隧道掘进爆破

隧道开挖方法与隧道爆破方案之间有着密切关系。隧道开挖方法主要根据隧道地质条件、机械设备、技术水平及工期确定，有以下几种常用的方法。

隧道掘进爆破全断面开挖法

全断面开挖法是在地质条件较好的隧道施工中，以凿岩台车和钻孔、装药、堵塞、起爆网路连接，一次完成整个断面开挖，并以装碴、运输机械完成出碴作业的方法。

全断面开挖法施丁场地宽敞，工作面空间大，能充分发挥机械的效能，便于大型机械作业；只有一道开挖工序，干扰少，工序集中，开挖工效高，施工进度快，最大限度地减少了开挖过程中对隧道围岩的扰动；开挖断面大，受岩石夹制作用小，有利于较大规模的爆破作业，能充分发挥隧道深孔钻爆的作用；管理方便，通风、排水及管线布置简单，运输方便。国内铁路隧道如秦岭隧道施工采用全断面开挖法，成功地实现了月掘进量达350 m以上，最高达450 m以上。实践表明，全断面开挖法是隧道掘进合理、先进的开挖方法。

隧道掘进爆破台阶开挖法

台阶开挖法是先以上半断面或弧形导坑快速贯通，或掘进到一定里程时停止前进，然后用大型机械一次扩大为全断面的开挖方法。应用半断面和弧形导坑可以实现快速掘进，从而起到提早探明地质，提早处理特殊地质，提早贯通以利通风排水的作用；将全断面分两次爆破，可以起到降低震动影响，创造临空面，减少正洞钻孔数量，改善爆破效果，提高掘进速度等作用。台阶开挖法在工期紧、地质复杂的短、中等长度隧道施工中广泛应用。当上半断面超前下半断面时，称为正台阶法，反之则称为倒台阶法。

台阶开挖法的特点是：

①在不太松软的岩层中采用正台阶法施工较安全，并且施工效率较高。

②对地质条件适应性较强，变更容易。

③断面呈台阶式布置，施工方便，有利于顶板的维护，并且下台阶爆破效率较高。

④若使用铲斗装岩机，则上台阶要人工扒碴，劳动强度较大。

⑤上、下台阶工序配合要严格，不然易产生干扰。

隧道掘进爆破分部开挖法

当岩层比较松软或地质条件复杂，隧道断面特大或涌水量较大时，可采用分部开挖法。

分部开挖法就是在隧道断面内先以小型断面进行导坑掘进，然后分多步逐渐扩大到设计断面的开挖方法。

分部开挖各部的位置、尺寸、顺序及开挖间距可根据围岩情况、机械配备、施工习惯等灵活掌握，但必须遵循以下原则：

①各部开挖后周边轮廓都应尽量圆顺，以避免应力集中。

②各部底标高与钢拱架接头一致，以便接腿，一般取2.5 -3.0m，这可使开挖比较方便。

③分部开挖时，要保证隧道周边围岩稳定，及时做好临时支护工作。

④各部尺寸大小应能满足风、水、电等管线布设需要。 2100433B

隧道掘进与矿山平巷掘进方法基本相同，但与矿山平巷掘进方法相比，其特点是：

①隧道断面尺寸较大，其高度和跨度一般在8.0 m左右，双线隧道跨度大于10.0m，要求在爆破作业中尽量减少爆破对围岩的破坏。

②隧道多处在地质条件复杂多变地段，尤其对于浅埋隧道（埋深小于2倍跨度的隧道），岩石风化破碎，受裂隙水和地表水影响较大。因此，应充分考虑岩层的节理、裂隙、软弱夹层、滴漏水等对钻孔和爆破效果的影响。

③隧道服务年限长，造价昂贵，且维修和养护时常需中断、停止隧道的使用，这对运营很不利，因此在施工中必须确保良好的工程质量。

④隧道爆破对钻孔质量要求高。既要使隧道方向正确，满足精度要求，又要使爆破后隧道断面达到设计标准，不允许欠挖和超挖过大。因此，必须保证钻孔位置、方向和深度准确，才能达到设计开挖要求。

隧道掘进施工，采用小导坑超前后全断面爆破跟进，在同一坑道内平导在前，全断面扩孔光爆围岩成拱形状好，再进行支护，衬砌，质量高，进度快，能确保衬砌内实外美、安装防水板切实起到防水作用，保证衬砌不渗不漏。

