潘相輝

摘 要：甘肅省引洮供水二期工程6標(biāo)段總干渠18#隧洞為背景，針對(duì)小斷面隧道的開(kāi)挖研究，采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞開(kāi)挖，掘機(jī)施工是依靠電機(jī)使截割部旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)截齒切割巖石，屬于物理割巖，與鉆爆相比減少了掘進(jìn)對(duì)周圍巖石的擾動(dòng)，另外在環(huán)境保護(hù)及改善作業(yè)環(huán)境方面也有著較大提升，不會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，與鉆爆施工工藝相比，在循環(huán)作業(yè)時(shí)間上也有較大效率。

關(guān)鍵詞：小斷面隧道；掘進(jìn)機(jī)；激光；鉆爆；出碴

1 引言

甘肅省引洮供水二期工程總干渠施工第六標(biāo)段，總干渠18#隧洞斷面尺寸寬×高=3.9×4.001（m），全長(zhǎng)1298.95m。隧洞主要巖層為粉砂質(zhì)泥巖，以泥質(zhì)膠結(jié)為主，巖性軟弱，屬極軟巖，遇水易軟化崩解，失水干縮，抗風(fēng)化能力差。目前國(guó)內(nèi)隧道施工多采用鉆爆法進(jìn)行隧道開(kāi)挖，對(duì)于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖爆破施工，由于圍巖巖性軟弱，開(kāi)挖斷面較難控制，超挖現(xiàn)象較為嚴(yán)重，爆破施工后洞內(nèi)煙塵較大，施工環(huán)境差，民爆火工品使用存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)都等。

2 工程概況

甘肅省引洮供水二期工程總干渠施工第6標(biāo)段總干渠18#隧洞，隧洞全長(zhǎng)1298.95m，設(shè)計(jì)圍巖為AnZm×3前震旦系片麻巖古風(fēng)化殼的強(qiáng)分化層、N2P粉砂質(zhì)泥巖。采用EBZ260型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞開(kāi)挖，在進(jìn)度方面具有開(kāi)挖速度快、開(kāi)挖出碴可同時(shí)作業(yè)、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)；在質(zhì)量方面具有對(duì)圍巖擾動(dòng)小、開(kāi)挖斷面成型規(guī)則、超欠挖小等特點(diǎn)；安全文明施工方面具有施工震動(dòng)、煙塵、噪音小，安全性高，對(duì)周邊居民房屋的擾動(dòng)小。

在距離工作面50m處安裝激光指向定位系統(tǒng)，調(diào)試完成后在掌子面形成清晰可見(jiàn)的開(kāi)挖輪廓線，準(zhǔn)確對(duì)開(kāi)挖輪廓進(jìn)行定位，為掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖做指引；掘進(jìn)機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)截割部，使截割頭上截齒與巖石在壓力作用下發(fā)生碰觸，利用物理作用把巖石從圍巖母體中剝離出來(lái)，再利用掘進(jìn)機(jī)上鏟板、星輪、第一運(yùn)輸機(jī)、第二運(yùn)輸機(jī)等配套設(shè)施把剝落的碴石從掘進(jìn)面轉(zhuǎn)送至出碴車上，由出碴車把碴石從洞內(nèi)運(yùn)至洞外排碴場(chǎng)。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工工藝流程

設(shè)備檢查→邊仰坡施工→超前管棚施工→激光指向儀安裝→激光指向儀調(diào)試→掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工→掘進(jìn)機(jī)出碴施工→掘進(jìn)機(jī)出碴施工→開(kāi)挖斷面修整→鋼拱架安裝→錨桿、網(wǎng)片安裝→噴射混凝土→出渣清底。

3.2 設(shè)備檢查

掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行前，首先檢查電源電壓，掘進(jìn)機(jī)電壓為1140V、緊急制動(dòng)系統(tǒng)是否靈活、液壓系統(tǒng)油管油溫及抗磨液壓油數(shù)量，行走部、一運(yùn)輸送、鏟板及星輪、截割部運(yùn)轉(zhuǎn)操及油路；截割部運(yùn)轉(zhuǎn)及截齒缺損情況，二運(yùn)皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)檢查。

