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～榆樹莊站區(qū)間起于規(guī)劃豐西二號路與規(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，止于榆樹莊公園西側榆樹莊站，本段區(qū)間右線設計里程為右K20+863.700 ～右K21+659.350 右線區(qū)間長約795.65m；區(qū)間左線設計里程為：左K20+863.700～左K21+667.603，左線區(qū)間長約803.903m。區(qū)間覆土厚度為6.6 ～15.44m，區(qū)間結構拱頂?shù)貙又饕獮槁咽蹖?，隧道底板穿過土層主要為第四紀沉積的卵石④層。③卵石，雜色，密實-中密，濕，最大粒徑120mm，一般粒徑60 ～90mm 亞圓形，級配較好，聯(lián)續(xù)分布，重度為21kN/m3；④卵石，雜色，密實，濕，最大粒徑150mm，一般粒徑60 ～90mm 亞圓形，級配較好，聯(lián)續(xù)分布，重度為21kN/m3。

1.2 設計概況

地鐵16 號線看丹站～榆樹莊站區(qū)間在L1 施工豎井及橫通道東側提供機械法開挖的條件，里程為左(右)K20+864.7～K21+100.0，采用Ф32×4mm、長2m 中空錨桿環(huán)向間距300mm 進行預支護加固土層，鋼格柵采用Ф20 鋼筋制作，作業(yè)面拼裝，每環(huán)間距750mm，結構斷面型式為拱頂平底斷面，保證機械操作通行，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 機械化集成設備施工原理及工藝流程

機械化集成設備整合了鑿巖臺車，懸臂掘進機，扒渣機等多種隧道施工工程機械的功能，具備簡單靈活的整體造型。機械化集成設備具備挖掘模塊、銑削模塊、錨桿模塊、扒渣排土模塊等四個功能模塊。挖掘模塊主要是通過挖臂以及多個油缸組成，可以通過多個油缸的聯(lián)動來實現(xiàn)挖臂的垂直高度調節(jié)、水平角度調節(jié)、銑挖鏟翻轉、小臂伸縮等功能，從而實現(xiàn)隧道工作面土方開挖。銑削模塊用于快速銑格柵槽，通過將銑挖鏟調節(jié)至與隧道側壁盡可能垂直，預留100mm 進行人工剔鑿修槽）。錨桿模塊可根據(jù)地層不同選擇靜壓、回轉、沖擊三種不同模式進行工作錨桿施工。扒渣排土模塊通過銑挖鏟將渣土堆積到集料鏟斗中，集料鏟斗上的兩個波輪將渣土排擠到輸送帶上實時運轉到運輸車上，運輸車將渣土運至土場。機械化集成設備結構圖如圖1，機械化集成設備性能參數(shù)表如表1。

圖1 機械化集成設備結構圖

3 機械化集成設備施工要點

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壁及弧形仰拱結構，不利于機械行走，操作空間窄小也不利于機械化挖土和清槽施工，機械化集成設備施工作業(yè)時，隧道結構斷面需滿足機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，保證機械化施工環(huán)境。

表1 機械化集成設備性能參數(shù)表

3.2 機械設備進出場準備

豎井凈空尺寸不應小于5m×4m，并且此范圍內(nèi)不應存在任何形式的內(nèi)支撐，以保證設備下井的凈空要求。豎井井底應填至橫通道地平標高并做到平整堅實，地面承載力宜大于2t/㎡。機械從橫通道到正洞轉向時90 度轉角巷道寬度應大于4m 以滿足設備通過性要求，行駛過程中至掌子面嚴禁碰撞其他設備及隧道內(nèi)壁。機械行駛至掌子面進行設備拼裝作業(yè)，拼裝前提前做好工程籌劃，在安裝拆除部位提前預留預埋吊點，吊點受力經(jīng)技術人員核算符合相關規(guī)定后方可實施。

3.3 施工場區(qū)布置要求

施工前還應充分考慮機械設備的進出場條件以及后續(xù)施工中的施工條件，進行綜合性場區(qū)布置設計，施工中的材料存儲倉、豎井提升裝備及存土倉均應與機械化集成設備施工工法的效率相匹配（日均進尺速度為4 ～6m），滿足施工效率最大化。根據(jù)場地條件、淺埋暗挖裝備的外形尺寸及重量合理選用吊裝起重設備。起吊設備的起吊能力應經(jīng)過驗算滿足使用要求，起重吊裝作業(yè)各項工作應滿足安全技術規(guī)程要求。設備吊裝豎井周邊場地應滿足停放暗挖設備裝運卡車及配套吊車擺放要求，一般占用面積不小于15m×8m。吊車擺放占位應盡可能靠近豎井口。

