铁路隧道施工机械化见证与展望

第一篇：铁路隧道施工机械化见证与展望

铁路隧道施工机械化见证与展望

献给中铁西南科学研究院成立五十周年

柴永模2009.09.10 我有幸见证了铁路隧道上下导坑-漏斗棚架式古老的矿山法施工、隧道钻爆法全断面综合机械化掘进、隧道全断面机械破岩掘进机法施工。展望未来，隧道施工的根本出路在于实现机械化。

祝中铁西南院继续领跑隧道事业，兴旺发达，繁荣昌盛！

1.铁路隧道施工机械化的发展简述 1.1国外隧道钻爆法施工机械的发展

十九世纪20年代，在英国的铁路线上，开始修建了第一座铁路隧道（长1,190m）。到1861年出现了第一台风动凿岩机，1866年发明了黄色炸药后，在法意边境的仙尼斯隧道施工中，首先采用了风动凿岩机和简易凿岩台车钻孔。二十世纪40年代，由于凿岩机具的几次重大革新，采用门架式凿岩台车及其配套机械进行隧道全断面施工，到二十世纪70年代，以高压风为动力的隧道全断面综合机械化施工已成为一种首选施工方法。使单线铁路隧道的平均单口月成洞达170m。随后，具有凿岩速度高、能耗低的液压凿岩机的成功应用，很快地取代了风动凿岩机在凿岩台车上使用的统治地位，出现了钻臂少且凿孔范围大的轮胎式全液压凿岩台车并很快广泛应用于铁路隧道施工，使钻爆法施工机械及其配套技术水平得到一次飞越，单线铁路隧道全断面月掘进达到240m（麦克唐纳隧道）。1.2我国隧道钻爆法施工机械的发展 1.2.1隧道分部开挖施工机械

上世纪50年代初期，我国隧道多数为人工开挖，60%左右的短隧道（500m以下）月成洞仅14m，30%左右长2000m以下的隧道为30m。1954年开工的宝-成线秦岭隧道（2364m）第一次使用手持式风动凿岩机、电瓶机车和碴斗车。到60年代中期的川-黔、成-昆和贵-昆铁路隧道建设中，学习煤矿和金属矿山的巷道快速掘进模式：采用手持式凿岩机配以自制的分风、分水器，长短钢钎搭配多台凿岩机同时凿孔；全部采用人工元木支撑；采用H762型(或华-1型)铲斗后卸式装碴机、平移调车器、0.75m3V型斗车、XK-8型电瓶机车及762mm轨距组成装运系统，最高月进尺301.3m(沙木拉打隧道)；当配套形式中的装碴机采用国内新研制的ZCQ-4型风动装碴机后,于1975年在长潭1号隧道导坑掘进中创造了月掘进359.5m；又当装碴机改为8HR立爪装碴机与12t电瓶机车和8m3梭式矿车配套时，1988年在大瑶山隧道北端的导坑掘进中，达到月进尺425m；虽然隧道的衬砌作业仅使用了J1250-

1、J1400和J1400A混凝土搅拌机进洞作业、木模板和插入式振捣器等机械，此期间的单线铁路隧道平均月成洞已达到80m，最高为152m(关村坝隧道)。

2008年以来，建设中的贵昆线六盘水至沾益段乌蒙山2号隧道(全长12266m)，其中横洞工区负责横洞2026m、平行导坑3645.5m，正洞双线隧道4270.94m施作。横洞和平行导坑的掘进断面分别为25m2和15m2。釆用多台手持风动凿岩机打眼；ITC-312大能力挖装机、3台25m3梭式矿车和25t内燃机车、43kg/m钢轨、900mm轨距、4轨3线布置轨道组成的装运作业线；TK-961型湿喷机支护作业；大风量长管道压入式通风方式等。在岩溶地区水害很大条件下，月掘进近300m，代表了当今平行导坑掘进机械化水平。1.2.2铁路单线隧道全断面施工机械化的发展

铁路单线隧道全断面施工机械化起步较早，可分为以高压风为凿岩动力和以液压为动力的两个阶段。

1.2.2.1早期的风动凿岩台车及配套模式

成昆铁路修建期间引进10台套隧道全断面风动凿岩台车及部份配套设备，在15座隧道施工中掘进7876.68m，机械配套作业线归纳起来有两种形式。

(1)以自制SQT-1型梯架凿岩台车为主的全断面掘进配套技术在白云岩1号隧道中施工，台车分三层，共布置17台BBC-24W风动凿岩机(进口)沿梯架自动推进凿孔，洞口供风量为100m3/min；2台LM-250H风动装岩机、19辆4.25m3侧卸式大斗车、3台LJU-10内燃机车和起重能力为10t的风动平移调车器等组成装、运作业线；采用01-45锚杆钻机钻孔、安装楔形锚杆并挂网支撑；人工立木模板衬砌等，全断面掘进仅580m。

(2)另一种形式是以日本ZC419型液压钻臂式风动凿岩台车为主的全断面掘进配套技术在成昆线蜜蜂菁2号隧道施工。台车分三层、共15台液压钻臂上分别安装1台ASD-35中型导轨式风动凿岩机凿孔，洞口供风量为100m3/min；RS-85型风动装岩机、120辆0.75m3V型斗车、三台BL-10-M电瓶机车和自制三线平移调车器组成出碴作业线；金属锚杆挂网支护；人工立木模衬砌等。全断面掘进长度658.38m，平均月掘进153.11m，最高月掘进200.58m。这种配套形式继后又在沙通铁路梨树沟隧道、襄渝铁路蜀河隧道中再次使用。1.2.2.2凿岩台车及配套设备研究制

1974年铁道部科学研究院西南研究所与铁道部第二工程局合作，总结了隧道全断面机械化施工的经验教训，研制了第一台CGJ15-3型铁路隧道全断面凿岩台车、SC8.5m3、SC16m3梭式矿车、TP865型混凝土喷射机械手等施工机械，1977年在四川广(元)-罗(坝)铁路普济隧道（长405m）进行全断面试掘进，取得了月掘112m和每米掘进工天为56天的好成绩。与凿岩台车配套的相关机械有YG-40型导轨式凿岩机，ZCY-45电动装碴机及SC8.5m3风动梭车等，其中研制的梭式矿车在铁路隧道施工中首次使用，深受施工单位喜爱。1984年按CGJ15-3改型的CGJ12型台车在四川映秀渔子溪二级电站引水隧洞修建中再次成功应用。

1.2.2.3单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备研究

二十世纪90年代侯月、宝中、南昆、西康和内昆单线铁路的修建，由于单线铁路隧道断面净空小、施工干扰大，成功的双线隧道施工机械配套模式不适于单线长隧道施工，因此，1992年铁道部针对米花岭隧道（9,392m）工程实际，由铁路工程总公司牵头，进行了“单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备”的研究。以引进、研制单线隧道门架轨行式全液压凿岩台车为龙头，使用国产机械组成装运作业、喷锚支护作业和衬砌作业线等。以洞内轨道布置为纽带，使几条作业线在运行尺寸、工作范围、生产能力等方面合理配套为该研究的重点和难点。经过几年努力，研制出了适用于单线隧道支护作业的TK-961型湿喷设备、研制了类似ITC-

312、KL-20ES大能力挖装机，使用了T12t电瓶牵引机车与14m3梭式矿车新产品，首次在隧道内使用43kg/m重轨，建立了单线铁路隧道快速施工机械配套方案，实现了单口月成洞120-150m的目标。

随后在西康铁路秦岭隧道Ⅱ线(长18,456m)施工中，将上述配套方案中的轨距由762mm改为900mm、四轨三线制布置轨道、使用ITC-312大能力挖装机、14m3以上梭式矿车和大马力内燃机车组成的装运作业线；使用具TK-961型湿喷机为主的支护作业线；采用长管道压入式通风方式等。形成了我国单线铁路隧道快速施工机械配套模式。具有90年代国际先进水平，在隧道施工中发挥了极其重要的作用。

