楊秀才

（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽 550003）

懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的施工應(yīng)用技術(shù)初探

楊秀才

（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽 550003）

貴陽地鐵暗挖隧道位于貴陽市主城區(qū)范圍內(nèi)，其下穿火車站、玉廠路、朝陽洞路，周邊管網(wǎng)密集，上空有架空電線，地下管網(wǎng)多，施工環(huán)境較為復(fù)雜。基于該項工程背景，重點就懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的施工應(yīng)用技術(shù)進行了分析。

懸臂式掘進機；地鐵暗挖隧道；施工應(yīng)用

1　工程概況

貴陽市軌道交通1號線火車站站～沙沖路站區(qū)間位于南明區(qū)，線路出火車站站后先下穿火車站售票廳（3層）、行包房（2層）、客運站臺、鐵路股道及行包地道、于YDK26+324.116左偏下穿玉廠路后，下穿茶花、博泰等小區(qū)數(shù)幢7～9層居民樓、茶花廣場地下一層停車場、沁苑商務(wù)公寓（7層）之后，再下穿朝陽洞路南明區(qū)人民法院（5層），進入朝陽洞路下后至沙沖路站。本區(qū)間右隧起訖里程YDK26+143.2～YDK27+073.8（YDK26+294.811 =YDK26+300，短鏈5.189 m），左隧起訖里程為ZDK26+143.2～ZDK27+073.8（ZDK26+272.779 =ZDK26+300，短鏈27.221 m）。本區(qū)間為雙洞單線隧道，右隧全長925.411 m，左隧全長903.379 m。

2　懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的應(yīng)用優(yōu)勢

本區(qū)間豎井、橫通道自2014年3月開始開挖，至2014年10月底才完成全部開挖及初支。因設(shè)計為冷挖施工，前期豎井、橫通道全部使用70型挖掘機+劈裂機進行破碎開挖，進展緩慢，再加上豎井口緊鄰居民樓，周邊居民時常因施工噪音阻工。雖我部及業(yè)主方與所屬居委會幾經(jīng)溝通、協(xié)調(diào)，仍造成該工點因居民多次阻工停工長達1個月之久，且施工時間僅限07∶00-22∶00之間，其余時間段無法進行任何施工生產(chǎn)活動。

在上述因素制約下，本區(qū)間隧道施工進度嚴(yán)重滯后，根本無法滿足業(yè)主方對總體工期進度目標(biāo)。經(jīng)我部領(lǐng)導(dǎo)慎重研究、并到大連地鐵項目進行參觀學(xué)習(xí)后決定選用EBZ260懸臂式掘進機進行隧道掘進施工，不僅能夠加快施工進度，滿足業(yè)主既定工期目標(biāo)，還能保證隧道掘進施工中地表機構(gòu)建（構(gòu)）筑物的安全穩(wěn)定。

3　懸臂式掘進機施工工藝、方法

3.1施工準(zhǔn)備

（1）配套設(shè)施準(zhǔn)備

因掘進機使用1140V高壓，一臺掘進機需架設(shè)一臺特變（其輸出電壓為1 140 V），準(zhǔn)備高壓電630 kVA相變及準(zhǔn)備相應(yīng)長度電纜（從箱變至掘進機工作處）、風(fēng)、水管、配套挖掘機及運輸車出渣，該準(zhǔn)備工作為懸臂式掘進機施工的前提。

（2）超前物探配合

采用地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土等地質(zhì)災(zāi)害。采用地球物理探測技術(shù)有彈性波法、電磁波法（探地雷達探測技術(shù)）、聲波探測法和紅外探水法、超前水平鉆探等超前預(yù)報系統(tǒng)等措施將前方巖層地質(zhì)情況探明，以保證設(shè)備及人員的安全作業(yè)。根據(jù)本區(qū)間隧道實際開采出的巖石試驗結(jié)果，飽和抗壓強度Rc最高達為85 MPa，根據(jù)地層情況采用型號EBZ260的掘進機進行施工，可一次完成隧道斷面開挖（不含仰拱部分），掘進方量約為32 m3／延米。

3.2懸臂式掘進機截割方式

懸臂式掘進機就位后，開始從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環(huán)切削。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入第一運輸機，第一運輸機轉(zhuǎn)運至第二運輸機，第二運輸機直接裝入出碴車運出洞外。從底部開挖到頂部完成后，進行二次修整以達到準(zhǔn)確的設(shè)計斷面。當(dāng)局部遇有硬巖時（≥100 MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理，以降低掘進難度及截齒消耗量。懸臂式掘進機的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進行截割。如遇節(jié)理發(fā)育較好巖石，則應(yīng)選擇沿巖石節(jié)理方向逐步切割。

針對不同硬度的巖石可定制不同的截齒，科學(xué)合理的截齒螺旋線排布，確保機器有更好的掘削能力，并具有自潔功能，可根據(jù)實際工況條件為用戶選擇最佳截割頭，提高施工效率。當(dāng)局部遇有硬巖時，可以選用小直徑切割頭，切割力大，破巖能力強，以降低掘進難度及截齒消耗量。