3.4 機械化集成設備施工方法

（1）超前支護打設。機械化集成設備進行隧道施工時，應按照“先拱頂、后兩側”的方法進行錨桿打設施工，鉆孔前應根據(jù)設計要求和圍巖條件定孔位并作出標記，利用暗挖機械設備依次調節(jié)伸縮臂、推進梁及錨桿機移至最前端標記孔位，利用錨桿機正旋轉功能推進錨桿打入，如遇推進阻力過大，打開氣泵沖擊功能推進錨桿，完成工作面錨桿打設后及時進行注漿。

（2）土方開挖。開挖土方順序應為從上至下，拱頂處應先開挖中部，后開挖兩側，仰拱處應先開挖兩側，后開挖中部；嚴格控制開挖步距不大于750mm，受淺埋暗挖法臺階長度及核心土尺寸影響，機械化設備的機械臂較長，機械的精細動作會存在一定偏差，應預留100mm 進行人工銑槽，一味的追求銑槽效果，一方面大大降低施工效率，另一方面，對預留的縱向連接筋及監(jiān)測點破損較為嚴重。機械化集成設備開挖隧道采用環(huán)形開挖預留核心土法，臺階長度不小于5m，臺階高度為3.2m，機械開挖過程中對掌子面土體擾動大，核心土長度不小于2m，高度不低于1.5m，以支撐掌子面土體，防止其向外側滑移，確保掌子面的穩(wěn)定，核心土兩側預留寬1.5m 通道，滿足挖臂作業(yè)空間要求，并提供機械配合人工架設格柵操作空間。

（3）拱架安裝。拱架應在隧道開挖后及時進行架設，安裝前應清除鋼架腳底虛渣及雜物。操作機械臂將鏟斗落至合適高度，將拱架固定在機械臂前端，將拱架運送至安放位置，拱腳應按設計要求打入鎖腳錨管或墊平在堅實的土體上，人工進行拱架螺栓連接，格柵安裝的位置、接頭連接、縱向連接筋應符合設計要求。

（4）噴射混凝土。拱架架設完成后及時噴射混凝土，為防止機械開挖及行進過程中碰撞拱墻側壁及碾壓已完成噴射的混凝土，對已完成面應有噴射混凝土成品保護措施，采用8mm 厚的花紋鋼板進行完成面保護。

（5）機械化集成設備安全操作要點：①機械化集成設備司機應經(jīng)過培訓和考核后方可上崗作業(yè)，并嚴格按照安全技術交底及設備廠家使用說明書要求操作設備。②機械化集成設備工作時，非作業(yè)人員嚴禁進入作業(yè)區(qū)域。③非設備生產(chǎn)廠家專業(yè)人員嚴禁調整液壓系統(tǒng)安全閥壓力。④設備下方的維修保養(yǎng)工作，應在設備安全停放且保證位置固定和支撐牢固后進行。⑤操作臺范圍不得放置妨礙操作的任何物件。⑥作業(yè)后應將設備停放在堅實、平坦、安全的地方。將工作臂調正、鏟斗落地、工作臂收回、滑臺退至最后位置，并將所有操縱桿復位、各部位制動器制動，檢查確認后司機方可離開。

4 效果分析

機械化集成設備進行隧道施工開挖日平均進尺4 ～6m。傳統(tǒng)人工開挖日平均進尺約1.5m。提高施工效率，縮短工期，降低企業(yè)管理費。機械化集成設備進行隧道施工晝夜兩班12人。傳統(tǒng)人工開挖晝夜兩班24 人。機械施工為主，人工為輔，大大減輕了勞動強度。減少人工投入，大幅降低人工成本。機械化集成設備進行隧道施工開挖施工速度快、效率高，因此，其施工豎井間距可以加大，暗挖區(qū)間可以減少設置1 ～2 個豎井。

5 結語

城市軌道交通礦山法隧道采用機械化集成設備進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水平，另一方面，也能解決當下暗挖施工工力緊缺危機。通過實際工程施工過程中的不斷改進，細化各工序實施、轉換，提高了整體機械化施工的可操作性、規(guī)范性，實現(xiàn)了隧道工程高效、環(huán)保節(jié)能，減少勞動力配給，提高施工安全性，達到了預期的理想效果，為北京城市地下空間開發(fā)規(guī)劃、設計、施工提供一定的借鑒。