1.2.3 铁路双线隧道全断面施工机械化模式研制

1982年后，衡广及大秦铁路加速修建，大瑶山、军都山特长双线隧道建设中，采用传统的施工方法和施工机械难已满足工程建设要求。为此，引进国外先进机械和施工技术进行全断面综合机械化施工，推动我国隧道新奥法施工技术、液压凿岩技术和大型轮式隧道施工机械等跨入国际先进行列。在引进设备的同时，各专业厂家采取技贸结合或入门费加提成的方式，引进了工程机械专有生产技术111项，到1989年底，其中67项国产化率达70%以上，不少项目基本实现国产化，其中隧道机械专有生产技术9项，如H174~H178全液压凿岩台车、COP1038HD液压凿岩机等，促进了隧道施工机械的研制和发展。国产配套施工机械主要有钢模板衬砌台车、HB30、HB60混凝土泵。引进的隧道机械组成了几条作业线：由TH286液压凿岩台车、LM1641或CAT966D装载机、DP205自卸汽车组成挖、装、运作业线；由B1.5-

4、Robot75机械手组成的支护作业线；由国产模板台车、引进的M30混凝土拌合楼、混凝土搅拌输送车组成衬砌作业线；另外还配有通风机械、注浆机械和找顶反铲等。大瑶山、军都山双线隧道机械化的施工，建立了具有世界先进水准的铁路双线隧道机械化施工模式，其月掘进和成洞速度达到了世界先进水平。

2007年以来，正在施工的雅砻江锦屏电站引水隧洞中，发包人提供承包人全额回购的施工设备13台（套），在铁路双线线隧道机械化施工横式基础上，适当变换机械，形成了当今最先进的隧洞掘进机械化模式，该模式由Rocket Boomer353E液压凿岩台车、0.5～1m3长臂挖掘机组成掘进作业线；用CAT980、CAT966胎式正装侧卸式装载机、反铲挖掘机(清底)、大型自卸汽车(20t)等组成装运作业线；进口锚杆凿孔台车(工作高度11m、动力约100kW)、使用水胀式锚杆、Spraymec 7110WPC喷混凝土台车(35m3/h)组成支护作业线；衬砌钢模台车、砼运输罐车、砼土泵等组成衬砌作业线。2铁路隧道掘进机施工法的发展 2.1国外隧道掘进机施工法发展

掘进机是由盾构技术发展而来，具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能，使隧洞全断面一次成形。

1851美国工程师设计了世界上第一台掘进机，由于存在难以克服的刀具问题和其它各种困难，不好与隧道钻爆法施工相比。直到1952年，美国工程师再次采用滚刀获得了成功，使掘进机在硬岩中的掘进速度超过了钻爆法的掘进速度。

现代的掘进机采用了机械、电气和液压领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化施作隧道，无论是隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有质的飞跃。

目前，国外掘进机技术已经相当成熟，有敞开式、单护盾、双护盾掘进机等不同类型，适应不同的地质条件。德国维尔特公司1999年制造的用于西班牙Paracuellos项目的TBE450/1140H型掘进机，直径为12.35m；德国海瑞克公为马德里一座隧道提供了一台双刀盘土压平衡盾构机，外刀盘直径达15.2m；上海长江隧桥工程成功使用2台德国海瑞克公司生产的世界上最大直径(15.43m)的泥水平衡式盾构等，代表目前大直径掘进的先进水平。

经过半个世纪的发展，国外的掘进机制造技术在以下方面取得了长足进步：

(1)掘进机在适应地质条件方面可根据不同地条件设计掘进机及其后配套设备系统，并有多种形式的机型供选用；

(2)掘进机的直径范围也扩大了，从直径小于1.0m的微型掘进机到12.35m左右的大直径岩石掘进机均能生产并投入使用；(3)掘进机的一次掘进长度可达20-25km，在更换一次刀盘大轴承及轴承密封后，整机寿命达40km，有利修建特长隧道；(4)当前，有单一圆形断面、双圆、多圆断面、扩孔式掘进机和任意断面的掘进机修建岩石隧道；(5)有水平隧道掘进机、竖井掘进机、斜井掘进机；

(6)掘进机激光制导和PC控制系统及液压伺服调节技术也非常成功在掘进机上得到应用；

(7)滚刀直径进步加大，19英吋(￠483mm)滚刀已投入使用，其单刃滚刀的承载能力达31t，刀具的破岩能力和使用寿命得以提高；(8)特大型刀盘的分块设计、刀盘钢结构焊接变形控制、刀盘整体热处理技术，刀盘、护盾的耐磨保护技术及耐磨材料的研究成功；(9)大型铸钢件的冶炼、浇铸、质量控制和成品检测技术，大型焊接件(掘进机主梁)的选材、焊接成型工艺、变形控制和质量检测等；(11)可自动延伸的特长皮带机连续运渣，使掘进速度加快，是钻爆法隧道施工不可比拟的。2.2国内掘进机及施工发展

国内全断面掘进机的研究开发始于1964年。由上海勘测设计院机械设计室、北京水电学院分别进行方案设计。1965年，掘进机的研制列入国家重点科研项目，当时的水电部抽调技术力量，集中在上海水工机械厂进行现场设计，1966年制造出了1台直径3.5m的掘进机，先后在云南西洱河水电站引水隧洞进行试验，洞轴地层为花岗片麻岩、石灰岩，抗压强度为100～240MPa。最高月进尺为48.5m。

上海水工厂制造直径SJ-58型掘进机，于1977年4月～1978年4月在云南西洱河水电站的水工隧道中进行工业性试验，共掘进了247.3m。1981年，SJ-58型掘进机经过优化设计后，于同年11日25日投入引滦入唐工程古人庄隧道施工，共掘进2747.2m，穿越的岩层系白云质矽质灰岩，最高日进尺19.85m，最高月进尺201.5m，该工程于1983年3月15日贯通，这是中国第一条用国产掘进机施工的中型断面隧道。

1985年～1992年，天生桥二级水电站引水隧洞工程使用了美国罗宾斯公司制造的开敞式掘进机，直径为10.8m，平均月进尺仅65m。

1991年～1992年，引大入秦工程30A号和38号输水隧洞，总长约17km，相继采用了美国罗宾斯公司制造的φ5.53m双护盾掘进机施工，平均月进尺980m，最高月进尺1400m。随后，引黄入晋工程中使用了5台罗宾斯、1台法国法马通公司制造的双护盾掘进机，开挖了总长为122km的隧道，创造了日掘进113m、月掘进1637m 的纪录。

秦岭Ⅰ线隧道全长18.456km，采用掘进机法和钻爆法施工，铁道部1996年引进两台φ8.8m开敞式掘进机，秦岭北掘进机掘进隧道5.244km，秦岭南掘进机掘进隧道5.621km，1998年平均月进度为252.36m，1999年平均月进度为290.64m，最高月进度为528.48m。

2003年招标建设计的辽宁大伙房水库引水工程，引水隧道全长85.308km，采用掘进机法和钻爆法施工，使用了3台φ8.03m开敞式掘进机顺利完成。

建成的武汉长江隧道是一条双孔双向四车道设计的公路隧道，盾构段长2.5公里，2009年4月19日双线贯通，隧道内车行8分钟即可过江。

上海长江隧桥工程起自浦东五号沟，经长兴岛，止于崇明陈家镇，全长约25.5公里，其中浦东至长兴岛为7.5km隧道，建成后，上海市民从市中心乘车只需40分钟左右就可直达崇明。隧道成功使用2台德国海瑞克公司生产的世界上最大直径(15.43m)的泥水平衡式盾构，上行线盾构段已于4月23日贯通，下行线盾构段到5月底已完成总掘进量的85.1%。到2009年6月30日,上行线路面铺装总量88.3%，下行线路面铺装总量86.1%。

南京长江隧道位于南京长江大桥与三桥之间，连接河西新城区——江心洲——浦口区。整个工程通道总长约6.2公里，按6车道快速通道规模建设，设计车速80km/h，盾构开挖直径14.96m。左线于2009年5月20日贯通右线于2009年8月22日贯通。

