开挖办法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋地道或城市铁路地道,而山岭铁路地道多用暗挖法。按开挖断面巨细、方位分,有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中选用钻爆法最为广泛,选用掘进机直接开挖也逐步推行。在松软地质中选用盾构法开挖较多。
钻爆法在地道岩面上钻眼,并装填炸药爆炸,用全断面开挖或分部开挖等将地道开挖成型的施工办法。
钻爆法开挖作业程序包含丈量、钻孔、装药、爆炸、通风、出碴、锚杆、立架、挂网、喷锚等工序。
①钻孔:要先规划炮孔计划,然后按规划的炮孔方位、方向和深度严厉钻孔。单线地道全断面开挖,选用钻孔台车装备中型凿岩机,钻孔深度约为2.5~4.0米。双线地道全断面开挖选用大型凿岩台车装备重型凿岩机,钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为 4~5厘米。炮孔分为掏槽孔(拓荒临空面)、掘进孔(保证进展)和周边孔(操控概括)。
②装药:在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药,有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的60%~80%,周边孔的装药量要少些。为缩短装药时刻,可把硝胺生长的管状药卷,以便填入炮眼;也可使用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。
③爆炸:19世纪上半期曾经用明火起爆。1867年美国胡萨克铁路地道开端选用电力起爆。尔后,电力起爆逐步推行。在全断面掘进中,为了减低爆炸对围岩的轰动和损坏,并保证爆炸的作用,多选用分时刻阶段爆炸的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部选用光面爆炸,边墙选用预裂爆炸。近期展开的非电引爆的导爆索运用日益广泛。
④施工通风:排出或稀释爆炸后发生的有害化学气体和由内燃机发生的氮氧化物及一氧化碳,一起扫除烟尘,供应新鲜空气,借以保证地道施行工程人员的安全和改进作业环境。通风可分首要体系和部分体系。首要体系可使用管道(直径一般为1~1.5米,也有更大的)或巷道(平行导坑等),配以大型或中型通风机;部分体系多用小型管道及小型通风机。巷道通风多选用吸出式,将浑浊空气吸出洞外,新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易到达的作业面,须选用部分通风机弥补压入。
⑤施工支护:地道开挖有必要及时支护,以削减围岩松动,避免塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木材、金属、钢木混合构件等,现在运用钢支撑者逐步加多。喷锚支护是20世纪50年代展开起来的一种支护办法,其特点是支护及时、安定牢靠,具有必定柔性,与围岩密贴,能给施工场所供给较大活动空间。我国在一些老黄土地道中运用喷锚支护也获得成功。喷发混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多选用干喷法,行将干拌混凝土内掺入少量的速凝剂,用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上,一次可喷3~5厘米厚度。在喷发混凝土中掺入一些钢纤维,或在岩面挂钢丝网可进步喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度和间隔视围岩性质而定,一般长度为2~5米,通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到满足的支护强度。在围岩坚固安稳的地段也可不加支撑。在脆弱围岩地段喷锚能够联合运用,锚杆应加长,以加强支护力。
⑥装碴与运送:在开挖作业中,装碴机可选用多品种型,如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运送机车有内燃牵引车、电瓶车等,运送车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸轿车等。运送线分有轨和无轨两种。
