劉偉濤

摘? 要：在地鐵通過(guò)居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等敏感區(qū)域時(shí)出于安全和減少擾民等要求，施工需要采取非爆破施工。文章以貴陽(yáng)市軌道交通某項(xiàng)目為例介紹了鉆劈臺(tái)車(chē)和懸臂掘進(jìn)機(jī)在地鐵硬巖隧道施工中的試驗(yàn)和應(yīng)用。分析了兩種施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為類(lèi)似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：地鐵;非爆破;鉆劈臺(tái)車(chē)、懸臂掘進(jìn)機(jī);施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）05-0167-03

Abstract： In order to meet the requirements of safety and reducing disturbance when the subway passes through sensitive areas such as residential areas， schools， hospitals and so on， non-blasting construction is needed. Taking a rail transit project in Guiyang City as an example， this paper introduces the test and application of drilling and splitting trolley and cantilever roadheader in the construction of subway hard rock tunnel. The advantages and disadvantages of the two construction methods are analyzed， which accumulates experience for similar projects.

Keywords： subway; non-blasting; drilling and splitting trolley， cantilever roadheader; construction technology

1 概述

在地鐵施工中硬質(zhì)圍巖施工方法多采用鉆爆法，鉆爆法施工會(huì)引起隧道圍巖和鄰近建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生爆破振動(dòng)，會(huì)發(fā)出爆破噪音，破壞隧道周邊的人居環(huán)境。貴陽(yáng)市軌道交通某項(xiàng)目下穿居民區(qū)、隧道口緊鄰加油站，需要采用非爆破施工，項(xiàng)目采用鉆劈臺(tái)車(chē)和懸臂掘進(jìn)機(jī)兩種施工方法，為類(lèi)似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

貴陽(yáng)市軌道交通某項(xiàng)目，工程包含區(qū)間隧道和車(chē)站一座。區(qū)間隧道穿越多個(gè)小區(qū)，主干道，部分隧道位于獅子巖山體內(nèi)，區(qū)間隧道長(zhǎng)1000m，線(xiàn)間距為11.0-18.0m，隧頂埋深約12.7-130.6m。車(chē)站花果園西車(chē)站整個(gè)車(chē)站位于山體下，擬采用拱蓋法暗挖施工。暗挖主體總長(zhǎng)約251m，凈寬度22.7m，斷面面積393.46m2，埋深100m以上。在車(chē)站東側(cè)設(shè)置一座斜井作為施工通道，兼顧車(chē)站和區(qū)間施工，斜井設(shè)置2個(gè)分支通道進(jìn)入車(chē)站站廳層，全長(zhǎng)453.9m，斷面尺寸7.2m*6.5m。區(qū)間隧道和車(chē)站施工范圍主要穿越地層為：中風(fēng)化灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化泥巖。巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度12～85MPa。區(qū)間范圍有雨水、污水、電信、電力、給水、燃?xì)獾裙芫€(xiàn)。特別是斜井洞口緊鄰加油站，為保證安全、減少對(duì)敏感區(qū)域的影響要求采用非爆破開(kāi)挖法施工。

3 非爆破施工方案

3.1 鉆孔——劈裂法施工

2019年7月，項(xiàng)目采用隧道局研制的ZP-11鉆劈臺(tái)車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，施工方法是先用潛孔鉆鉆孔再用液壓劈裂棒將巖石劈裂，然后再用挖掘機(jī)、自卸車(chē)將石塊運(yùn)出隧道。

3.1.1 鉆劈臺(tái)車(chē)構(gòu)造及原理

ZP-11鉆劈臺(tái)車(chē)采用履帶式底盤(pán)，一個(gè)鉆臂和一個(gè)作業(yè)平臺(tái)，鉆孔采用風(fēng)動(dòng)潛孔鉆（需要另外配置一臺(tái)空壓機(jī)作為動(dòng)力源）。液壓控制系統(tǒng)、劈裂液壓系統(tǒng)等集成在底盤(pán)上。外形結(jié)構(gòu)如圖1、圖2。

3.1.2 施工方法及要求

（1）施工準(zhǔn)備：根據(jù)圖紙要求對(duì)作業(yè)面進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)注鉆孔點(diǎn)位，設(shè)備人員就位。

（2）利用鉆臂沿隧道周邊輪廓線(xiàn)施做咬合孔臨空面?？咨?.2m，孔徑115mm。要求相鄰孔間距小于95mm，以保證臨空面質(zhì)量。

（3）自下向上水平施做劈裂孔，層高設(shè)置為500mm，孔距600mm（層高和劈裂孔距依據(jù)巖石硬度及劈裂效果可適當(dāng)調(diào)整），孔深1.2m。

（4）利用作業(yè)平臺(tái)安裝劈裂棒進(jìn)行劈裂，一次最多可安裝6根劈裂棒。劈裂順序?yàn)樽韵露稀?/p>

（5）將巖石劈裂后，將鉆劈臺(tái)車(chē)退出。

（6）利用挖掘機(jī)將裂開(kāi)的巖石從作業(yè)面剝離，然后裝在自卸車(chē)?yán)镞\(yùn)出洞外。

（7）如果仍有沒(méi)有裂開(kāi)的巖石，在需要的部位再鉆孔、劈裂。重復(fù)3、4、5、6步驟。

（8）完成開(kāi)挖，進(jìn)入下一道工序。

3.1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2019年7月，先后試驗(yàn)了不同臨空面和孔間距的劈裂效果。（巖石硬度：104MPa）

