李 有 發(fā)， 張 三， 付 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在都江堰灌區(qū)毗河供水工程軟巖隧洞施工中的應(yīng)用

李 有 發(fā)， 張 三， 付 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖水利水電工程隧洞，施工安全高效，超挖小，無爆破震動(dòng)破壞及相應(yīng)糾紛及賠償，征遷影響小，利于工期履約及施工期間的維穩(wěn)。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)；中小斷面；軟巖隧洞洞挖；應(yīng)用效果；毗河供水工程

1 概 述

懸臂式掘進(jìn)機(jī)為電動(dòng)自行、開挖、集渣、裝車流水作業(yè)的履帶式連續(xù)開挖機(jī)械，利用設(shè)備后支撐撐緊洞底板產(chǎn)生的作用力推進(jìn)液壓缸推壓切割頭，將狼牙棒似的截齒切入巖石，并在巖面上做同心圓軌跡滾動(dòng)破巖實(shí)現(xiàn)洞挖，是煤礦掘進(jìn)巷道常用的設(shè)備，其發(fā)展應(yīng)用使得礦井巷道掘進(jìn)速度和效率大幅度提高。但其在我國水利水電工程施工中尚未推廣。目前國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)最大截割功率達(dá)418 kW，可截割f=10的中等硬度巖石。筆者介紹了四川省都江堰灌區(qū)毗河供水一期工程總干渠(簡稱毗河項(xiàng)目)采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行中小斷面軟巖隧洞洞挖施工情況，供類似工程借鑒參考。

毗河項(xiàng)目由引水樞紐、總干渠、干渠、充水渠及灌區(qū)渠系工程等組成，總干渠全長156.4 km，其中渠道長69.54 km；隧洞66座、長51.82 km；渡槽57座、長27.74 km；倒虹管4座、長7.35 km。供水區(qū)共涉及7市(區(qū)、縣)160個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，總?cè)丝?23萬人，其中城鎮(zhèn)人口108萬人，總干渠終期設(shè)計(jì)引用流量60 m3/s，工程等別屬I等，工程規(guī)模為大(1)型灌區(qū)。

隧洞為城門洞型，開挖斷面Ⅲ類圍巖為4.95 m×4.975 m、Ⅳ類圍巖為5.25 m×5.275 m、Ⅴ類圍巖為5.35 m×5.375 m，過水?dāng)嗝?為 4.45 m×4.475 m。隧洞沿線巖性為砂巖和粉砂質(zhì)泥巖互層，除總干渠龍泉山和金水橋隧洞砂巖屬中硬巖外，其余屬軟巖～較軟巖。沿線Ⅲ、Ⅴ類圍巖占隧洞總長約18%，Ⅳ類圍巖約占隧洞總長的64%。

隧洞開挖斷面小，洞多且長，約占總干渠總長的33%，沿線為中硬或較軟巖且破碎，人口密集、建筑物多，征遷復(fù)雜、協(xié)調(diào)困難，為施工中的關(guān)鍵項(xiàng)目、工期履約的重點(diǎn)。為確保安全施工、工期履約且節(jié)約成本，經(jīng)策劃，鞍臺(tái)山隧洞、龍泉山隧洞2#檢修交通洞、石板河倒虹吸管第三隧洞等采用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)實(shí)施洞挖。

2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖施工工藝

2.1 測量放樣

由專業(yè)測量人員測量放樣。洞口段采用全站儀測放，進(jìn)洞約200 m后在已支護(hù)成型洞段埋設(shè)紅外線指向儀進(jìn)行測量控制。

2.2 洞 挖

專職操作人員操作懸臂式掘進(jìn)機(jī)由下而上截割洞挖，即操作機(jī)械臂上下、左右移動(dòng)截割頭截割掌子面巖體，逐漸開挖成設(shè)計(jì)斷面。軟巖采用左右循環(huán)向上的截割方法(圖1)；硬巖采用由下而上、左右截割的方法。當(dāng)遇硬巖時(shí)，不應(yīng)勉強(qiáng)截割。對(duì)于有部分露頭的硬巖，應(yīng)首先截割其周圍部分使其墜落。挖柱窩時(shí)，應(yīng)將截割頭伸到最長位置，同時(shí)將鏟板降到最低位置向下掘進(jìn)，并在此狀態(tài)下將截割頭向回收縮，將圍巖拖拉到鏟板附近，以便裝載(圖2)。

2.3 出渣及運(yùn)輸

出渣是利用懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主鏟板、第一運(yùn)輸機(jī)、第二運(yùn)輸機(jī)組合，連續(xù)收集洞渣并輸送至自卸汽車內(nèi)，由自卸汽車運(yùn)送棄渣到指定棄渣場。