新建广深港铁路客运专线是内地联接香港的快速通路，线路长度约105km。狮子洋隧道工程为全线控制性工程，全长10.8km，其中盾构段长9277m，采用四台泥水平衡式盾构分别从左线、右线两端工作井相向掘进，地中对接、洞内解体完成隧道掘进。隧道内径9.80m，外径10.80m，采用“7+1”分块式的通用契形环钢筋砼单层管片衬砌。总工期35个月，目前正顺利掘进。该工程为目前国内最长、标准最高的水下隧道，是广深港客运专线的控制性工程。

兰渝铁路西秦岭隧道，隧道长28236米，为我国长度第二铁路隧道，仅次于在建的新关角隧道。隧道为双洞单线，由中国隧道集团及中铁十八局采用两台TBM和钻爆法施工。西秦岭隧道于2008年8月开工，工期约5年。

西安至成都客运专线前期勘测工作已全部完成，并计划于2009年底正式开工建设。西安北至江油段线路建筑长度510公里，其中穿越秦岭山区地段线路总长达到135公里，隧道合计长度高达127公里，超过10公里的特长隧道就有6座，将釆用掘进机法施工。

中国城市地铁建设中，将有几百台盾构机投入掘进，有人估计，世界上70％左右的掘进机(含盾构机)在中国掘进。2.3掘进机的国内外合作生产与施工

国外掘进机制造商为了降低制造成本，选择国内的制造厂合作生产掘进机及后配套设备，把一些钢结构件如刀盘、机架、盾壳、后配套平台车等钢结构件交由国内的制造厂生产，外方负责图样、技术及监督制造。关键配件由外方制造或采购，运到国内组装。例如：

(1)1996年维尔特公司与铁道部宝鸡工程机械厂合作生产用于秦岭隧道维尔特TB880E掘进机后配套设备。制造了7号～18号平台车12节，20m3出碴矿车26台。

(2)1998年罗宾斯公司与上海隧道股份有限公司合作生产2台φ4.84m双护盾掘进机，刀盘、盾壳等结构件由上海制造，外方负责图样、技术及监督制造。其他部件由外方制造或采购后运到上海组装。1998年底出厂，用于山西引黄入晋南干线工程。

(3)2001年以来中国二重与美国罗宾斯公司合作，为新加坡制造了φ4.2m双护盾掘进机刀盘、盾壳等结构件，外方负责图样、技术及监督制造，其他部件、配件由外方制造或采购后，运到中国第二重型机械厂组装。2002年7月～2003年3月为云南掌鸠河引水工程制造了φ3.65m双护盾掘进机，该机已于2003年4月在现场完成安装并投入使用，整机设备运行良好。(4)2004年罗宾斯公司与大连重工·大连起重集团公司合作生产2台φ8.03m(MB264—310，MB264—311)开敞式掘进机，部分结构件由大重大起公司制造，外方负责图样、技术及监督制造。其他部件、配件由外方运到大重大起公司组装。2005年用于辽宁省大伙房引水工程掘进机一标及三标。

(5)2004年维尔特公司与河南新乡中铁隧道股份有限公司合作生产掘进机后配套平台车的结构件，由维尔特公司提供图样及督造，2004年底用于辽宁省大伙房引水工程掘进机二标。

(6)2004年海瑞克公司与广州重型机器厂(简称广重)、武汉重型机床厂以及陕西宝鸡工程机械厂合作生产一台直径6.76m的双护盾硬岩掘进机，主机钢结构由武汉重型机床厂生产，后配套台车架由宝鸡工程机械厂制造，刀盘由广重生产，海瑞克公司负责图样、技术及监督制造，其他部件、配件由外方运到广重，整机组装在广重进行，2005年用于新疆大坂引水隧洞工程。

2007年8月，北方重工以绝对控股方式，成功并购德国维尔特控股集团公司/法国ＮＦＭ公司，从而拥有了世界隧道掘进机知名企业控股权。至此，经过历时两年的精心运作和多轮谈判，北方重工对拥有世界隧道掘进机知名品牌和核心技术的德国维尔特控股集团公司/法国ＮＦＭ公司的并购终于落下帷幕。据透露，并购后德国维尔特控股集团公司/法国ＮＦＭ公司成为北方重工（ＮＨＩ）旗下的ＮＦＭ公司，将作为具有独立经营、自负盈亏的分公司继续运营。

2008年08月，成都南车隧道装备有限公司与美国罗宾斯公司合作生产的第一台隧道掘进机下线并交付使用，标志着中国西部装备制造企业首次进入隧道掘进机制造领域。此次竣工下线的是双护盾隧道掘进机，专门为陕西省南水北调引红救济石工程所生产。该工程年平均引水量1亿立方米，有效缓解咸阳、杨凌和西安等城市水资源供需矛盾，改善渭河生态环境，促进区域经济社会可持续发展。南车集团正在合作为西秦岭隧道、成都地铁生产隧道掘进机和盾构机。3隧道施工机械化展望

3.1大量新建隧道需要隧道施工机械化

截至1999年，中国现在有铁路隧道6876座，总长度为3670公里，中国公路隧道总数已达1782座，总长度704公里，分别是改革开放之初的4.7倍和13.5倍，是世界上隧道最多的国家。为适应我国国民经济的需要，铁道部于2004年制定并颁布了《中长期铁路网规划》，规划中明确指出到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里。其中“十一五”期间我国在建或开工新建的铁路隧道超过4000km。为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及发达地区城际快速客运系统。建设客运专线及城际轨道交通1.8万公里，10km以上的特长隧道比重增加，它的快速施工需要实现机械化。

3.2隧道钻爆法施工机械化是推广发展重点

自液压凿岩台车应用隧道施工，隧道钻爆法施工纪录不断刷新，创造了18个月贯通秦岭隧道（18.46公里）的奇迹。推广和创新发展“新奥法”施工和机械化配套技术，是实现隧道钻爆法施工机械化的重点。其中掘进机械化，装-运-卸机械化，锚杆-湿喷砼支护机械化，衬砌(含仰拱)砼施工机械化仍是推广和创新的重点、难点。

3.3隧道掘进机成为重点研制设备

由于国内掘进机与国外掘进机相比，在机器工作可靠性、自动导向和调向系统、液压及伺服系统、刀具及刀具轴承、主机大轴承的设计与制造、自动控制系统及元件等多方面的差距很大，为满足当前高速铁路特长隧道建设需要，我国正与世界知名掘进机(含盾构)制造厂技术合作，在上海、广州、沈阳、大连、成都、武汉等地都设立了本地化生产工厂，为国内研制、生产各类隧道掘进机及配套设备。

3.4隧道掘进机的发展趋势

(1)既要设计适合复杂地质条件使用的多功能掘进机，又要制造用于地质条件简单的、功能单一的掘进机。

(2)目前双线铁路隧道及公路隧洞因多车道的需要，要求大断面掘进机，直径20m的掘进机正处于“预研究”阶段。大直径掘进机的设计制造和部件运输组装是技术上的重难点。

(3)未来的发展趋势之一是全自动化。掘进机的设计制造在一定程度上反映了一个国家的综合科学技术和工业水平，体现了计算机、新材料、自动化、信息传输和多媒体等的技术的综合水平。目前，在办公室所在地可以直接从计算机屏幕上获取远距离的掘进机施工图像和参数，并可以发出指令进行控制。

(4)计算机硬件和软件的迅速发展，掘进机的计算机优化设计和施工系统的开发也是发展方向之一。随着科技的发展，一门叫做“地质机械电子学”应运而生，它把机械原理、电子学原理和机器人原理应用到岩土工程学中。

(5)TBM导洞扩挖法在特长隧道施工中的研究，即先用小直径（3.5～5m）TBM开挖导洞，然后用钻爆法扩挖至设计断面的复合式施工方法。小直径TBM具备技术成熟、造价低廉、操作快捷的优势，在高效、低耗、环保等方面已被证实有突出表现，适宜在众多山岭特长隧道施工中采用。意大利自20世纪80年代初期开始使用这种方法，已有100km以上隧道的建成经验。

