大的扭矩和推力。掘进机法的优点是对围岩扰动少,控制断面准确,无超挖,速度快,操作人员少。
隧道衬砌
隧道开挖后,为使围岩稳定,确保运营安全,需按一定轮廓尺寸建造一层具有足够强度的支护结构,这种隧道支护结构称为隧道衬砌。常用的衬砌种类有就地灌注混凝土类、预制块拼装、喷锚或单喷混凝土、复合式衬砌。复合式衬砌是在喷锚或单喷支护之后,再就地灌注一层混凝土,形成喷锚支护同混凝土衬砌结合的复合式衬砌结构。如遇有水地段可在两层支护间加挂一层塑料板或做其他防水层。
发展趋势
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在隧道工程中,喷锚支护有可能取代构件支撑。喷锚支护的主要优点是支护及时,安全可靠,并能大量节约木材和钢材。欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后,采用长锚杆结合喷混凝土做支护,已获得成功。中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。自喷锚支护发展后,对较弱岩层也可进行全断面开挖,以全断面开挖取代分部开挖。
在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌,其质量好坏首先取决于光面爆破。运用新奥法原理,考虑围岩自身承载能力,可在坑道爆破后尽早采用单喷或喷锚作初期支护,随即连续量测位移,判定围岩基本稳定时间,再进行二次支护,这样可以建成较经济的衬砌结构。
现代高度竞争的地下采矿与隧道工程要求成本集约,安全开凿与岩石加固等程序步骤。采矿的机器设备必须安全可靠,并紧密跟随工业持续提高的生产力与飞速发展的经济步伐。掘进机开挖法正在不断研究改进,并生产出各种新机械,其应用有广阔前景。液压凿岩机不断更新完善,使隧道开挖进度大大提高。光电测量仪器和激光导向设备的使用,使长隧道施工程度有所提高。目前,航空勘测、遥感技术、物探技术、岩层中应力应变的量测技术、电子计算机技术等的广泛应用,使隧道勘测设计技术水平也有很大提高。爆破技术,水平钻探技术和预灌浆技术的不断提高,有可能提高隧道开挖过程的安全性,并能保证隧道工程的质量。