薛洪松

（北京建工土木工程有限公司，北京 100015）

1 工程概況

1.1 工程概況

看丹站～榆樹(shù)莊站區(qū)間起于規(guī)劃豐西二號(hào)路與規(guī)劃康辛路十字交口處的看丹站站西端，出看丹站后沿規(guī)劃康辛路以地下方式由東向西敷設(shè)，止于榆樹(shù)莊公園西側(cè)榆樹(shù)莊站，本段區(qū)間右線設(shè)計(jì)里程為右K20+863.700 ～右K21+659.350 右線區(qū)間長(zhǎng)約795.65m；區(qū)間左線設(shè)計(jì)里程為：左K20+863.700～左K21+667.603，左線區(qū)間長(zhǎng)約803.903m。區(qū)間覆土厚度為6.6 ～15.44m，區(qū)間結(jié)構(gòu)拱頂?shù)貙又饕獮槁咽蹖?，隧道底板穿過(guò)土層主要為第四紀(jì)沉積的卵石④層。③卵石，雜色，密實(shí)-中密，濕，最大粒徑120mm，一般粒徑60 ～90mm 亞圓形，級(jí)配較好，聯(lián)續(xù)分布，重度為21kN/m3；④卵石，雜色，密實(shí)，濕，最大粒徑150mm，一般粒徑60 ～90mm 亞圓形，級(jí)配較好，聯(lián)續(xù)分布，重度為21kN/m3。

1.2 設(shè)計(jì)概況

地鐵16 號(hào)線看丹站～榆樹(shù)莊站區(qū)間在L1 施工豎井及橫通道東側(cè)提供機(jī)械法開(kāi)挖的條件，里程為左(右)K20+864.7～K21+100.0，采用Ф32×4mm、長(zhǎng)2m 中空錨桿環(huán)向間距300mm 進(jìn)行預(yù)支護(hù)加固土層，鋼格柵采用Ф20 鋼筋制作，作業(yè)面拼裝，每環(huán)間距750mm，結(jié)構(gòu)斷面型式為拱頂平底斷面，保證機(jī)械操作通行，最大凈寬6.3m，最大凈高6.63m，初支為0.25m 厚的C20 噴射混凝土。

2 機(jī)械化集成設(shè)備施工原理及工藝流程

機(jī)械化集成設(shè)備整合了鑿巖臺(tái)車，懸臂掘進(jìn)機(jī)，扒渣機(jī)等多種隧道施工工程機(jī)械的功能，具備簡(jiǎn)單靈活的整體造型。機(jī)械化集成設(shè)備具備挖掘模塊、銑削模塊、錨桿模塊、扒渣排土模塊等四個(gè)功能模塊。挖掘模塊主要是通過(guò)挖臂以及多個(gè)油缸組成，可以通過(guò)多個(gè)油缸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)挖臂的垂直高度調(diào)節(jié)、水平角度調(diào)節(jié)、銑挖鏟翻轉(zhuǎn)、小臂伸縮等功能，從而實(shí)現(xiàn)隧道工作面土方開(kāi)挖。銑削模塊用于快速銑格柵槽，通過(guò)將銑挖鏟調(diào)節(jié)至與隧道側(cè)壁盡可能垂直，預(yù)留100mm 進(jìn)行人工剔鑿修槽）。錨桿模塊可根據(jù)地層不同選擇靜壓、回轉(zhuǎn)、沖擊三種不同模式進(jìn)行工作錨桿施工。扒渣排土模塊通過(guò)銑挖鏟將渣土堆積到集料鏟斗中，集料鏟斗上的兩個(gè)波輪將渣土排擠到輸送帶上實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)到運(yùn)輸車上，運(yùn)輸車將渣土運(yùn)至土場(chǎng)。機(jī)械化集成設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖1，機(jī)械化集成設(shè)備性能參數(shù)表如表1。

圖1 機(jī)械化集成設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

3 機(jī)械化集成設(shè)備施工要點(diǎn)

3.1 隧道斷面形式

傳統(tǒng)隧道為馬蹄形斷面，拱腰線以下為弧型側(cè)壁及弧形仰拱結(jié)構(gòu)，不利于機(jī)械行走，操作空間窄小也不利于機(jī)械化挖土和清槽施工，機(jī)械化集成設(shè)備施工作業(yè)時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)斷面需滿足機(jī)械安置行走及周邊空間作業(yè)安全要求，采用拱頂平底斷面形式，保證機(jī)械化施工環(huán)境。

