洞隧開(kāi)挖施工主要有鉆爆法、全斷面掘進(jìn)機(jī)法、沉管法、淺埋暗挖法等方法。鉆爆法涵蓋傳統(tǒng)的礦山法和新奧法，顧名思義，就是采用鉆眼爆破進(jìn)行開(kāi)挖。全斷面掘進(jìn)機(jī)法包括TBM掘進(jìn)機(jī)及盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，TBM適用于硬巖地層，盾構(gòu)適用于土質(zhì)圍巖，尤其適用于軟土、流沙、淤泥等特殊地層。沉管法則用來(lái)修建水底隧道、城市市政隧道等。淺埋暗挖法主要用來(lái)修建埋深很淺的山嶺隧道或城市地鐵隧道。本文將圍繞鉆爆法和全斷面掘進(jìn)機(jī)法兩種主要掘進(jìn)工法及其成套設(shè)備應(yīng)用展開(kāi)探討。1、鉆爆法掘進(jìn)模式及其成套設(shè)備應(yīng)用鉆爆法是傳統(tǒng)的隧洞施工工法，通過(guò)在巖體上鉆鑿出一定孔徑和深度的炮眼，并裝上炸藥進(jìn)行爆破，從而達(dá)到開(kāi)挖的目的。其施工工藝過(guò)程如下：定位鉆孔→裝填引爆炸藥→排除危石，安設(shè)拱部錨桿和噴第一層混凝土→裝碴運(yùn)碴→安裝邊墻錨桿和噴混凝土→噴射拱部第二層混凝土和隧洞底部混凝土→下一輪循環(huán)→在初次支護(hù)穩(wěn)定后，進(jìn)行二次襯砌。鉆爆法具有施工靈活，隧洞斷面形狀尺寸可變、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備費(fèi)用相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)，因而目前在我國(guó)山嶺隧道及大地下空間開(kāi)發(fā)中占主導(dǎo)地位。國(guó)外的施工經(jīng)驗(yàn)表明，只有當(dāng)山嶺隧道長(zhǎng)度與直徑之比大于600,即對(duì)于一般的單線(xiàn)鐵路隧道，長(zhǎng)度大于5.4km的隧道，采用TBM施工才能體現(xiàn)其綜合經(jīng)濟(jì)性。因此山嶺隧道中短于5.4km的隧道幾乎都是鉆爆法設(shè)備施工的天下。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，2006年僅在建客貨共線(xiàn)、客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和擬建客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)中短于3km的隧道已達(dá)1071.077km,占2006年總里程的45.62%,如果計(jì)算3～5.4km的隧道，其所占比例將超過(guò)50%.在長(zhǎng)大山嶺交通隧道開(kāi)鑿中，鉆爆法施工仍然大有作為，如全長(zhǎng)14.295km的大瑤山隧道，全長(zhǎng)18.4km的秦嶺隧道2號(hào)線(xiàn)，長(zhǎng)度為5.1km的左線(xiàn)和長(zhǎng)度為5.2km的右線(xiàn)雁門(mén)關(guān)公路隧道等都是采用鉆爆法設(shè)備施工完成。尤其是水利水電隧洞，它的洞室空間大多大大超過(guò)最大TBM掘進(jìn)機(jī)的直徑，且洞隧斷面大小形狀漸變變化（如引水隧洞前大后小）、體形互不相同，眾多洞隧布置緊湊、起伏錯(cuò)落、縱橫交織，這樣的地下工程也只能用鉆爆法施工。如溪洛渡電站工程的導(dǎo)流隧洞長(zhǎng)度為1.2～1.5km,襯砌斷面為16m×21m（寬×高）,開(kāi)挖斷面達(dá)17.2m×22.2m～19.6m×24.6m,進(jìn)口漸變段的最大開(kāi)挖斷面更達(dá)27.0m×26.0m,對(duì)于如此大斷面隧洞快速施工，只能鉆爆法設(shè)備施工完成。而巨大的地下廠(chǎng)房更是非鉆爆法施工莫屬。據(jù)我們所知，已經(jīng)建成或在建的廣蓄、二灘、萬(wàn)家寨、太平驛、天荒坪、大朝山、三峽、棉花灘、洪家渡、構(gòu)皮灘、錦屏一、二級(jí)、小灣、糯扎渡、龍灘、溪洛渡、向家壩以及引大入秦、南水北調(diào)引水隧道等除個(gè)別外都是由鉆爆法設(shè)備施工建設(shè)。