3.3 邊仰坡施工

進(jìn)洞前，首先完成洞頂排水溝、洞外截水溝，以便預(yù)計(jì)引離地表水。然后，自上而下進(jìn)行邊仰坡開(kāi)挖，嚴(yán)禁掏底取土或使用大量爆破，施工中盡量減少對(duì)原巖層的擾動(dòng)，最后按設(shè)計(jì)坡度對(duì)邊仰坡一次修整到位，并分層進(jìn)行邊坡防護(hù)，以防巖土風(fēng)化，雨水滲透而坍塌。隧道洞口邊，仰坡采用錨噴防護(hù)，坡面修整好后按設(shè)計(jì)要求成孔，成孔后及時(shí)施工水泥基藥卷錨桿。 安裝鋼筋網(wǎng)時(shí)，依托錨桿頭掛焊Φ6.5鋼筋網(wǎng)，逐點(diǎn)焊牢，同時(shí)邊敲擊筋條貼合巖面凹凸起伏（間距不大于3cm），保持平順，特別凹陷處應(yīng)增加掛網(wǎng)錨桿固定。噴射小石子砼前對(duì)巖面應(yīng)先噴水濕潤(rùn)，以免砼層成殼脫落，在網(wǎng)片生銹前及時(shí)從上向下噴射。噴射小石子砼的配合比、外加劑摻量、氣壓、水量、噴距、每次噴厚、層次等應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)確定。

3.4 超前管棚施工

隧洞拱頂180°范圍內(nèi)施工超前小管棚，采用φ42超前小管棚，管棚長(zhǎng)度L=3m，環(huán)向間距30cm，仰角1°～3°。

3.5 激光指向儀安裝

隧洞掘進(jìn)超過(guò)50m后，在距掌子面前50m處安裝激光指向定位系統(tǒng)，定位系統(tǒng)包括測(cè)量部（YGB-800型激光指向儀5臺(tái)）、校準(zhǔn)部（激光對(duì)中環(huán)10組）、蓄電池等構(gòu)件。

測(cè)量部激光指向儀安裝位置，延隧洞斷面環(huán)向布置，如圖1所示，拱頂布置1臺(tái)（1-1），拱架連接板處布置2臺(tái)（1-2、1-3），拱架腰線處布置2臺(tái)（1-4、1-5）。在激光指向系統(tǒng)前方20m及40m處各安裝一組校準(zhǔn)部（激光對(duì)中環(huán)），根據(jù)“三點(diǎn)一線”的原理，用于對(duì)激光指向儀進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)部激光對(duì)中環(huán)布設(shè)位置與測(cè)量部激光指向儀安裝位置對(duì)應(yīng)，并使激光指向儀發(fā)射激光束能穿過(guò)兩組對(duì)中環(huán)照在掌子面上。如圖2所示。

3.6 激光指向儀調(diào)試

激光指向系統(tǒng)安裝完成后，采用全站儀對(duì)其測(cè)量部進(jìn)行調(diào)試，使5臺(tái)激光指向儀發(fā)出的激光同時(shí)照在掌子面上，激光點(diǎn)在掌子面上形成一圈清晰的環(huán)形輪廓，即作為開(kāi)挖斷面的輪廓線。激光指向系統(tǒng)中每個(gè)激光指向儀前20m及40m處各安裝一個(gè)激光對(duì)中環(huán)，并調(diào)試對(duì)中環(huán)使激光束穿過(guò)對(duì)中環(huán)打在掌子面上。此處對(duì)中環(huán)用于對(duì)激光束位置進(jìn)行復(fù)核，日常檢查中若發(fā)現(xiàn)激光束未穿過(guò)對(duì)中環(huán)，則判定測(cè)量部發(fā)生位移，須立刻對(duì)測(cè)量部進(jìn)行調(diào)試。

3.7 掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖施工

掘進(jìn)機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)截割頭截割巖石，利用截割頭上截齒把巖石從母體中剝離下來(lái)，截割的進(jìn)刀一般是從隧洞左下角開(kāi)始，向巖石內(nèi)割巖，進(jìn)刀深度為截割頭三分之二為宜，EBZ260型掘進(jìn)機(jī)截割頭長(zhǎng)1200mm，每循環(huán)進(jìn)刀為800mm。然后沿隧洞底板向隧洞右側(cè)緩緩?fù)七M(jìn)，截割到隧洞右側(cè)輪廓線時(shí)向上進(jìn)刀，然后向左側(cè)割巖，按照“之”字線路由下到上依次割巖。