由钻孔直到出碴结束称为一个开挖循环。依据我国的经历,在单线小时能作两个循环,每个循环能进3.5米深度,每日单口进展可达7米。然而在开挖中不免遇到断层或松软石质以及涌水等,不易坚持每日的估计循环,所以每月单口实践进展多低于200米。我国成昆线蜜蜂箐单线地道单口最高月进展曾到达 200米。日本大清水双线地道单口最高月进展曾到达 160米。开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序有必要逐项准时完结,不然前一工序推延就会影响下一工序,因此拖长悉数时刻。其间最首要的工序为钻孔及出碴,所用时刻占悉数作业时刻份额较大。
①全断面开挖法:一次开挖成型的办法。一般都会选用带有凿岩机的台车钻孔,用毫秒爆炸,喷锚支护。还要有大型装碴运送机械和通风设备。全断面开挖法又演变为半断面法。半断面法是弧形上半部抢先,下半部隔一段间隔施工。
②分部开挖法:先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩展到半断面或全断面的开挖办法。这种办法首要长处是可选用轻型机械施工,多开作业面,各工序间摆开必定的安全间隔。缺陷是工序多,有搅扰,用人多。依据导坑在地道断面的方位分为:上导坑法、中心导坑法、下导坑法以及由上下导坑互相配合的许多办法,还有把全断面纵向分为台阶进行开挖,而各层台阶间隔较短的台阶法。
上导坑法适用于脆弱岩层、衬砌次序是先拱后墙,曾于1872~1881年为圣哥达地道选用。我国短地道一般用这种办法。中心导坑法是导坑开挖后向四周打辐射炮眼爆炸出全断面或先扩展上半部。20世纪初美洲曾用这种办法,20年代美国新喀斯喀特地道也用这种办法。下导坑法即下导坑抢先的办法。这中心还包含:a.上下导坑法,使用抢先的下导坑向上预打漏斗孔,便于展开上导坑等多工序平行作业。衬砌次序多用先拱后墙,遇围岩较好时亦可改为先墙后拱。b.漏斗棚架法,适用于坚固地层,以下导坑掘进抢先,由下而上分层开挖,设棚架,先衬砌边墙后砌拱。1961~1966年在我国成昆线年复工后获得均匀单口月成洞152米的进展。c.蘑菇形法,同漏斗棚架法相似,也设棚架,但先衬砌拱部后砌边墙。1971~1973年在枝柳线彭莫山单线地道运用,获得均匀单口月成洞132米的进展侧壁导坑法,两个下导坑抢先,环形开挖,最终挖掉中心土体,衬砌次序为先墙后拱,多用于围岩很差的双线地道。也有选用上导坑抢先及两个下导坑制品字形的。全断面开挖法和分部开挖法是钻爆法开挖常用的办法,但地道施工很杂乱,经常遇到各种困难状况,如大断层、流沙、胀大地层、岩洞、很多涌水等,需要采纳对应办法。
盾构法选用盾构作为施工机具的地道施工办法[2] .1825年在伦敦泰晤士河水下地道首要试用盾构,并获得成功。尔后,松软地质多选用盾构法开挖。盾构是一种圆形钢结构开挖机械,其前端为切断环,中心为支撑环,后端为盾尾。开挖时,切断环首要切入地层并能维护工人安全地作业;支撑环是接受荷载的首要部分,其间安设多台推动盾构的千斤顶及其他机械;盾跟随着上述两部分行进,维护工人装置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,操控围岩周边精确,很少超挖。日本丹那铁路地道曾选用盾构法施工。
掘进机法在整个地道断面上,用接连掘进的联动机施工的办法。早在19世纪50年代初,美国胡萨克地道就试用过掘进机,但未成功。直到20世纪50年代今后才逐步展开起来。掘进机是一种用强力切开地层的圆形钢结构机械,有多品种型。普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘,以强壮的旋转和推动力驱动旋转,圆盘上装稀有十把特制刀具,切开地层,圆盘周边装有若干铲斗将切开的碎石倾入皮带运送机,自后部运出。机身中部稀有对可弹性的支撑组织,当刀具切开地层时,它先外伸撑紧在周围岩壁上,以平衡强壮的扭矩和推力。掘进机法的长处是对围岩扰动少,操控断面精确,无超挖,速度快,操作人员少。
地道衬砌地道开挖后,为使围岩安稳,保证运营安全,需按必定概括尺度制作一层有足够强度的支护结构,这种地道支护结构称为地道衬砌。常用的衬砌品种有就地灌注混凝土类、预制块组装、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,构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。
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