顯然，對(duì)于占50%以上交通隧道中短隧道、部分長(zhǎng)隧道工程，大空間、大直徑的水電隧洞工程，非圓形斷面隧洞工程，地質(zhì)與水文地質(zhì)條件極差（如溶洞多、斷層多、滲水、涌水、泥石流，長(zhǎng)距離破碎帶）的工程，鉆爆法設(shè)備施工具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。我國(guó)鉆爆法施工常用配套設(shè)備如下：為了快速、安全掘進(jìn)隧洞，國(guó)外鉆爆法施工通常采用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔、錨桿臺(tái)車(chē)安裝錨桿、混凝土噴射臺(tái)車(chē)噴錨支護(hù)，襯砌臺(tái)車(chē)二次成型襯砌。這也是國(guó)內(nèi)鉆爆法設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展方向。下面對(duì)此類(lèi)主要施工設(shè)備應(yīng)用探討如下：1.1鑿巖臺(tái)車(chē)鑿巖臺(tái)車(chē)是鉆孔爆破開(kāi)挖的關(guān)鍵攻堅(jiān)設(shè)備，它機(jī)械化程度高、鉆進(jìn)速度快，不僅用于隧洞的鑿巖開(kāi)挖，而且廣泛用于鉆孔、噴錨支護(hù)、灌漿加固中?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)工地上的液壓鑿巖臺(tái)車(chē)絕大部分從國(guó)外進(jìn)口，主要制造商包括瑞典的Atlas、Sandvik,挪威的AMV公司等。由于增加了車(chē)載電腦，使鑿巖臺(tái)車(chē)具有很高的人機(jī)對(duì)話(huà)功能，能在鑿巖過(guò)程中自動(dòng)修整鑿石參數(shù)和自動(dòng)紀(jì)錄鉆孔數(shù)據(jù)，可以對(duì)巖層進(jìn)行分析，從而及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)1.2錨桿臺(tái)車(chē)錨桿臺(tái)車(chē)主要完成隧洞的錨桿安裝，加固洞室頂拱與邊壁的巖石。錨桿臺(tái)車(chē)是當(dāng)今先進(jìn)的錨桿施工機(jī)具，鉆孔、安裝錨桿、注漿，甚至摘取錨桿各工序均由自行臺(tái)車(chē)上的遙控機(jī)械手（液壓支臂）進(jìn)行。工作高度可達(dá)10余米，裝設(shè)一根錨桿耗時(shí)約2～7min,每班可裝100余根。目前國(guó)內(nèi)工地上使用的有瑞典的Atlas、芬蘭的Tamrock等錨桿臺(tái)車(chē)產(chǎn)品。1.3噴射臺(tái)車(chē)噴射臺(tái)車(chē)是隧洞噴射混凝土支護(hù)的核心設(shè)備，它將噴射混凝土技術(shù)和注漿錨桿結(jié)合起來(lái)，依靠錨桿、鋼絲網(wǎng)和噴射混凝土共同負(fù)荷來(lái)提高隧道、基坑、邊坡巖體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)巖體的整體穩(wěn)定性。噴射臺(tái)車(chē)?yán)脡嚎s空氣或其他動(dòng)力，按一定配比拌制混凝土沿管路輸送至噴頭，以較高速度垂直噴射于受?chē)娒?，依?lài)噴射過(guò)程中水泥與骨料的連續(xù)撞擊、壓密而形成的一種混凝土。噴射臺(tái)車(chē)是一種新型噴射支護(hù)施工設(shè)備。現(xiàn)在主要生產(chǎn)混凝土噴射臺(tái)車(chē)的廠(chǎng)家是：瑞典斯塔比萊托（Stabilator）、瑞士的Meycopotenza、瑞士阿利瓦（Aliva）、法國(guó)諾麥特（Normet）公司、德國(guó)普茨邁斯特（Putzmeister）公司及日本三井三池公司等。1.4隧道挖裝機(jī)裝碴運(yùn)輸工序是鉆爆法隧洞施工中占用工期最長(zhǎng)的工序，對(duì)整個(gè)鉆爆工程進(jìn)度有直接影響，為了保證施工進(jìn)度，施工單位在出碴工序都配有較多的機(jī)械化出碴設(shè)備，對(duì)于單線(xiàn)隧道，由于空間小，隧道挖裝機(jī)的快速、高效得到充分的展示，是單線(xiàn)隧道快速施工的必配設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以Terex旗下的Schaeff隧道挖裝機(jī)運(yùn)用最為廣泛。