作者留言： 学的是机器制造，干一辈子隧道机械，其志向未变，无怨无悔；

博客格言是“退休继续与时俱进，年轻心态延缓痴呆”。主要参考资料：

1、《成昆铁路(第三册)隧道》人民铁道出版社，1979年北京；

2、《中国铁路隧道史》ISBN：7113052010 中国铁道出版社 2004-3 第1版；

3、罗朝廷、柴永模、陈永华“隧道施工机械国产化的情况调查与总结”，《铁路隧道及地下工程》科技动态报告文集，1993年中国铁道出版社；

4、柴永模 王建宇 “隧道掘进机在中国铁道工程中的应用及前景”《建筑机械化》2002年第5期；

5、中国铁路工程总公司“单线铁路长隧道快速施工配套技术与设备”研究报告，1998年；

6、王新线 雷升祥 柴永模“铁路客运专线特长隧道的TBM导洞扩挖方案构想”《铁道标准设计》2006年第12期。

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第二篇：铁路隧道机械化配套施工新模式

铁路隧道机械化配套施工新模式 来源：《人民铁道》报作者：李庆安 段宏杰发表时间:2010-01-14 16:19

长期以来，出于成本等考虑，我国建筑施工企业在隧道施工中大量使用农民工施工，这为广大农村劳动者提供了大量就业机会，同时推动了建筑业的发展。但是，随着建筑市场规模的迅速扩大、地质条件的复杂和建设标准的不断提高，大量使用农民工的弊端就逐渐显露出来：广大农民工专项施工技术水平普遍不高，虽然施工企业对他们进行了系统的技术培训，但农民工专业技术还是不能满足高质量建筑的要求。随着和谐铁路建设深入展开，这种粗放型施工管理模式，与铁路大规模建设的形势不相适应。正是在这样的背景下，一种新的管理模式——机械化配套作业成为大规模客专建设行业新的选择和契机。

山岭隧道机械化配套施工适应铁路建设新形势的迫切要求，对于提升我国隧道施工水平意义深远

截至2009年年底，我国建成的铁路隧道总长度已经超过7000公里，在建铁路隧道总长度已超过5000公里，即将开工和规划建设的隧道总长度超过5000公里，预计到2012年，我国建成通车的铁路隧道总数量将突破1万座，总长度将突破12000公里。我国铁路隧道建设的总量已经远远超过世界其他国家。但是我国铁路软岩隧道施工的快速修建设备配套技术水平、施工装备及国产化仍处于隧道施工机械化初期，整体技术仍较落后。主要表现在：

——以钻爆法为基础的机械化快速施工技术体系尚未完成，在机械化作业线设备配套技术、环境控制、施工安全与风险控制、岩溶高压水、大变形治理等方面，许多设备配套关键技术难题尚未取得突破，施工进度差别很大，事故隐患较多，工后环境影响较大。

——以钻爆法为基础的机械化设备配套在硬岩或围岩稳定性较好的条件下才能实现快速施工，而且作业线的主要设备大多从国外引进，自主开发的品种少、质量较差、故障较多，主要技术性能参数与铁路隧道现有施工条件不匹配。设备国产化程度低，因而影响作业效率，难以形成先进的机械化作业线。特别是开挖出砟、喷锚、支护、二次混凝土衬砌等工序，设备国产化程度低，制约了全行业整体技术的全面发展和进步。

——对于软岩和土质隧道，大多数仍采用人工作业，工序循环时间长，围岩扰动大，安全风险高，支护困难，进度缓慢，造成软岩隧道既不能快速施工，也不能形成机械化作业。

通过对瑞典和丹麦等国家隧道施工现场进行考察，技术人员发现，国外隧道施工从开挖、支护、钻注浆、锚杆、喷混凝土、出砟等各工序都配置了配套的全机械化作业生产线，机械化程度较高，且配套完整。国外隧道施工时采用喷混凝土机械手，真正实现了工装的配套，既环保又安全，可以真正控制支护质量，同时还可以因回弹比例小而有效降低施工成本。国外承包商的各生产线都利用较为发达的租赁市场，且配套维修非常及时。设备租赁特别是大型专用设备的租赁，方式较为灵活，便于现场推广应用。由于施工设备的完善配套，隧道施工作业人员每班仅7人~10人。

为了尽早实现我国隧道施工的机械化配套施工，铁道部专门设立了“隧道围岩稳定性及其控制技术研究”重大研究课题。其中，中国中铁隧道集团有限公司（以下简称中铁隧道集团）牵头承担起“隧道施工机械化配套技术及装备研究”子课题，并依托贵广铁路进行试验和实践。

课题借助三都、天平山等特长铁路隧道的修建，重点解决开挖与喷锚支护、装砟与运输、防水板铺设机械化施工作业线，控制围岩变形，完善我国软硬岩隧道全断面和台阶法施工的全工序作业线的机械化，尽快建立起合理的设备配套、协调运转机制，形成一套完整的具有理论指导、设备配套齐全且具有广泛适应性以及工法完善的机械化体系，以解决我国铁路修建技术方面的设备配套及国产化问题。核算机械化施工和课题取得的各项经济指标，对评价投资规模，促进施工进度，缩短工期，保证施工质量和安全，提升隧道施工装备实力与国产化水平，进而形成我国铁路机械化配套施工技术体系具有重要意义。

明确任务，积极行动，深入研究，认真实践，中铁隧道集团扎实推进机械化配套课题实施

2009年4月12日，中铁隧道集团主持召开“隧道施工机械化配套技术与装备研究”课题实施大纲研讨会，就科研实施大纲如何完善铁道部提出的长大隧道设备配套技术及满足铁道部提出的装备国产化达到国际水平的要求，对三都隧道设备配套实施如何与科研大纲配套方案相统一、设备投入资金来源及设备管理模式等事项进行了研讨。

会议决定成立专门课题组，下设“长大隧道机械化配套技术研究”“隧道施工装备国产化研究”和“隧道施工机械化经济分析研究”三个分课题，分六个阶段组织科研攻关。会议要求在贵广铁路三都隧道选择关键线路的工作面，在科研费以外再投入1500万元作为新增设备购置及三臂台车升级改造费用。为减少超欠挖，项目负责对已到现场的两台汤姆洛克凿岩台车进行改造，升级为电脑台车。

会议要求课题组坚持科研攻关实施方案的可行性、可靠性、先进性和合理性，按照“项目法施工”的组织要求，把科研攻关纳入到施工管理中，做到超前思维、精心组织、合理安排、突破重点，科研阶段成果指导施工的原则，确保科研成果大幅度提升施工效率，设备配套达到国际水平，国产化水平大幅提高。会议要求课题组重视贵广铁路的工程实践，建立以科研攻关为先导、以科研指导施工的施工管理体系。

2009年10月21日，中铁隧道集团课题组人员在贵阳向贵广铁路公司汇报“长大隧道快速施工机械化配套技术”课题进展情况。贵广公司就该课题提出了以下几点要求：一是要深刻认识设立课题的意义是用高科技手段来提高铁路施工效率，减轻劳动强度，提高隧道施工机械化程度，保证隧道施工安全。二是要改变课题转化到施工实践中过程较慢、转化效果不佳的局面，使课题与施工实践相结合，为施工服务。三是课题应解决以下几个关键问题：效率问题、环保问题、安全问题、经济性问题、设备与设备间工序与工序间有效衔接问题。四是以课题依托项目来推进，应尽快形成规模，尽快投入使用，要在项目推进时尽快出成果。2009年11月10日，中铁隧道集团再次主持召开机械化配套课题专题会，讨论了课题中设计的相关设备的引进和国产化问题。会议要求课题组和项目承担单位要了解研制开发钢拱架安装机的核心条件，其目的是减轻钢拱架安装人员的劳动强度，提高作业安全性，缩短工序循环时间。关于钢拱架安装机的开发研制，会议明确，主要是针对两台阶开挖情况下的钢拱架立拱作业，钢拱架安装机应具有两条工作臂、一个工作吊篮，行走形式为履带式行走，驱动形式为内燃机。会议要求隧道设备制造公司尽快按以上要求组织钢拱架安装机的设计。同时，要加紧进行防水板自动铺设台车、多功能台架和模板台车标准化的设计与制造，力保在2010年一季度末完成样机并投入使用。会议要求课题组及时总结湿喷机械手在贵广铁路三都隧道及其他项目成功应用的经验，在全集团内推广使用。