2.4 降塵與除塵

懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖施工采用兩套系統(tǒng)實(shí)時(shí)降塵、除塵。一是利用自配除塵噴霧系統(tǒng)除塵并冷卻刀具；二是利用洞口軸流式風(fēng)機(jī)與沿洞坡布設(shè)的紋管抽風(fēng)管向洞外抽風(fēng)降塵。

圖1 左右循環(huán)向上切割示意圖

圖2 特殊切割示意圖

2.5 維護(hù)與保養(yǎng)

掘進(jìn)機(jī)維護(hù)保養(yǎng)的優(yōu)劣決定著設(shè)備出勤率并直接影響工程進(jìn)度，必須重視。掘進(jìn)中應(yīng)根據(jù)出廠隨機(jī)“掘進(jìn)機(jī)日常檢查內(nèi)容表”及“掘進(jìn)機(jī)定期檢查內(nèi)容表”分別進(jìn)行日常檢查及定期檢查。日常檢查為每天工作前檢查；定期檢查為每1個(gè)月或250 h一次、每6個(gè)月或1 500 h一次、每1 a或3 000 h一次三類。

3 應(yīng)用效果

3.1 鞍臺(tái)山隧洞

毗河總干渠鞍臺(tái)山隧洞位于四川省樂至縣境內(nèi)，全長2 963.32 m，圍巖主要為砂巖及泥質(zhì)粉砂巖，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別長1 960 m、886.84 m、116.48 m，是進(jìn)度控制關(guān)鍵項(xiàng)目。隧洞出口段采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖，該洞段2015年9月8日正式掘進(jìn)，2016年4月29日貫穿時(shí)掘進(jìn)機(jī)洞挖

1 515.11 m。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，不含地質(zhì)塌方處理等影響時(shí)間，日均進(jìn)尺為9 m，最高日進(jìn)尺為12 m，月均進(jìn)尺252.5 m，最高月進(jìn)尺270 m，超挖均在5 cm以內(nèi)且洞壁平整，洞挖無爆破震動(dòng)及噪音影響，無村民反映洞挖施工破壞民房及影響日常生活問題，施工過程中未發(fā)生洞挖震動(dòng)破壞糾紛，且進(jìn)度明顯快于進(jìn)口段鉆爆法洞挖施工。

3.2 龍泉山隧洞2#檢修交通洞

毗河總干渠龍泉山隧洞2#檢修交通洞長427.8 m，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別長150 m、262.8 m、15 m，均采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖。洞挖時(shí)段為2015年8月21日～2016年1月20日。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，不含地質(zhì)塌方處理、道路糾紛阻工等影響，洞挖最高日進(jìn)尺9 m，日均進(jìn)尺7 m，超挖均在6 cm以內(nèi)且洞壁平整，洞挖無爆破震動(dòng)及噪音影響，無村民反映洞挖施工破壞民房及影響日常生活問題，施工過程中未發(fā)生洞挖震動(dòng)破壞糾紛。

3.3 石板河倒虹吸管第三隧洞

毗河總干渠石板河倒虹吸管位于成都市金堂縣境內(nèi)，分PCCP管和有壓隧洞兩類，其中有壓隧洞由3個(gè)隧洞段組成，全長2 266 m，圓型斷面，洞挖直徑為3.8 m。第三隧洞段(二8+792.59～二9+184.59)進(jìn)、出口分別位于云合鎮(zhèn)石河村1組、白塔村16組，全長392 m，洞口磚房近且未拆除，采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖。洞挖時(shí)段為2016年7月23日～9月21日。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，不含地質(zhì)塌方處理、地方道路問題阻工等影響時(shí)間，洞挖最高日進(jìn)尺9 m，日均進(jìn)尺7 m，超挖均在6 cm以內(nèi)且洞壁平整，洞挖無爆破震動(dòng)及噪音影響，洞口磚房未受損，也無村民投訴影響日常生活問題，整個(gè)洞挖施工過程未發(fā)生因洞挖作業(yè)引起的糾紛及賠償。

4 優(yōu)點(diǎn)及取得的效益

煤礦掘進(jìn)巷道常用的懸臂式掘進(jìn)機(jī)在毗河供水工程總干渠隧洞洞挖施工中的成功應(yīng)用，表明該設(shè)備可適用于水利水電工程等非煤礦業(yè)隧洞洞挖施工，實(shí)現(xiàn)了水利水電工程中小型斷面軟巖隧洞洞挖機(jī)械化施工，適應(yīng)于社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。其主要優(yōu)點(diǎn)如下。