1.5襯砌臺(tái)車(chē)襯砌臺(tái)車(chē)是二次混凝土襯砌作業(yè)的成型設(shè)備，可保證隧道邊開(kāi)挖、邊襯砌，確保提高襯砌速度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。襯砌臺(tái)車(chē)整機(jī)行走采用電機(jī)-機(jī)械驅(qū)動(dòng)，模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支（收）模機(jī)械鎖定，混凝土全部采用混凝土泵車(chē)灌注。在臺(tái)車(chē)架上部和模板之間留有空間供安裝隧道通風(fēng)管道用。對(duì)于有瓦斯的隧道襯砌，產(chǎn)品電氣系統(tǒng)按照瓦斯隧道防爆規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，確保使用安全。2、全斷面掘進(jìn)機(jī)法掘進(jìn)模式及其成套設(shè)備應(yīng)用全斷面掘進(jìn)機(jī)法采用龐大復(fù)雜的全斷面掘進(jìn)機(jī)，用類(lèi)似機(jī)械切削的方法一次將整個(gè)隧道斷面成型。這種施工方法特點(diǎn)是掘進(jìn)速度快、科技含量高、對(duì)圍巖擾動(dòng)少、施工安全，是城市地鐵隧道和部分山嶺隧道的主要工法。全斷面掘進(jìn)機(jī)法與鉆爆法相比，具有優(yōu)質(zhì)、高效、綜合經(jīng)濟(jì)效益高的特點(diǎn)，因此全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)這種具有世界先進(jìn)水平的，技術(shù)含量極高的設(shè)備以它獨(dú)特的魅力備受隧道施工部門(mén)的青睞。全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是一種集機(jī)、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體的隧道施工成套設(shè)備，能完成土（巖）體開(kāi)挖、土（巖）碴排運(yùn)、整機(jī)推進(jìn)和管片安裝序列作業(yè)，使隧道一次成形。它的主要應(yīng)用集中體現(xiàn)在以下幾類(lèi)施工領(lǐng)域：城市地鐵隧洞建設(shè)：盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工安全快速，對(duì)周邊環(huán)境影響小，最適合城市地鐵隧洞施工，因此盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是地鐵建設(shè)的主流設(shè)備。中國(guó)已成為世界上地鐵發(fā)展最快的國(guó)家。目前大陸地區(qū)共有24個(gè)城市正在進(jìn)行城市軌道交通前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、籌備和建設(shè)等工作。有數(shù)據(jù)表明，“十一五”期間，全國(guó)至少要建設(shè)地鐵900～1200公里，約需盾構(gòu)機(jī)200多臺(tái)水利水電隧洞建設(shè)：據(jù)我們所知，十五期間以來(lái)，我國(guó)水利水電建設(shè)全面、快速發(fā)展。今后十五年我國(guó)水電投資將超過(guò)1萬(wàn)億元。長(zhǎng)大輸水隧道是水電工程的重要組成部分。一些水工隧道、引水隧道可成為T(mén)BM硬巖掘進(jìn)機(jī)的施工領(lǐng)域。城市共同溝建設(shè)：城市中的給水、排水、電力、電信、燃?xì)?、熱力等市政管線(xiàn)是維持城市功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的生命管線(xiàn)，隨著城市化水平的不斷提高，現(xiàn)代城市對(duì)市政管線(xiàn)的需求量越來(lái)越大，市政管線(xiàn)及綜合管溝（也叫共同溝）建設(shè)已成為中小盾構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域?？