2009年12月3日至8日，中铁隧道集团邀请北京交通大学、郑州大学教授前往贵广铁路三都隧道进行现场指导。根据隧道地质情况，开展三都隧道出口全断面开挖机械化施工配套作业技术研究，由于地质复杂，还要在进口开展两台阶开挖机械化施工配套技术研究。会议就课题的阶段性目标和任务进行了详细分解，就课题研究中存在的问题进行了讨论，希望科研配合好施工，施工为科研提供条件，大家共同努力，争取实现科研和施工互动和双赢。

目前，贵广铁路三都隧道出口已配置三臂凿岩台车2台、挖掘机2台、装载机4台、自卸汽车6辆、仰拱移动栈桥1座、喷射机械手1台、多功能超前地质预报钻机1套、可移动整体仰拱模板1套等，基本形成了隧道施工全断面机械化配套作业流水线。

科研与施工互动，相互促进，中铁隧道集团在隧道机械化配套施工方面取得阶段性成果

贵广铁路全长857公里，是西南地区通达华南沿海地区的重要区际铁路通道。三都隧道为全线重点工程，全长14.6公里，隧道地质条件复杂，共穿越13条大的断层破碎带。隧道出口段采用机械化施工，出口段计划施工2580米，设计洞身岩层为泥灰岩夹钙质砂岩、页岩、石质砂岩、砂质页岩，段内设计的围岩级别为Ⅴ级围岩285米，占段内总长的11%，Ⅳ级岩630米，占段内总长24%，Ⅲ级围岩1665米占段内总长65%。

针对三都隧道，中铁隧道集团加强了超前地质预测预报方面的工作。项目部采用TSP全程贯通探测，异常地段采用地质雷达、红外探水、进口多功能C6地质水平钻机超前钻孔探测、地质素描等手段对隧道施工前方的地质、水文情况进行综合分析，同时在每个开挖循环钻3个～8个超前炮孔近距离了解掌子面前方地质情况。项目部根据量测速率的变化分级进行管理，利用专用网络对监控量测数据实施动态监控，根据量测数据反馈指导现场施工，保证施工安全。开工以来，项目部已多次成功预报出隧道前方的溶洞和不良地质，避免了数次涌水和突泥的发生。

开挖方面，项目部为三都隧道出口配备了2台三臂凿岩台车，2009年4月底开始使用，开挖月进度最高达到198.6米的单口掘进速度，目前已开挖近400米。每台台车配备6名操作人员，分两个作业班组进行施工。凿岩台车在实际使用中提高了施工工效，单孔5米深的炮孔成孔时间为1.5分钟～2分钟，全断面开挖单循环时间控制在3小时～4小时，加快了掘进的速度。项目部采用全断面光面爆破，现场实际统计平均线性超挖均能控制在10厘米以内。同时凿岩台车兼顾施钻系统锚杆眼孔的任务，提高了初期支护的施工效率和质量。

出渣方面，根据隧道断面大小，项目部在三都隧道出口配备了PC220挖掘机1台，用于找顶扒渣工序施工，配备2台WA380装载机及6台VOLVO自卸汽车。通风找顶完成后，由2台装载机同时向1台汽车进行装渣运输

第三篇：隧道工程机械化施工

隧道机械化施工的认识报告

概述

我国铁路隧道机械化施工是自20世纪80年代才开始的，以衡广复线大瑶山隧道建设为起点，然后在大秦、南昆、京

九、西康等铁路建设中推广完善，形成了多种机械化施工成套技术和设备配套模式。可以说，大瑶山隧道是我国铁路隧道钻爆法机械化施工技术发展的标志，20世纪90年代西康铁路秦岭特长隧道则是全断面硬岩掘进机(TBM)施工技术发展的标志。两次技术飞越对我国隧道施工技术发展影响甚大。它不仅使隧道施工进度明显加快，而且使人们认识到大规模机械化作业是今后隧道施工技术的发展方向。没有机械化，就不会有快速施工，就难以在较短时期内完成各类大规模的隧道建设任务，这一点目前在铁路建设施工企业中已形成共识。而其他各种施工技术也必须在机械化条件下来实施，并且要与机械化施工的要求相适应才能继续发展下去。

21世纪是隧道与地下工程更加迅速发展的世纪。未来20年，我国交通隧

道的工程规模将越来越大，技术难度也越来越高。为加快工程建设，必须迅速提高机械化施工技术水平，推进国产化装备的技术进步。

近年来，隧道的施工日渐增多,隧道施工突出“长”、“快”的特点。隧道施工是线路施工的关键环节之一，往往影响整个工程的进度。因此，如何采用合理优化的技术方案, 选用适当的施工机械用于配套施工，已成为隧道施工中的核心所在。

一、隧道机械化施工设备的原则

修建隧道所用的工程机械设备，分为通用机械和隧道专用机械。前者如空气压缩机、混凝土搅拌机、水泵等；后者按施工工序又可分为开挖机械、装运机械、喷锚机械和衬砌机械等。隧道施工所用的机械应具有以下特点：第一，机械轮廓尺寸符合隧道内施工场地和空间净空的要求；第二，运输工具便于装卸和调车等操作，以提高运输效率；第三，设备动力装置排放的气体应符合有关规定；第四，符合地下工程施工技术安全的要求。

隧道和地下工程的施工方法基本分为两大类，即钻爆法和掘进机法，目前国内山岭隧道多采用钻爆法施工。隧道钻爆法施工时，用气腿式凿岩机或凿岩台车钻孔，人工装药爆破后，多采用大型装载机配合自卸汽车出碴，即无轨运输方

式。目前长大隧道常用的是无轨运输，特别是公路隧道，因断面较大，基本全部采用无轨运输。断面较小时，若采用装载机装车困难时多用有轨运输，一般用风动或电动装碴机，将碴装入斗车、槽式列车或梭式矿车内，由电瓶车牵引出碴。目前，隧道内壁均采用复合衬砌，复合衬砌就是用喷射砼及钢架、锚杆、钢筋网等组合作为初期支护，采用模板台车浇筑二次衬砌砼。初期支护与二次衬砌间一般设防水层，在石质较好的情况下也可采用喷射砼做衬砌。隧道全断面的衬砌施工采用模板台车，由混凝土搅拌站拌合的混凝土，经混凝土输送车或混凝土输送泵送达衬砌工作面。

隧道施工中的辅助工作，如供应压缩空气、排水、供电等均采用通用机械。隧道施工通风多采用轴流式通风机。在有瓦斯地段，除加强通风外，应采用防爆型机械施工。隧道照明和动力一般采用发电站和压缩空气站供应。单坡隧道，一端往往需要设置强有力抽水设备。隧道内遇有高温或热泉时，还需设置降温设备等。

二、隧道钻爆法机械化施工设备配套的基本模式

隧道施工的机械配套应当本着“性能可靠，技术先进，满足需求，略有储备”的原则进行。一般情况下，施工机械化程度越高，生产效率就越高，施工进度也越快，因此在具体工程施工时，应尽量选择性能好、产量高的设备，且数量须满足作业要求，各种设备之间互相匹配，防止出现大马拉小车或小马拉大车的现象。隧道施工的机械设备配置主要围绕3条作业线进行，即挖装运作业线、初期支护作业线和二次衬砌作业线。除此之外还应有风水电等保障设备。2.1挖装运作业线

钻爆法开挖施工中，国内目前多采用自制多功能台架，台架根据隧道断面高度进行分层，便于人工钻孔及喷锚支护操作。台架上配备多台风动凿岩机钻眼，人工装药爆破开挖。钻孔作业也有采用液压凿岩台车进行的。

出碴运输是钻爆法施工中设备配套选择的关键，目前主要采用的是有轨运输和无轨运输两种方式。有轨运输对洞内的污染少，但专业设备多，日常的组织管理、养护、维修复杂；无轨运输的设备配备简单，组织管理相对容易，但洞内因内燃机械尾气影响污染较严重，对通风能力要求高，且隧道断面较小时无法采用。

隧道出碴运输采用无轨运输方式时，开挖面采用侧翻式装载机装碴，大吨位自卸汽车将洞碴直接运至洞外弃碴场；采用有轨运输方式时，为提高效率，开挖面一般配备自动装岩设备。洞内铺设轻型钢轨，采用电瓶车牵引大容量自卸矿车将洞碴运出洞外弃碴场，或在洞口采用装载机配合自卸车二次倒运至弃碴场。