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隧道掘进机意义

隧道掘进机包含盾构和TBM。一般来说，在欧洲，盾构也称为TBM；但在日本和我国，习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为盾构，将用于岩石地层的隧道掘进机称为TBM。其实，TBM就是隧道掘进机的英文“Tunnel Boring Machine”的缩写，但通常定义中的TBM是指全断面岩石隧道掘进机，是以岩石地层为掘进对象，它与盾构的主要区别就是不具备泥水压、土压等维护掌子面稳定的功能。

21世纪是地下空间的世纪，随着国民经济的快速发展，我国城市化进程不断加快，今后相当长的时期内，国内的城市地铁隧道、水工隧道、越江隧道、铁路隧道、公路隧道、市政管道等隧道工程将需要大量的隧道掘进机。隧道掘进机是一种高智能化，集机、电、液、光、计算机技术为一体的隧道施工重大技术装备。在发达国家，使用隧道掘进机施工已占隧道总量的90%以上。由于隧道掘进机的制造工艺复杂，技术附加值高，目前国际上只有德国、美国、日本、法国、加拿大等少数几个国家的企业具有能力生产，且造价高昂。隧道掘进机在国内尚处于起步阶段，主要依赖进口，在国内的隧道建设中，德国和日本在中国的隧道掘进机市场占有率高达95%以上，处于绝对垄断地位。若不及早改变这一现状，就会在相当长的一段时间内，在地下工程建设中，面临高额施工成本和技术上受制于外企的尴尬境地。实施隧道掘进机产业化，既可打破外企在国内市场一统天下的局面，又能促进和带动相关的机电、液压、材料、传感器等产业的发展，增强装备制造业综合实力，提高我国重大装备在国际市场上的竞争力。

隧道掘进机成果

1、 产业化基地建设

2、 土压平衡盾构的自主设计与制造

3、 大直径泥水盾构消化吸收与设计

大直径泥水盾构消化吸收与设计是以中铁隧道集团为主、由上海隧道股份、浙江大学等单位协助的国家“863”计划重大专项课题。目前已经完成《国内外大直径泥水盾构技术发展研究报告》；完成了泥水盾构开挖面稳定机理研究，掘进系统、主驱动系统、管片拼装系统、液压系统、控制系统和泥水输送系统技术剖析研究；以武汉11.38m泥水盾构为依托，完成了9m泥水盾构设计工作；完成了泥水盾构控制系统模拟试验台的设计和制造，模拟盾构的直径为2.5m，是具有自主知识产权的国内较大的实物模拟盾构试验平台。

隧道掘进机方式分析

1 、外企与国企合作方式

2、 国企独立制造方式

隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，不同于常规的大型设备，其核心技术不在于设备本身的机电工业设计，而在于设备如何适用于各类工程地质，需要在长期的从实践到理论，再从理论到实践的反复探索，才能形成一套针对不同地质条件的隧道掘进机设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，因此需要几十年以上的工程施工经验和对地质情况的理解。由于国内制造工厂的工业设计人员具备地质经验需要相当长的时间，在短期内不能完成隧道掘进机的总体设计。因此，国内制造工厂独立制造方式至少在10年内不能制造出具有自主知识产权的盾构。

3 、施工企业产业化方式

隧道掘进机模式探讨

1 、产业价值链分析

隧道掘进机是根据隧道施工对象“度身定做”的，正如裁缝根据具体的人进行“量体裁衣”一样。隧道掘进机的制造特点是以工程为依托，根据施工环境（基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征）进行模块化设计和制造。隧道掘进机的特殊性决定了隧道掘进机产业链体系建立在以工程为依托，系统设计为核心，相关配件制造企业加盟生产，施工单位配合使用的基础上，其设计、制造必须与工程项目紧密结合。

2、 欧美模式

欧美模式在产业链上的主要特征是自主设计，自主组装，同时为用户提供技术服务，部件制造则采取全球采购或采取和相关重型制造企业结成战略联盟的形式。其产业价值链见图6，其核心是以系统设计为主。

3 、日本模式

和欧美模式不同，日本企业都是制造企业，企业本身就有较强的大型机械设备制造能力，并把先进制造技术作为核心竞争力加以保护。日本模式在产业链上的主要特征是自主设计、自主采购、自主制造（关键部件自主制造，通用部件分包）、自主组装，并为客户提供技术服务。其产业价值链见图7，其核心是以制造业为主。