绾Ｔ浇淼澜ㄔO(shè)：公路、鐵路、地鐵、引水工程中均有大量的跨海越江隧道要建造，上海計(jì)劃在2010年采用盾構(gòu)法建成20多條越江隧道，南京穿越長(zhǎng)江雙向六車(chē)道公路隧道已通過(guò)預(yù)研設(shè)計(jì)；南水北調(diào)中線(xiàn)工程2條3.9公里隧洞穿越黃河，擬建的浦東鐵路越江段也計(jì)劃采用盾構(gòu)法施工，溫州歐江道路隧道、哈爾濱松花江隧道全都規(guī)劃采用盾構(gòu)施工。在近20～30年內(nèi)，我國(guó)規(guī)劃建造大連-煙臺(tái)、上海-寧波、香港-澳門(mén)、廣東-海南、福建-臺(tái)灣5條跨海隧道，總長(zhǎng)約368公里；為我國(guó)硬巖掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用提供了新機(jī)遇。典型全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)探討如下：2.1泥水加壓平衡盾構(gòu)機(jī)泥水加壓平衡盾構(gòu)特點(diǎn)是通過(guò)加壓泥水或泥漿來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面，該種盾構(gòu)刀盤(pán)后面有一個(gè)密封隔板，與開(kāi)挖面之間形成泥水室，里面充滿(mǎn)了泥漿，將泥漿送入泥水倉(cāng)內(nèi)，在開(kāi)挖面上用泥漿形成不透水的泥膜，通過(guò)該泥膜的張力保持水壓力，以平衡作用于開(kāi)挖面的土壓力和水壓力。開(kāi)挖的土砂以泥漿形式輸送到地面，通過(guò)泥水處理設(shè)備進(jìn)行分離，分離后的泥水進(jìn)行質(zhì)量調(diào)整，再輸送到開(kāi)挖面。泥水加壓平衡盾構(gòu)由盾殼、開(kāi)挖機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、送排泥漿機(jī)構(gòu)、拼裝機(jī)構(gòu)及附屬裝置組成。是目前各種盾構(gòu)中最復(fù)雜、價(jià)格最貴的一種。它適用范圍較大，多用于含水率高的軟弱土質(zhì)中，是一種低沉降、較安全的施工機(jī)械，對(duì)穩(wěn)定的地層優(yōu)點(diǎn)尤為明顯，其工作效率要高于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的主要生產(chǎn)廠(chǎng)商有：日本川崎重工、三菱重工、小松盾構(gòu)以及德國(guó)的海瑞克公司。。2.2土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)是在泥水加壓盾構(gòu)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種新型盾構(gòu)、它通過(guò)保持土壓或土碴量的相對(duì)平衡與穩(wěn)定來(lái)穩(wěn)定開(kāi)挖面。該種盾構(gòu)的前部設(shè)置了一道密封隔板，把盾構(gòu)開(kāi)挖面與隧道截然分隔，使密封隔板與開(kāi)挖面土層之間形成一密封泥土艙，刀盤(pán)在泥土艙中工作，另外通過(guò)密封隔板裝有螺旋輸送機(jī)。當(dāng)盾構(gòu)向前推進(jìn)時(shí)，由刀盤(pán)切削下來(lái)的泥土充滿(mǎn)泥土艙和螺旋輸送機(jī)殼體內(nèi)的全部空間，同時(shí)依靠充滿(mǎn)的泥土來(lái)頂住開(kāi)挖面土層的水土壓力，另外可通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速控制排土量或通過(guò)調(diào)節(jié)盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)速度控制開(kāi)挖量，使盾構(gòu)排土量和開(kāi)挖量保持或接近平衡，以此來(lái)保持開(kāi)挖面地層的穩(wěn)定和防止地面變形。