表1 機(jī)械化集成設(shè)備性能參數(shù)表

3.2 機(jī)械設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)準(zhǔn)備

豎井凈空尺寸不應(yīng)小于5m×4m，并且此范圍內(nèi)不應(yīng)存在任何形式的內(nèi)支撐，以保證設(shè)備下井的凈空要求。豎井井底應(yīng)填至橫通道地平標(biāo)高并做到平整堅(jiān)實(shí)，地面承載力宜大于2t/㎡。機(jī)械從橫通道到正洞轉(zhuǎn)向時(shí)90 度轉(zhuǎn)角巷道寬度應(yīng)大于4m 以滿足設(shè)備通過(guò)性要求，行駛過(guò)程中至掌子面嚴(yán)禁碰撞其他設(shè)備及隧道內(nèi)壁。機(jī)械行駛至掌子面進(jìn)行設(shè)備拼裝作業(yè)，拼裝前提前做好工程籌劃，在安裝拆除部位提前預(yù)留預(yù)埋吊點(diǎn)，吊點(diǎn)受力經(jīng)技術(shù)人員核算符合相關(guān)規(guī)定后方可實(shí)施。

3.3 施工場(chǎng)區(qū)布置要求

施工前還應(yīng)充分考慮機(jī)械設(shè)備的進(jìn)出場(chǎng)條件以及后續(xù)施工中的施工條件，進(jìn)行綜合性場(chǎng)區(qū)布置設(shè)計(jì)，施工中的材料存儲(chǔ)倉(cāng)、豎井提升裝備及存土倉(cāng)均應(yīng)與機(jī)械化集成設(shè)備施工工法的效率相匹配（日均進(jìn)尺速度為4 ～6m），滿足施工效率最大化。根據(jù)場(chǎng)地條件、淺埋暗挖裝備的外形尺寸及重量合理選用吊裝起重設(shè)備。起吊設(shè)備的起吊能力應(yīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)算滿足使用要求，起重吊裝作業(yè)各項(xiàng)工作應(yīng)滿足安全技術(shù)規(guī)程要求。設(shè)備吊裝豎井周邊場(chǎng)地應(yīng)滿足停放暗挖設(shè)備裝運(yùn)卡車及配套吊車擺放要求，一般占用面積不小于15m×8m。吊車擺放占位應(yīng)盡可能靠近豎井口。

3.4 機(jī)械化集成設(shè)備施工方法

（1）超前支護(hù)打設(shè)。機(jī)械化集成設(shè)備進(jìn)行隧道施工時(shí)，應(yīng)按照“先拱頂、后兩側(cè)”的方法進(jìn)行錨桿打設(shè)施工，鉆孔前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和圍巖條件定孔位并作出標(biāo)記，利用暗挖機(jī)械設(shè)備依次調(diào)節(jié)伸縮臂、推進(jìn)梁及錨桿機(jī)移至最前端標(biāo)記孔位，利用錨桿機(jī)正旋轉(zhuǎn)功能推進(jìn)錨桿打入，如遇推進(jìn)阻力過(guò)大，打開(kāi)氣泵沖擊功能推進(jìn)錨桿，完成工作面錨桿打設(shè)后及時(shí)進(jìn)行注漿。

（2）土方開(kāi)挖。開(kāi)挖土方順序應(yīng)為從上至下，拱頂處應(yīng)先開(kāi)挖中部，后開(kāi)挖兩側(cè)，仰拱處應(yīng)先開(kāi)挖兩側(cè)，后開(kāi)挖中部；嚴(yán)格控制開(kāi)挖步距不大于750mm，受淺埋暗挖法臺(tái)階長(zhǎng)度及核心土尺寸影響，機(jī)械化設(shè)備的機(jī)械臂較長(zhǎng)，機(jī)械的精細(xì)動(dòng)作會(huì)存在一定偏差，應(yīng)預(yù)留100mm 進(jìn)行人工銑槽，一味的追求銑槽效果，一方面大大降低施工效率，另一方面，對(duì)預(yù)留的縱向連接筋及監(jiān)測(cè)點(diǎn)破損較為嚴(yán)重。機(jī)械化集成設(shè)備開(kāi)挖隧道采用環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法，臺(tái)階長(zhǎng)度不小于5m，臺(tái)階高度為3.2m，機(jī)械開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)掌子面土體擾動(dòng)大，核心土長(zhǎng)度不小于2m，高度不低于1.5m，以支撐掌子面土體，防止其向外側(cè)滑移，確保掌子面的穩(wěn)定，核心土兩側(cè)預(yù)留寬1.5m 通道，滿足挖臂作業(yè)空間要求，并提供機(jī)械配合人工架設(shè)格柵操作空間。