3.3懸臂式掘進機出料運輸方式

通過切割頭旋轉(zhuǎn)切削，由耙爪、第一運輸機實現(xiàn)落碴的裝運與轉(zhuǎn)載，第一運輸機轉(zhuǎn)運至第二運輸機，第二運輸機直接裝入出碴車運到料斗中，龍門吊吊運渣土至場內(nèi)臨時存渣區(qū)，出碴完畢。在本工程小斷面隧道施工中，為改善洞內(nèi)施工環(huán)境，降低工人勞動強度，經(jīng)我部研究決定拆除第二運輸機，采用挖掘機出渣替代第二運輸機功用。

3.4懸臂式掘進機施工方法

掘進施工時掘進機先駛?cè)胨淼酪活^，利用切割部在隧道掌子面進行切削掘進，切削下來的渣土直接由“第一運輸機”輸送至掘進機后方，再用挖掘機裝入運渣車運至豎井后垂直提升至場內(nèi)臨時存渣區(qū)，掘進完成后利用掘進機切割頭將初支臺車運至掌子面進行初期支護（鋼拱架架設(shè)、噴射砼）施做，掘進機則后退至不影響后續(xù)工序施工位置等待下一掘進工序。每次掘進循環(huán)進尺為兩榀鋼架（1.0～1.6 m），特殊段落（下穿火車站、小區(qū)及高層建筑）采用一榀一支護，因仰拱部分掘進機無法進行施工，故采用挖掘機開挖，整個隧道掘進過程實現(xiàn)全機械開挖，仰拱滯后掌子面距離為14 m，不僅對圍巖擾動小，也避免對周圍建筑的影響。

3.5掘進施工后支護方案

掘進機在掌子面掘進完成后，支護工班按照設(shè)計支護方式進行初期支護的施做，如此循環(huán)施工。待初支封閉成環(huán)一定長度后，襯砌工班按照設(shè)計襯砌類型進行仰拱填充并施做二襯（擬初支完成300 m后進行二襯施做）。為保證二襯順利施做，需將設(shè)計聯(lián)絡(luò)通道由原2.3 m加寬至6 m，在前方位置新增一同樣尺寸聯(lián)絡(luò)通道以便將二襯施工影響降至最低。

4　懸臂式掘進機施工優(yōu)點及缺陷

4.1懸臂式掘進機施工優(yōu)點

（1）安全性方面。采用掘進機進行掘進施工，可以提高隧道機械化施工程度及其配套施工技術(shù)并降低施工安全風(fēng)險。掘進機采用切削方式進行掘進，震動小，對圍巖的擾動極小。掘進機開挖功效高，支護能夠及早跟進，極大的縮短了開挖面的臨空時間。

（2）保證質(zhì)量方面。掘進機施工對圍巖的擾動小，提高了下穿高層建筑及火車站的安全指數(shù)，提高了隧道的開挖質(zhì)量，洞室開挖斷面圓順度高，便于噴混凝土支護，同時也提高了初期支護的質(zhì)量。

（3）施工進度方面。懸臂式掘進機是一種部分?jǐn)嗝婢蜻M機。集切削、裝碴、轉(zhuǎn)運和自行于一身，可以做到切削、裝運同步進行。具有連續(xù)掘進、地質(zhì)適應(yīng)性強等優(yōu)點，是理想的冷挖掘進設(shè)備。懸臂式掘進機具有多功能性及機動性，當(dāng)遇到意外情況，便于及時調(diào)整施工方案，而不影響施工進度。懸臂式掘進機施工進度由支護工序時間控制，由于開挖斷面規(guī)范，鋼架、網(wǎng)片拼裝快捷，噴射砼可節(jié)省大量時間。

（4）作業(yè)環(huán)境方面。掘進機切割部帶有自動噴水及吸塵設(shè)備，可減小因切割巖面產(chǎn)生的大量粉塵，盡可能的凈化掘進操作現(xiàn)場的環(huán)境。

4.2懸臂式掘進機施工缺陷

（1）由于掘進機切割頭較長，每次掘進施工掌子面需預(yù)留約0.8 m的開挖面，以避免下次開挖損壞已施做的初支，導(dǎo)致掌子面位置臨空面過大，現(xiàn)已與廠家聯(lián)系，由其設(shè)計尺寸小的掘進機切割頭以減少臨空面尺寸，在特殊段落采用挖掘機修邊的方式來配合掘進機施工以減少臨空面。

（2）由于本區(qū)間隧道為小斷面隧道，掘進機機身尺寸相對較大（長×寬×高：11.7×3.6×2 m），無法正常通過二襯臺車，一旦開始施做二襯，掘進機將只能單線單方向掘進，采取解決措施為新增聯(lián)絡(luò)通道。

（3）由于掘進機切割部受自身長度制約，無法滿足分臺階掘進施工，現(xiàn)廠家已在設(shè)計新型切割部以適應(yīng)臺階法開挖的工法要求，在掌子面穩(wěn)定的情況下全斷面施工法可以采用。

5　結(jié)束語

從使用情況來看，懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的應(yīng)用十分成功，比原來采用鉆爆法施工進尺提高了2倍，不僅提高了全巖巷道的掘進速度，而且有效保證了隧道掘進的安全性。為我國隧道掘進技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗。

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［2］ 張淑君，畢錦明.掘進機設(shè)計和使用中需要解決的問題［J］.煤礦機電，2010，（1）：101-102.

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U458

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1008-3383（2016）10-0137-02

2016-01-21

楊秀才（1971-），男，貴州遵義人，高級工程師，研究方向：地鐵隧道及橋梁施工管理，港口和航道施工管理。