长大隧道由于受施工工期的限制，多采用辅助坑道进行施工，一般为斜井和横洞。斜井和横洞的施工与正洞类似，出碴运输多采用无轨运输，但在斜井坡度过大、无法采用无轨运输时采用有轨运输。特殊情况也可在正洞用无轨运输，斜井段采用有轨运输，需要在斜井底将洞碴倒运至侧卸式矿车，然后由双钩大绞车牵引到井口车场后再行倒运。2.2 初期支护作业线

隧道初期支护设计一般为锚喷支护，喷射砼施工每个作业面配备3～4台砼喷射机。喷射砼拌合采用强制式搅拌机，喷射砼的运输与出碴运输的方式相

同，有轨运输方式可用轨行式罐车，无轨运输方式可采用自卸汽车或砼罐车运输。锚杆一般采用风动凿岩机成孔，人工安设，也可采用专业的锚杆机施工。2.3二次衬砌作业线

隧道二次衬砌施工，一般在洞外设置自动计量拌和站生产砼，有轨运输时采用轨行式输送车，无轨运输时采用砼罐车。每台模板台车配备2台砼输送泵，1台浇注砼，1台备用。每个输送泵配备300 m左右的输送管。二衬砼施工采用液压式整体模板台车，沿铺设的轨道行走，长度一般有9 m和12 m．另外每台模板台车配备1个简易台架进行灌注前的防水板安装。

三、隧道的施工机械实例

目前正在建设中的太古高速公路中的西山特长隧道长13.63 km，是整个项目的控制性工程。隧道穿越多条断层破碎带，施工难度大，建设工期为3年。为了确保施工进度要求，每次开挖掘进必须在4 h以内完成，每循环进尺为2.4 m.每个钻孔约需15 min，一共180个钻孔，所以在该断面需要配置13台YZ-28型气腿式凿岩机在3台阶上同时进行孔施工，3个台阶同时完成钻孔施工一共需要210 min，满足要求。钻孔完成后进行炸药的装填，约需1 h.随着洞身的纵向加深，工区掘进任务单线多于4 000 m，为了保证气腿式凿岩机的充足动力，洞口空压站配备了20 m3/min电动空压机10台以提供高压风，目前单线施工开启4～6台。3.1出碴

由断面积可知每一循环进尺2.4 m共产生虚碴约为315.2 m3，由于碴场离隧道口约1 000 m左右，加上连续不断爬坡，坡度达13.6%，为了能够在3 h以内出完，所以出碴采用1台CAT320D挖掘机和1台小松WA380侧卸装载机同时进行装碴作业，并由8台北方奔驰ND3260SIF/19 t自卸车运到碴场，共历时2.5 h.3.2 初期支护

初期支护主要是进行工字钢钢架的架立，钢筋网片焊接，锚杆的打设，由15名工人3台阶同时进行，用时2 h.随后由12名工人进行喷射早强混凝土施工 用时2 h.经过以上主要4道工序，历时12 h可以完成开挖一个循环，所以一天24 h不间断施工可以保证2个循环，进尺共4.8 m.3.3衬砌施工

配备2台1000型和1台750型混凝土拌合站。4台沃尔沃混凝土运输车。隧道衬砌采用12 m长的液压模板台车施工，砼运输采用沃尔专用混凝土运输车运输，从搅拌机卸出到浇灌完毕的延续时间不超过120 min.混凝土搅拌运输车在运输途中，拌筒应保持3～6 r/min的慢速转动。一般12 h左右浇注一板二衬混凝土。

四、隧道机械化施工设备配套的保障措施

机械设备是施工生产的三大要素之一，也是确保工程按期完成的关键所在。为此，应根据工程任务量和工期要求，在配齐、配足各种机械设备（含车辆）的同时，备足备用和替换设备，做好相应的保障措施。首先，项目经理部均成立设备管理领导小组，队设专职设备管理员。负责机械设备管理、调配、考评及负责设备保养、维修等日常工作。其次，要加强设备日常管理工作，落实设备管理责任制，所有设备操作员做到持证上岗。同时，还要加强机械设备维护保养工作，通过日常的维修保养，充分提高设备的完好率和利用率。上场的机械设备的完好率确保100%.再次，对于备用设备和替换设备（已包括在拟投入主要机械设备表内），应按封存标准封存，并进行轮换保养，备用发电机安装就位，确保可随时启用。对于替换下来的机械设备，应立即组织抢修，达到完好标准后封存，使备用和替换设备与正常投入施工的机械设备同时进场。

总之，对于长大隧道施工，机械设备的选型与配套是其施工成败的最主要因素之一。它不仅关系到施工的速度，而且影响到安全、质量和效益。因此要特别重视机械设备的选型和互相之间要匹配作业，选择时要因地制宜，结合具体情况综合考虑。唯有如此，才能真正提高长大隧道的施工效率和施工水平。

参考文献：

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第四篇：铁路隧道综合接地系统施工

综合接地系统

1综合接地系统设计原则

1.综合接地系统工程的作用是根据铁路等级，不同地区，不同设备，因地制宜采取防护措施，达到保护人身安全何设备安全的要求，遵循以人为本，系统优化，综合防护的原则，加强总体协调，全面规划，统筹考虑。

2.距离触网带电体5m范围以内的金属和需要接地的设施、设备应接入综合接地系统中。

3.距离线路两侧20m范围内的铁路设备房屋的接地装置因接入综合接地系统。

4.不便与铁路综合接地系统等电位连接的第三方设施（路外公共建筑物。公共电力系统、金属线等设施）必须采取可靠的隔离或绝缘等措施。

5.综合接地系统由贯通地线、接地装置和引接线等构成。

6.在综合接地系统中，建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不大于1Ω。

7.贯通地线应耐腐蚀并符合环保要求，环保性能满足国家对土壤环境质量要求的有关规定。

8.沿线电力变、配电所、牵引变电所及建筑物。构筑物按照各专业要求设置接地装置后，可就近接入综合接地系统。

2隧道综合接地原则

1.贯通地线的设置应便于设备就近接入和施工。

2.隧道内接地装置应优先利用隧道衬砌的结构钢筋作为自然接地体，当自然接地体的电阻达不到要求的时候应增加人工接地体。

3.衬砌内的接地钢筋应充分利用其结构钢筋，原则上不再增加专用的接地钢筋；并在衬砌内预埋外联接地端子；接地装置应与贯通地线可靠连接。

4.隧道内兼有接地功能的结构钢筋和专用接地钢筋应满足：接触网短路电流Ik≤25KA时，钢筋截面不小于120mm2；接触网短路电流Ik>25KA时,钢筋截面应

不小于200 mm2。当钢筋截面不满足要求时，可将相邻的二根结构钢筋并接使用，使总截面积不小于120mm2或200 mm2。

5.隧道内接地钢筋之间要求可靠连接，保证电气连接。

3隧道内综合接地施工措施

1.隧道地段贯通地线铺设在两侧的电力电缆槽内，并采取砂防护措施，接地装置充分利用隧道的初期支护杆、钢架、钢筋网或底板钢筋。

2.在两侧通信信号电缆槽的线路侧外缘各设一根综合接地钢筋，每100m断开一次。用于隧道内接地极、接触网络来保护接地及接地钢筋间的等电位连接。

3.隧道二次衬砌中的接地钢筋设置。

①二次衬砌中有结构钢筋的隧道：

a.利用二次衬砌的内层纵、环向结构钢筋作为接触网络保护接地钢筋； b.接触网线垂直向上在拱顶的投影线两侧，以0.5m为间隔，各选3根纵向结构钢筋作为接地钢筋；

c.上述投影线两侧各1.5m外的其他位置，以1m为间隔，选择纵向结构钢筋作为接地钢筋；

d.在每个台车位（作业段）中部选一根环向结构钢筋作为环向接地钢筋，环、纵向接地钢筋间可靠焊接；纵向接地钢筋在作业段间可不连接；

e.每个作业段内的环向接地钢筋与两侧通信信号电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接；

②二次衬砌中无结构钢筋的隧道，除接触网基础接地外，不再单独考虑接地钢筋设置。

③线路两侧的贯通地线通过隧道内环向接地钢筋实现横向连接。

4.隧道接地极设置：

①IV、V级围岩隧道，利用系统锚杆、钢拱架（或钢网片）作为接地极； ②Ⅲ级围岩隧道，利用系统锚杆和专用环向接地钢筋作为接地极（接触网基础接地）；

③Ⅱ级围岩隧道，利用隧道底板的下层结构钢筋最为底板接地级；

④锚杆接地极以约一个台车长度为间隔设置，用作接地极的锚杆环向间距要求为2倍锚杆长度；接地锚杆与钢网片、钢拱架或专用环向接地钢筋可靠焊接；

在与两侧电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接；

⑤隧道底板接地极按照1m间隔选用底板结构钢筋作为接地极钢筋，即在隧道底板的底层形成一个1m×1m的单层钢筋网；中部“十字”交叉的两根钢筋上的网格节点要求施以“L”型焊接，其他节点绑扎；底板接地钢筋网按照一个台车位的长度考虑，间隔一个台车位设置一处。