（3）拱架安裝。拱架應(yīng)在隧道開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行架設(shè)，安裝前應(yīng)清除鋼架腳底虛渣及雜物。操作機(jī)械臂將鏟斗落至合適高度，將拱架固定在機(jī)械臂前端，將拱架運(yùn)送至安放位置，拱腳應(yīng)按設(shè)計(jì)要求打入鎖腳錨管或墊平在堅(jiān)實(shí)的土體上，人工進(jìn)行拱架螺栓連接，格柵安裝的位置、接頭連接、縱向連接筋應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

（4）噴射混凝土。拱架架設(shè)完成后及時(shí)噴射混凝土，為防止機(jī)械開(kāi)挖及行進(jìn)過(guò)程中碰撞拱墻側(cè)壁及碾壓已完成噴射的混凝土，對(duì)已完成面應(yīng)有噴射混凝土成品保護(hù)措施，采用8mm 厚的花紋鋼板進(jìn)行完成面保護(hù)。

（5）機(jī)械化集成設(shè)備安全操作要點(diǎn)：①機(jī)械化集成設(shè)備司機(jī)應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和考核后方可上崗作業(yè)，并嚴(yán)格按照安全技術(shù)交底及設(shè)備廠家使用說(shuō)明書要求操作設(shè)備。②機(jī)械化集成設(shè)備工作時(shí)，非作業(yè)人員嚴(yán)禁進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。③非設(shè)備生產(chǎn)廠家專業(yè)人員嚴(yán)禁調(diào)整液壓系統(tǒng)安全閥壓力。④設(shè)備下方的維修保養(yǎng)工作，應(yīng)在設(shè)備安全停放且保證位置固定和支撐牢固后進(jìn)行。⑤操作臺(tái)范圍不得放置妨礙操作的任何物件。⑥作業(yè)后應(yīng)將設(shè)備停放在堅(jiān)實(shí)、平坦、安全的地方。將工作臂調(diào)正、鏟斗落地、工作臂收回、滑臺(tái)退至最后位置，并將所有操縱桿復(fù)位、各部位制動(dòng)器制動(dòng)，檢查確認(rèn)后司機(jī)方可離開(kāi)。

4 效果分析

機(jī)械化集成設(shè)備進(jìn)行隧道施工開(kāi)挖日平均進(jìn)尺4 ～6m。傳統(tǒng)人工開(kāi)挖日平均進(jìn)尺約1.5m。提高施工效率，縮短工期，降低企業(yè)管理費(fèi)。機(jī)械化集成設(shè)備進(jìn)行隧道施工晝夜兩班12人。傳統(tǒng)人工開(kāi)挖晝夜兩班24 人。機(jī)械施工為主，人工為輔，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。減少人工投入，大幅降低人工成本。機(jī)械化集成設(shè)備進(jìn)行隧道施工開(kāi)挖施工速度快、效率高，因此，其施工豎井間距可以加大，暗挖區(qū)間可以減少設(shè)置1 ～2 個(gè)豎井。

5 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通礦山法隧道采用機(jī)械化集成設(shè)備進(jìn)行施工代替以往的人工施工工藝，一方面能夠大幅提高隧道工程施工技術(shù)水平，另一方面，也能解決當(dāng)下暗挖施工工力緊缺危機(jī)。通過(guò)實(shí)際工程施工過(guò)程中的不斷改進(jìn)，細(xì)化各工序?qū)嵤?、轉(zhuǎn)換，提高了整體機(jī)械化施工的可操作性、規(guī)范性，實(shí)現(xiàn)了隧道工程高效、環(huán)保節(jié)能，減少勞動(dòng)力配給，提高施工安全性，達(dá)到了預(yù)期的理想效果，為北京城市地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提供一定的借鑒。