钻爆法与TBM盾构机施工技术特点比较

摘 要：目前，世界各国越来越重视地下空间的开发和利用，并且把地下空间当成了一种新的国土资源，即“地下产业”。在地下空间开发利用过程中，越来越多的人采用隧道掘进机进行快速施工。隧道爆破技术虽然早为许多人所掌握，比较成熟，但是其发展空间依然很大，发展的前途依然光明。本文对钻爆和TBM盾构机施工方法的内容和技术特点进行了总结和介绍，分析了当前国内隧道掘进技术的现状和前景。

关键词：隧道开挖；钻爆；TBM；对比分析

0 引言

随着我国经济快速发展，公路交通建设方兴未艾，到2013年年底，我国公路总里程达435.62km，居世界第一。全国高速公路从无到有，再到现在9.6万km的通车里程达，公路桥梁达71.3万座、总长达3663万km。当然，隧道的发展离不开先进的隧道掘进技术，本文对钻爆和TBM盾构机施工方法的内容和技术特点进行了总结、介绍和对比，分析了当前国内隧道掘进技术的现状和前景。

1 钻爆法施工

隧道钻爆法（即隧道掘进钻爆法施工）有着经济、高效，对地质适应能力强的优点，因此在我国隧道施工中，最重要和最常用的方法就是隧道爆破法。我國建设完成各种各样的隧道、隧洞，其中有九成以上是采用此种方法施工的。完全可以这么说，隧道建设发展历史就

是隧道爆破技术的发展历史。在最近的几十年，隧道爆破技术为我国基础建设事业立下了不朽的功勋。

1.1 加大了开挖循环进尺尺度，提高了施工进度

如今铁路单、双线隧道掘进施工过程，使用手风钻作业月进百米并不罕见，月进200m甚至更多也不在少数。采用多臂液压凿岩台车作业的，其月进度一般在200～500m，比手风钻效率更高。

1.2 隧道爆破安全状况目前已经有了明显的提高

目前，爆破器材的品质有了较大的改进。而机械在隧道爆破施工中扮演着越来越重要的角色，机械化程度越来越高。

1.3 改善了隧道爆破作业对施工人员和环境的影响

目前的爆破技术有利于围岩稳定，极大地降低了爆破效应对隧道围岩的影响。由于围岩失稳所造成隧道坍塌事故的发生频率越来越少。

1.4 提高了隧道开挖控制水平

超欠挖是一个当今隧道开挖施工中普遍存在的现象，直接影响到施工安全及经济效益，而光面爆破技术有效地控制了超欠挖现象。光面爆破技术的运用使得隧道开挖轮廓线的精度大大提高。这样不但对隧道围岩的稳定有一定好处，而且还减小了超、欠挖所造成的浪费。

1.5 瓦斯隧道、含煤地层等施工水平也有所提高

在隧道爆破施工中有天然气和煤岩层存在是高度危险的，稍有不慎就会导致严重的后果。近几年，在这些方面积累了丰富的施工经验。

当然，钻爆法采用爆破方法掘进，必定具有一定劣势。是否采用钻爆法施工需考虑一下几点。

⑴钻爆过程中安全隐患较大，包括生命和财产安全。

⑵对围岩的扰动破坏较大，非人为造成的超挖量较大，

⑶支洞修建过多，修建道路，对环境影响较大

⑷人力资源投入大，设备投入台件多。

2 TBM盾构机作业

TBM盾构机包含了机械，液压，电子和激光控制等各种方面的技术，这种技术提高了机械化和自动化程度。TBM盾构机具有施工快速、高效，安全和环保等优点，比钻爆法更适合于长距离或超长距离隧道（超过4～5km）的建设，大埋深隧道的建设，跨流域、跨洋也适合的此类方法。TBM盾构法在隧道掘进过程中，刀盘在一定的速度旋转和推力作用下，推力传递到刀具上，岩石在刀具的作用下形成破碎石块，碎石经过铲斗送达各级皮带，并向洞外输送，同时，推进油缸不断推动刀具刀盘向前掘进。盾构机的优点如下：