4 、中国模式

按照中国的国情，隧道掘进机产业化应该走设计、制造、施工一体化道路，走施工企业产业化方式。施工企业实现隧道掘进机产业化的模式，既不同于欧美企业最初源于设计公司，也不同于日本企业源于重型制造工厂，施工企业隧道掘进机产业化以施工为核心，是一个边施工、边反馈、边制造、边提升的过程，其产业化模式是从产业价值链的末端向前延伸，见图8，其核心是以施工为主。

5 、产业化实现途径

施工企业实现隧道掘进机产业化的途径关键在于如何实现系统设计和生产制造能力，其重点是实现关键技术的自主能力，有效地利用国内、国外两种资源和两个市场，实现隧道掘进机最佳的技术经济性。

产业化的前期采取 “自主设计，国际采购，国内制造、国内总装”的产业化理念，走具有中国特色的“引进－消化－仿制－创新”的研发路线，通过不懈努力和技术攻关，研制出拥有核心技术和自主知识产权的隧道掘进机。

系统设计可采取自主研发或技术并购的方式，生产制造可以在国内组建区域性产业化战略联盟，关键部件通过合作伙伴生产，或通过控股合作伙伴进行关键部件生产。

隧道掘进机产业化方向

“十一五”期间，在全国范围内形成2～3个隧道掘进机产业化基地，每个基地具备年产20台隧道掘进机的能力。全面提升我国隧道掘进机制造业的技术水平，土压盾构系列化、产业化研究成果达国际先进水平；泥水盾构、复合型盾构和TBM研究成果填补国内空白，使中国隧道掘进机的总体水平步入国际先进行列。

1 、土压平衡盾构产业化、系列化

完成土压平衡盾构的产业化、系列化，在“十一五”末期，在国内新增土压平衡盾构中，具有自主知识产权的国产土压平衡盾构的市场占有率达到30%。

2 、泥水盾构和复合盾构的研制

完成泥水盾构技术的消化吸收、系统集成设计、制造、安装和调试技术研究，并研制出样机，掌握泥水盾构的自主知识产权关键技术。

完成地铁用复合盾构的系统集成设计、制造、安装和调试技术研究，并初步实现产业化，在“十一五”末期，在国内新增复合盾构中，具有自主知识产权的国产复合盾构的市场占有率达到20%。

3 、TBM关键技术研究

通过消化吸收，进行TBM的系统集成设计，完成TBM的总体设计。

隧道掘进机相关文件

国务院国发[2006]8号《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》文件将“满足铁路、水利工程，城市轨道建设项目的需要，加快大断面岩石掘进机等大型施工机械的研制，尽快掌握关键设备制造技术”列入16项重大技术装备之一。因此，加速发展我国隧道掘进机的研发及产业化势在必行。隧道掘进机产业化宜以施工企业为主，通过组建施工、设计、制造、科研四位一体的隧道掘进机产业化联盟，建立和完善产业化基地，实现隧道掘进机的自主开发和成套提供的总体目标，提高我国重大技术装备的国际竞争力。同时，国家应予以政策支持，确定隧道掘进机国家定点企业，定点企业享受关键配套件免征进口税优惠政策及其它国家重大技术装备开发优惠政策，将隧道掘进机的开发及产业化项目列为国债项目，给予定点企业技改贴息重点支持，以推动隧道掘进机的产业化。

爆破（英语：blasting，blast）是指采取一定措施、利用爆炸性物质的爆炸能量对周围介质产生剧烈作用，以达到预定目标的操作。

广义的爆破泛指一切利用爆炸性物质的爆炸能量来达到预定目标的操作，如采矿爆破、建（构）筑物拆除爆破、废弃弹药销毁爆破、军事目标爆破、恐怖袭击爆破等。

狭义的爆破主要指利用炸药的爆炸能量对介质做功来达到预定工程目标的操作，如采矿爆破、建（构）筑物拆除爆破、岩土开挖爆破、清淤炸礁爆破、爆炸加工（含金属破碎切割）、聚能爆破、地震勘探爆破、灭火爆破、堰塞坝抢险爆破等。

而工程界中常说的静态爆破只是通过化学膨胀剂反应来对周围介质产生较为缓慢的压力作用，而非一种爆破方法。 2100433B