4.1 較傳統(tǒng)鉆爆法洞挖更安全

懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖為機(jī)械化施工，無傳統(tǒng)鉆爆法洞挖人員密集高危施工情形，無火工產(chǎn)品管理，無爆破震動(dòng)，對(duì)周邊人畜生活、建(構(gòu))筑物、已開挖成型或已臨時(shí)支護(hù)完洞段影響小，無爆破破壞糾紛、賠償情況，且懸臂式掘進(jìn)機(jī)處于已支護(hù)洞段，操作人員坐在駕駛室內(nèi)，遠(yuǎn)離開挖掌子面，更加安全、舒適。

4.2 較傳統(tǒng)鉆爆法洞挖速度快、穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)

毗河項(xiàng)目中小斷面軟巖隧洞采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖，僅需要2～3人操作和指揮機(jī)械(指揮員、機(jī)械操作員、輔助工人各1人)，單頭掘進(jìn)1.5 km情況下按有效工作時(shí)間計(jì)，月均進(jìn)尺可達(dá)200 m以上。而傳統(tǒng)鉆爆洞挖每班最低需6人，單頭掘進(jìn)1 km以內(nèi)最高月進(jìn)尺約150 m，超過1 km后則很難保證。

4.3 受線型工程征遷影響小、利于工期履約

長期以來，線型工程征遷工作一直是工程建設(shè)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，是制約工期的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)鉆爆法爆破震動(dòng)與噪音大，爆破安全管控區(qū)域內(nèi)建(構(gòu))筑物未拆除時(shí)洞挖施工不能開工，受征遷影響大，維穩(wěn)難，糾紛賠償風(fēng)險(xiǎn)高，特別是距民房近的隧洞夜間不能爆破作業(yè)，更影響工程進(jìn)度。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖施工采用機(jī)械切割方式，基本無爆破震動(dòng)、噪音，對(duì)周邊居民日常生活及建筑安全影響小，特別是不存在夜間施工投訴現(xiàn)象，利于工程施工期間維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定及保證工程進(jìn)度。

4.4 較傳統(tǒng)鉆爆法施工洞挖成型質(zhì)量好，節(jié)約成本

懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖施工為機(jī)械化施工，由專業(yè)培訓(xùn)考核合格的專職人員操作機(jī)械，開挖過程由專職人員控制，施工過程及質(zhì)量完全受控。毗河項(xiàng)目隧洞施工采用紅外線指向儀全過程測量、監(jiān)控，開挖成型隧洞的超挖基本控制在5 cm以內(nèi)，且洞壁平整，線條平順，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)鉆爆法洞挖超欠挖約15 cm的社會(huì)平均水平，大大減小了隧洞混凝土襯砌超挖回填量，節(jié)約了施工成本。

4.5 較全斷面掘進(jìn)機(jī)更加靈活、經(jīng)濟(jì)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)洞挖以多次上下左右連續(xù)移動(dòng)截割頭切割巖石方式完成全斷面開挖，故洞挖不受隧洞斷面形狀限制，可用于任何斷面形狀的隧道，適應(yīng)性強(qiáng)；體積小、重量為85 t，轉(zhuǎn)場及組裝方便。較全斷面掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)、組裝更方便、快捷。

5 結(jié) 語

綜上所述，通過毗河項(xiàng)目采用煤礦行業(yè)懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行中小斷面軟巖隧洞洞挖施工效果來看，該機(jī)械洞挖施工與傳統(tǒng)鉆爆法施工相比較，洞挖施工更安全，掘進(jìn)速度更快且穩(wěn)定，洞挖超欠挖小且穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)，受征遷影響小，可避免爆破震動(dòng)破壞糾紛賠償問題，更有利于施工期間的社會(huì)維穩(wěn)，而且不受隧洞斷面形狀限制，適應(yīng)性強(qiáng)，值得類似水利水電工程軟巖中小斷面隧洞洞挖施工借鑒，特別推薦火工產(chǎn)品采購困難或人口、建筑物密集、征遷復(fù)雜的隧洞工程借鑒。

TV554;[TV91]

B

1001-2184(2017)05-0030-03

2017-08-20

李有發(fā)(1978-)，男，廣西桂林人，高級(jí)工程師，從事項(xiàng)目管理工作；

張 三(1976-)，男，四川簡陽人，工程師，從事項(xiàng)目管理工作；

付 勇(1969-)，男，四川樂至人，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯李燕輝)