5.接地钢筋间的连接：

隧道内的锚杆接地极、底板接地极和二次衬砌内的接地钢筋等接地装置均应通过连接钢筋与两侧电缆槽靠线路侧外缘的纵向接地钢筋连接，再通过电缆槽接地端子接入综合接地系统；

6.接地端子设置：

①隧道内均采用桥遂型接地端子，不锈钢材质。

②从隧道进口2m处开始，在两侧电力电缆槽底部，每间隔100m设置一个接地端子，小于100m的隧道在中部设一处，接地端子供隧道接地设置与贯通地线的连接。

③从隧道进口2m处开始，在两侧通信信号电缆槽靠线路侧壁上，每间隔50m设置一个接地端子，小于50m的隧道在中部设一处，接地端子供轨旁设备，设施接地。

④在每个专用洞室、变压器洞室两侧壁下部设置接地端子，供洞室设备及设施接地。

⑤上述所有的接地端子均通过连接钢筋与电缆槽外缘的纵向接地钢筋连接。⑥接触网基础采用后植入安装方式，在安装基础的位置预埋接地端子，接地端子每隔约300m预留1处（每处预留2个），长度小于300m隧道预留1处（每处预留2个）,具体位置详见接触网相关图纸，接地端子与二次衬砌内的环向或纵向接地钢筋焊接。

⑦在工程允许的情况下，接地端子也可根据设备、设施的接地需要来确定预埋的里程，以达到最佳接地性能并方便工程实施和管理。

⑧隧道内接地钢筋、接地锚杆、接地钢拱架（钢网片）、接地连接钢筋间均须可靠焊接。

7.隧道内各专业接入综合系统的地线种类

①信号：沿线信号设备（所有相关金属设备外壳）的安全地和屏蔽地、工作

地等。

②通信：沿线漏泄电缆悬吊钢索、通信电缆金属外皮等的屏蔽地线，通信设备接地，避雷器的安全接地。通信站、微波站、无线基站在满足综合接地总体设计原则时，可介入综合接地系统。

③电力：电力电缆的金属外皮屏蔽地线，电力变压器中性点接地线及设备外壳接地线。

④电气化：接触网的回流线（或PW）接地。

⑤其他：沿线信息化系统设备的安全地线和屏蔽地线、工作地线、无蹅轨道板、隧道内非预应力钢筋接地；沿线距接触网带电体5m范围内金属构件的防感应接地。

8.工艺要求

①接地端子应直接灌注在电缆槽或其他混凝土制品中。接地端子采用不锈钢制造、不锈钢材料的成分应满足Cr≥16%、Ni≥5%、Mo≥2%、C≤0.08%，如GB00Cr17Ni14Mo2.接地端子的端子孔规格为M16，并应配置防异物堵塞的端子空塞，方便开启。

②接地连接线宜采用不锈钢连接线，由钢丝绳、二个线鼻以及二个配套的防盗螺栓（每个螺栓上应配两个平垫圈和一个弹簧垫圈）组成。钢丝绳采用直径不大于1mm的不锈钢丝制造，总截面不小于200m㎡（Ik>25KA）或120m㎡(Ik≤25KA).线鼻与钢丝绳的连接处应能承受5KN的拉力且3min不得松动和断股。如接地设备有特殊规定，应根据相关设备要求选用接地连接线。

③引接线和设备的连接，可焊接或螺栓连接，用螺连接时应采取防松措施。④贯通地线采用35 m㎡铜缆，其连接和“T”形分支引接，采用铜制“C”形压接件进行连接，贯通地线与接地端子间的连接采用压接并栓接。压接压力不小于12t，并且地下连接处应采取防腐措施。

⑤贯通地线要求尽可能直，禁止形成环状；隧道，路堤、路型、桥梁间的过渡地段贯通地线应平顺连接。

⑥接地钢筋间应采用搭接焊工艺。焊接要求：双边焊搭接长度不小于55㎜；单边焊搭接长度不小于100㎜；焊缝厚度不小于4㎜.钢筋间十字交叉时采用直径14㎜（IK≤25KA）或16㎜(Ik>25KA)的“L”行钢筋进行焊接（焊接长度同前）。

⑦对施工中外露的接地钢筋进行防腐处理，采用外涂沥青，外包聚氯乙烯，聚苯乙烯带的方式。

⑧安装有避雷器的接触网支柱，通信，信号等弱电系统不与其共用接地点，强、弱电设备接地点间隔要求不小于20 m。

4隧道内预埋槽道施工措施

1、预埋槽道设计说明

①接触网悬挂安装采用锚杆槽道形式进行预留。

②在悬挂预埋的断面内，槽道的锚杆应与结构钢筋或结构加强钢筋焊接固定。

③所有槽道的预埋金属体应接地连接。

④预埋点具体里程与隧道施工缝统一布置，同时应满足接触网悬挂点跨距等布置要求。

⑤预埋槽道分别位于隧道拱顶，两侧拱腰及右侧边墙，同时分为弧形和直形槽道；长度为1.5m和2.5m不等。在衬砌混凝土浇筑块前后两端等距布置。

2、预埋槽道安装

①槽道定位准备，检查槽道内的发泡填充物的完整状态。

②根据台车模板上槽道的设计要求位置，在台车模板上开螺栓二次定位安装长孔，槽道两端各设一个固定点，隧道顶部槽道设置三个固定点。尽量减少模板开孔数量，开孔位置尽量避开台车支撑固定点、结构连接处，严格控制与台车边缘的距离。

③绑扎第二层钢筋后，根据设计要求测量出槽道预埋位置，于钢筋网外侧将事先焊接好的成组槽道就位。槽道后锚杆与短钢筋绑扎在钢筋网上，且与隧道接地钢筋焊接牢固，锚杆与钢筋网发生冲突时不得随意切割锚杆。随后将槽道与模板固定点位置(开孔位置)的发泡填充物扣除。

④衬砌台车移动到指定位置后，通过二次定位孔，找到并调整槽道位置。一根槽道用一个顺线路开孔，一个垂直线路开孔固定及进行调整。

⑤将“T”型螺栓穿过二次定位长孔，放入槽道，旋转90度，开孔封堵的钢板安装在“T”型螺栓上，拧紧螺母，让槽道紧贴模板，进行二次精确定位。模板上的二次定位孔需封堵密实，确保衬砌混凝土浇筑质量。

⑥衬砌脱模：“T”型螺栓螺母松开后，取出螺栓，收回模板脱模。槽道固定点处重新回填发泡填充物，做好后续工作养护。

第五篇：铁路隧道施工安全控制措施和建议

铁路隧道施工安全控制措施和建议

1、前言

当前，随着新一轮铁路客运专线的开工，长大隧道和高风险隧道的修建将会越来越多，隧道施工中存在的安全隐患应引起施工设计的高度重视，采取有效的管理和技术措施避免事故的发生是隧道工作者最为关心的问题。本文针对铁路隧道的施工，从安全控制制度、安全风险评估、造价人才网施工技术方案选择、科技（施工方法）创新、安全生产投入和规范管理等六个方面谈一些建议，以期对复杂地质和高风险隧道的施工设计起到指导作用。