2.1 施工效率极高

TBM盾构机的诞生实现了隧道建设者的梦想。这是隧道施工机械化的发展趋势。TBM盾构法采用了标准化施工条件，使得施工过程大大简化，基本实现了生产线施工。TBM盾构法采用隧道开挖，出碴，同步作业。TBM盾构法掘进速度和施工效率明显高于隧道开挖钻爆法相应的指标，虽然有效进尺率是3～5m/h。而钻爆法是6～10m/h，但是他的平均日进尺率是钻爆法的5～8倍。TBM盾构法施工对围岩的扰动较小，在浅隧洞情况下，采用TBM盾构法施工可以减少地面沉陷，保证地面建筑物发生不均匀沉降。因此，在城市隧道施工过程中，TBM

盾构法是主要的施工方法。在埋深大于1500m的情况，采用TBM盾构法掘进施工时，可有效降低岩爆造成的人员伤亡和经济损失。TBM盾构机凭借安装在掘进机上的刀具切削岩石，并能以水和除尘设备，空气供给系统等措施，进一步减少和消除隧道粉尘。

2.2 施工质量好、精度高

TBM盾构机设备配备有定位系统，能够精确的定位隧道中轴线，由于其高精度方面的优势能够满足设计要求。其开挖截面是标准的“圆型”的洞室无超欠挖现象，具有可靠的施工质量。

实践表明，TBM盾构法在安全、快速、环保和对围岩扰动小方面确实具有一系列的优势。但他也有可改进的地方：

⑴强化掘进过程中的超前预报和地质检测，准确发现并预报掌子面前方及附近的不良地质状况；

⑵地质适应性较差，大型的岩溶暗河地质、高应力地质、软岩地区、可能发生水涌现象地区等不良地质隧道，均不适合采用TBM盾构法施工

⑶TBM盾构法施工成本偏高，应从设计到施工方面探索降低TBM盾构法施工成本的措施。

⑷TBM盾构法施工过程中不管是铁路运输出碴还是连续输送机出碴，都是在TBM掘进机开挖完成后再进行二次衬砌。无法做到掘进与衬砌同时施工，并且TBM盾构法的施工周期太长，不能满足铁道部，建设部和其他部委发布的二次衬砌与隧道开挖面间距不能超过文件规范要求。

结语

隧道工程具有比较可靠的功能，而且还能够节约土地资源，保护生态环境，他的这些优势使其在交通运输，水电，能源、市政建设和国防建设中越来越突出。当然，在我国目前的基础设施能力的情况下，隧道爆破仍然是隧道开挖的主要方法。

在长隧道工程中，无论是国产TBM盾构机还进口TBM盾构机施工，圆形隧道采用TBM盾构机开挖经济性明显，TBM盾构法快速施工较钻爆法长洞短打的经济性好，节约成本约在5%～20%。复杂地质，比如溶洞、涌水等特殊地质条件经超前处理后，或辅以钻爆法开挖通过后，再采用TBM盾构机掘进。这是现在及将来的趋势。但是目前国内施工单位的TBM盾构法施工管理水平相对落后，与国外施工单位的管理水平差距较大，施工管理水平有待提高。根据国外经验看来，TBM盾构法与钻爆法的造价差将会随着TBM盾构机的进一步发展和推广而逐渐缩小。TBM盾构机将在中长隧道的建设中逐步取代钻爆法成为主流施工方法。

参考文献

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[6] 周小松.TBM法与钻爆法技术经济对比分析[D].西安：西安理工大学，2010.

作者简介

张洛萌（1995-），男，汉族，河南省安阳市人，工程硕士，单位：河南大学土木建筑学院建筑与土木工程专业，研究方向：道路桥梁。

（作者单位：河南大学）