隧洞采用掘進(jìn)機(jī)向前掘進(jìn)，隧洞輪廓線間距誤差小于50 mm，隧洞周邊不應(yīng)欠挖，平均線性超挖值應(yīng)小于100 mm。

一般情況，當(dāng)截割較軟的圍巖時(shí)，采用左右循環(huán)向上的截割方法；當(dāng)截割稍硬巖石時(shí)，可采用由下而上左右截割的方法；不管采用那種方法要盡可能地利用從下而上截割；當(dāng)遇有硬巖時(shí)，不應(yīng)勉強(qiáng)截割，對(duì)有部分露頭硬石時(shí)，應(yīng)首先截割其周圍部分，使其墜落。對(duì)大塊墜落體，采用爆破方法處理后再進(jìn)行裝載。

3.8 掘進(jìn)機(jī)出碴施工

在截割巖石的同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)通過(guò)鏟板星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將從巖層中剝落的碎巖傳送至掘進(jìn)機(jī)中間溜槽的第一運(yùn)輸系統(tǒng)；第一運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)溜槽內(nèi)刮板滑動(dòng)將碎巖轉(zhuǎn)送至掘進(jìn)機(jī)后的二運(yùn)皮帶上；第二運(yùn)輸系統(tǒng)通過(guò)二運(yùn)皮帶電滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，碎石經(jīng)過(guò)二運(yùn)皮帶傳送至出碴車上，由出碴車轉(zhuǎn)運(yùn)至洞外棄碴場(chǎng)。

3.9 開(kāi)挖斷面修整

根據(jù)激光指向儀系統(tǒng)定位輪廓線對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行檢查，用截割頭對(duì)已截割完成隧洞進(jìn)行修整，不許欠挖，超挖控制在100mm以內(nèi)。

3.10 鋼拱架安裝

拱頂、側(cè)墻斷面檢查合格并排除浮石后，進(jìn)行鋼拱架安裝，拱架采用I16工字鋼加工全封閉鋼拱架，安裝間距0.8m，鋼拱架平面垂直于隧洞中線，其傾斜度不大于2°，鋼架的任何部位偏離鉛垂面不宜大于5cm。拱架連接筋采用φ25螺紋鋼，環(huán)向布置間距50cm。

施工平臺(tái)由掘進(jìn)機(jī)改造而成，在掘進(jìn)大臂及機(jī)身上加裝護(hù)欄、上下踏步，以掘進(jìn)機(jī)機(jī)身作為施工作業(yè)平臺(tái)，進(jìn)行拱架安裝及噴射混凝土施工，從而提高了循環(huán)作業(yè)效率。

3.11 錨桿、網(wǎng)片施工

拱頂、側(cè)墻設(shè)φ20水泥基藥卷錨桿L=2.5m，梅花形布置，7/6根每延米，排距1.0m。拱頂、側(cè)墻范圍內(nèi)設(shè)φ6.5×200×200mm鋼筋網(wǎng)。

3.12 噴射混凝土施工

噴射順序?yàn)椋合葔蠊?，從墻基?00mm）開(kāi)始自下而上進(jìn)行，噴槍頭與受噴面應(yīng)盡量保持垂直。初噴厚度不小于50mm，噴漿時(shí)，必須采用濕料，噴射前，必須沖洗巖幫，噴頭與受噴面的距離以0.9m-1.2m，角度為不小于75[°]為宜，復(fù)噴厚度不小于100mm，。

3.13 出碴、清底

噴射混凝土施工完成后，掘進(jìn)機(jī)出下部回彈噴漿料，清理底板多余碴石。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)掘進(jìn)機(jī)在小段面隧道施工中的應(yīng)用研究，掘進(jìn)機(jī)在Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的小斷面隧洞中投入使用，與通常鉆爆法相比，減少因圍巖穩(wěn)定性較差而造成安全事故發(fā)生率，同時(shí)減少了有毒有害氣體產(chǎn)生，從根本上保證了安全和施工質(zhì)量。掘進(jìn)機(jī)截割巖石屬于物理方法截割巖石，截割速度快，可以實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、棄碴運(yùn)輸連續(xù)作業(yè)，提高了掘進(jìn)效率，縮短建設(shè)施工周期，降低了工人勞動(dòng)成本；改善了作業(yè)環(huán)境，節(jié)能，環(huán)保，降低工程措施費(fèi)用，節(jié)約工程成本，同時(shí)縮短工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

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