日本川崎重工、德國(guó)的海瑞克公司、加拿大的lovat公司均生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品。2.3復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)復(fù)合式盾構(gòu)將不同形式盾構(gòu)的功能部件同時(shí)布置在一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)上，掘進(jìn)過(guò)程中可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行功能或掘進(jìn)模式的切換和調(diào)整，以適用于不同地層掘進(jìn)。復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)由于開(kāi)挖面穩(wěn)定，施工方法可視土質(zhì)情況的變化而轉(zhuǎn)換，因此適應(yīng)范圍較廣，有一定知名度的產(chǎn)品有川崎重工推出的直徑為10.2m組合式盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)品；德國(guó)的海瑞克出品的直徑為14.2m的盾構(gòu)機(jī)，則為目前世界上該類(lèi)機(jī)型直徑最大的產(chǎn)品。2.4微型、小型盾構(gòu)機(jī)微型盾構(gòu)為直徑小于3米的盾構(gòu)，小型盾構(gòu)為直徑3～5米的盾構(gòu)。微型、小型盾構(gòu)主要用于市政供排水管道，電纜管道、油氣管道等的建造。2.5開(kāi)敞式全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)開(kāi)敞式TBM一般適用于硬巖施工，在TBM上配裝錨桿機(jī)、混凝土噴射機(jī)、鋼拱架安裝機(jī)、以及超前鉆機(jī)，如遇有局部不穩(wěn)定的圍巖，由附帶的輔助設(shè)備通過(guò)打錨桿、加鋼絲網(wǎng)、噴混凝土、架圈梁等方法加固；當(dāng)遇到局部地段特軟圍巖及破碎帶，則TBM可由所附帶的超前鉆及灌漿設(shè)備，預(yù)先固結(jié)前方上部周邊一圈巖石，待圍巖強(qiáng)度達(dá)到能自穩(wěn)后，然后再進(jìn)行安全掘進(jìn)；掘進(jìn)過(guò)程可直接觀(guān)測(cè)到洞壁巖性變化，便于地質(zhì)圖描繪。也能適應(yīng)軟巖施工。2.6雙護(hù)盾全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)雙護(hù)盾TBM可同時(shí)滿(mǎn)足推進(jìn)和管片安裝要求，具有較高的推進(jìn)速率。雙護(hù)盾TBM的掘進(jìn)時(shí)間在每個(gè)掘進(jìn)行程中只中斷一會(huì)兒，以使后接觸護(hù)盾周期性地前移。雙護(hù)盾TBM純掘進(jìn)時(shí)間是一般護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)的2倍。雙護(hù)盾TBM對(duì)地質(zhì)具有廣泛的適性，既能適應(yīng)軟巖，也能適應(yīng)硬巖或軟硬巖交互地層。常用于復(fù)雜地層的長(zhǎng)隧道開(kāi)挖，一般適應(yīng)于中厚埋深、中高強(qiáng)度、穩(wěn)定性基本良好地質(zhì)的隧道，對(duì)各種不良地質(zhì)和巖石強(qiáng)度變化有較好適應(yīng)性。2.7單護(hù)盾全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)單護(hù)盾TBM常用于劣質(zhì)地層及地下水位較高的地層以及軟巖，單護(hù)盾TBM推進(jìn)時(shí)，要利用管片作為支撐，其作業(yè)原理類(lèi)似于盾構(gòu)，單護(hù)盾TBM與盾構(gòu)的區(qū)別有兩點(diǎn)：一是單護(hù)盾TBM采用皮帶機(jī)出碴，而盾構(gòu)則采用螺旋輸送機(jī)出碴或采用泥漿泵通過(guò)管道出碴；二是單護(hù)盾TBM不具備平衡掌子面的功能，而盾構(gòu)則采用土倉(cāng)壓力或泥水壓力平衡開(kāi)挖面的水土壓力