2明确责任，健全机制，从制度上确保隧道施工安全

2.1建立健全安全责任体系和管理制度

（1）健全责任体系，建立安全生产责任制，做到“领导认识到位、管理到位、责任到位”，确保“领导重视，部门协调，层层把关，人人负责”的责任体系落实到现场，形成一个“人人讲安全、事事为安全、时时想安全、处处要安全”的良好施工氛围；

（2）加强管理，贯彻“安全第一，预防为主”的方针，坚持“领导是关键，教育是前提，设施是基础，管理是保证”的做

3.1突出重大施工技术方案和关键施工工序审查制度

突出重大施工技术方案和关键施工工序的审查对确保隧道施工安全具有重要的意义，根据隧道的地质特点和工期，对洞口施工、浅埋偏压段施工、断层破碎带、岩溶、岩爆、突泥突水段、有害气体段、客专大断面软岩斜井进入正洞挑顶、正洞施工方法等重点和关键施工技术方案以及CRD法或CD法的中壁拆除、开挖、支护、防排水、衬砌等关键工序，在施工前要组织设计、监理、施工等单位的专家进行审查，集中集体智慧，发挥专家的技术优势和经验，对施工方案进行完善，为安全施工提供可靠的技术支撑。

3.2实行隧道施工安全风险评估，建立安全预案和专家咨询制度

在隧道施工中，常见的施工安全风险（或危险源）有不良地质、地质灾害、有害气体及高温、惯性事故等。不良地质有浅埋、断层、溶腔、岩堆、滑坡、膨胀土（岩）、挤压性地层、高水压富水等；地质灾害有岩爆、岩溶、突泥涌水，暗河等；常见的有害气体多为可以燃烧和爆炸的瓦斯与天然气，以及有毒的硫化氢气体等；隧道高温则是因隧道较长、埋深较大所产生的比正常高的温度；惯性事故多出于隧道坍塌、爆破作业、机械伤害、施工用电以及爆破后的危石伤人等。

在隧道施工前，对隧道的不良地质和可能存在的地质灾害，组织专家进行风险评估，实施隧道风险等级管理，建立针对性

（3）洞口段二衬及洞门应尽早施作，而衬砌台车更应及早定制并使用，以确保洞口安全。

4.2突出超前地质预测预报的先导作用，为隧道安全施工提供可靠的技术支持

（1）根据不同的地质条件和隧道施工安全风险等级的划分，采用综合的超前地质预测预报手段（物探、钻探），及时准确提供预测预报结果，及时调整开挖方法、支护参数，规避施工灾害、降低工程风险，保证隧道的施工安全。

（2）将超前地质预测预报和掌子面地质描述纳入正常施工工序，按照“物探先行、综合验证，有掘必探，先探后掘”的原则组织施工。

（3）施工前对地表构筑物、水池、河流、沟谷、深大陷穴、地质变化界等进行调查、分析和判识，及时改进施工设计方案，加强安全措施。

4.3选择合理的施工技术方案，规范关键工序的施工，是确保隧道施工安全的核心

隧道洞口段、浅埋段、偏压段、软弱围岩段和大断面黄土隧道，合理的施工方法和设计参数以及关键工序的施作到位是控制隧道施工安全的核心。

（1）选择合理的开挖方法和支护参数。按设计要求、断面

支护、短开挖；少扰动（弱爆破）、强支护；早封闭、实回填；严治水、勤量测”原则组织安全施工，同时对地表坑穴进行回填，并做好地表的防排水工程。

当掌子面处于土石或软硬分界时，应对土质（软岩）部分先开挖、支护，并将支护立于岩石（硬岩）上，然后再进行岩石（硬岩）部分施工（弱爆破、短进尺），严禁采用爆破开挖岩石（硬岩）方法使土质（软岩）部分自然坍落的做法（易造成坍塌）。

（4）富水岩溶隧道的施工，当需要保护地表的生态平衡时，采用“堵水限排”的设计理念，按照“先探水、预注浆、后开挖、补注浆、再衬砌”的原则组织施工，降低安全风险，保护生态环境。

4.4强化监控量测指导隧道安全施工的作用

对浅埋隧道地表、软岩隧道、黄土隧道开挖后要及时进行变形监控量测，要将其纳入到正常的工序管理中，要强化监控量测的指导作用。通过量测及时对围岩变形段的变形速率、变形值和变形规律进行分析，对围岩稳定性提出报告，为调整支护参数（如调整预留沉落量、锚杆数量、喷砼厚度、钢拱架间距等）提供充分依据，确保初期支护方案的安全可靠，同时也为二衬的施作及加强（变形稳定前施作）提供可靠的信息，确保隧道的建设质量和施工安全。

富水黄土隧道，及时归槽引排洞内积水，要注重初期支护和二衬背后的回填注浆，防止型钢拱架背后和二衬拱部空隙常年积水和流水，掏空黄土而形成大空洞。

黄土隧道洞顶地表裂缝采用三七灰土换填夯实封闭，防止雨水下渗；对地表陷穴提前夯填；完善浅埋段地表的截排水沟设施，对浅埋段有条件时地表采用全封闭防水处理措施。

（6）规范隧道防水板、止水带的施工工艺，加强施工质量控制，严禁衬砌后还出现渗漏水，影响运营安全。

5、注重科技攻关和创新，积极推广和探索隧道施工新方法

长大隧道和地质复杂的隧道，一般都是全线控制工期的重点工程，加快重点隧道工程的进度是实现全线工期目标的关键，依靠科技攻关和创新，在确保安全和质量的前提下，积极推广和探索隧道施工新方法以加快进度是确保建设目标得以实现的主要措施。

5.1推广应用成熟的施工技术和工法

成熟的施工技术和工法都是经过实践证明能有效加快进度，保证安全和质量的技术，在隧道施工中要加以推广应用。

5.2加强科技攻关，提升隧道安全快速施工能力

针对复杂地质条件下施工安全的难题，开展自主和联合科

根据黄土隧道变形观测以沉降为主，初期支护主要承受竖向荷载的情况，对CRD法的临时仰拱普遍采用钢横撑而未喷砼、对一些只承受竖向荷载的曲墙式中隔壁改为直墙，极大地方便了施工，加快了进度。

在浅埋粘质黄土隧道施工中，通过规范管理，CRD法改为弧形导坑台阶法开挖后，在保证 安全质量的前提下，平均进度提高到了60m/月左右。

在浅埋砂质黄土隧道施工中，通过采取仰拱（距掌子面的距离控制在15～20m以内）和二衬加强后（距掌子面的距离控制在30～40m以内）的紧跟措施，而将CRD开挖法改为弧形导坑台阶开挖法，在确保安全和质量的条件下，大大加快了施工进度，使开挖进度由CRD法的平均25～30m/月，提高到45～50m/月以上。

（3）对于大断面黄土隧道下穿公（铁）路段，郑西客专普遍采用了“长管棚预加固，双侧壁导坑开挖，双层初期支护，二衬紧跟”新的理念和施工方法，有效地控制了施工过程中的地表和洞内变形（已施工段地表下沉均能控制在30mm以内），保证了公（铁）路的安全。

5.4积极引进新的设计理念和施工方法

要引进目前国外比较成熟的先进设计理念和能保证安全及质量的加快施工进度的施工方法，即引进和普及隧道掘进机的施工，以及“新意法”的引进和其在软岩隧道中的广泛应用，1(4)广泛应用信息化和洞内无线通讯技术，严密监控隧道的施工安全。

8、结语

隧道的安全施工管理，一是要加强领导落实责任，二是要进行施工安全风险评估，三是要有效落实技术措施和技术创新，四是要保证必要的安全生产投入，五是要严格规范现场管理，六是要正确处理好安全与质量、进度、成本的关系。隧道施工中，始终坚持“安全第一，预防为主”的原则，要坚持重大技术方案专家审查制度，强化施工过程中的安全预控，确保大规模铁路隧道的修建又好又快又安全的完成，全面提升铁路隧道的修建技术和管理水平。