（1）豎向臨空面劈裂試驗(yàn)：在臨空面兩側(cè)設(shè)置劈裂孔，向中間劈裂。目的是測(cè)試在豎向臨空面條件下，劈裂孔的間距設(shè)置。

（2）水平臨空面劈裂試驗(yàn)：在臨空面上方設(shè)置劈裂孔，向下劈裂，目的是測(cè)試在水平臨空面條件下劈裂孔的間距設(shè)置。

經(jīng)過(guò)不同臨空面條件下的試驗(yàn)，在巖石硬度100PMa，層高500mm，間距600mm左右，劈裂液壓系統(tǒng)壓力達(dá)到130MPa可以將巖石劈裂。

（3）又進(jìn)行了整工序試驗(yàn)，布孔圖如圖3;試驗(yàn)情況如表1。

3.1.4 鉆劈臺(tái)車(chē)施工優(yōu)缺點(diǎn)分析

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，鉆劈臺(tái)車(chē)施工有以下特點(diǎn)：

（1）劈裂巖石時(shí)無(wú)震動(dòng)、無(wú)沖擊，立即見(jiàn)效不用等待、可以不間斷重復(fù)作業(yè)。適用于硬度超過(guò)80MPa的巖石。

（2）整體作業(yè)效率低。整個(gè)循環(huán)需要鉆劈臺(tái)車(chē)、挖掘機(jī)、自卸車(chē)等設(shè)備多次轉(zhuǎn)換，影響作業(yè)效率。

（3）劈裂時(shí)需要人工在作業(yè)平臺(tái)上安裝、拆除劈裂棒，勞動(dòng)強(qiáng)度大、存在較大的安全隱患。

3.2 懸臂掘進(jìn)機(jī)法施工

3.2.1 懸臂掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)造

懸臂隧道掘進(jìn)機(jī)是一種集切割、行走、裝運(yùn)、噴霧滅塵等多種功能為一體的高效聯(lián)合作業(yè)機(jī)械。工作時(shí)，安裝在懸臂上的截割頭上下左右擺動(dòng)，能夠切割任意形狀的隧道斷面?；ü麍@西站項(xiàng)目采用一臺(tái)CTR300A型隧道掘進(jìn)機(jī)。結(jié)構(gòu)如圖4;技術(shù)參數(shù)如表2。

3.2.2 施工方法

懸臂掘進(jìn)機(jī)就位后，開(kāi)始從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動(dòng)掘進(jìn)機(jī)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(shí)鏟板部耙爪將切削下來(lái)的碴裝入第一運(yùn)輸機(jī)，第一運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至第二運(yùn)輸機(jī)，第二運(yùn)輸機(jī)直接裝入出碴車(chē)運(yùn)出洞外。從底部開(kāi)挖到頂部完成后，進(jìn)行二次修整以達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)斷面。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割方式是從掃底開(kāi)始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線(xiàn)逐級(jí)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(kāi)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(jìn)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。

3.2.3 效果分析

懸臂掘進(jìn)機(jī)集切削、裝碴、轉(zhuǎn)運(yùn)、除塵和自行于一身，可以做到切削、裝運(yùn)同步進(jìn)行。具有連續(xù)掘進(jìn)、地質(zhì)適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，施工無(wú)需其他設(shè)備輔助，需要投入3～4人即可完成掘進(jìn)工序。根據(jù)花果園西站斜井的施工情況對(duì)作業(yè)時(shí)間、進(jìn)尺、實(shí)際開(kāi)挖量和平均日單耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。施工時(shí)圍巖強(qiáng)度85～104MPa，平均日進(jìn)尺達(dá)到0.75m。當(dāng)巖石硬度小于60MPa時(shí)平均日進(jìn)尺2.1m，最高日進(jìn)尺3m。

（1）根據(jù)施工情況分析懸臂掘進(jìn)機(jī)施工有以下優(yōu)勢(shì)：

a.開(kāi)挖斷面形狀易于控制，超欠挖量小;由于開(kāi)挖斷面規(guī)范，鋼架、網(wǎng)片拼裝、噴射砼速度快，可節(jié)省大量時(shí)間?？晒?jié)約錨桿、噴射混凝土用量。

b.施工人員數(shù)量少，人工成本低;對(duì)圍巖擾動(dòng)量小，對(duì)圍巖破壞少，作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)少。

c.懸臂掘進(jìn)機(jī)集切削、裝碴、轉(zhuǎn)運(yùn)和自行于一身，可以做到切削、裝運(yùn)同步進(jìn)行，功能齊全，無(wú)需其他設(shè)備輔助，作業(yè)效率較高。

（2）懸臂掘進(jìn)機(jī)施工存在的問(wèn)題

a.由于掘進(jìn)機(jī)切割頭較長(zhǎng)，每次掘進(jìn)施工掌子面需預(yù)留約0.8～1.2m的開(kāi)挖面，以避免下次開(kāi)挖損壞已施做的初支，導(dǎo)致掌子面距離初支面距離過(guò)大。

b.懸臂掘進(jìn)機(jī)施工作業(yè)粉塵、噪音較大，揚(yáng)塵及噪音污染嚴(yán)重，對(duì)施工環(huán)境影響較大。

c.設(shè)備總裝機(jī)功率大，對(duì)電力要求高，需要配備專(zhuān)用變壓器供電。雖然設(shè)備整體效率較高，但機(jī)械一旦發(fā)生故障，維修時(shí)間較長(zhǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

懸臂掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖具有機(jī)械化程度高、對(duì)圍巖損傷擾動(dòng)少、超欠挖易控制、開(kāi)挖出碴連續(xù)、作業(yè)人員少、勞動(dòng)強(qiáng)度低、安全性高、適應(yīng)斷面靈活等特點(diǎn)。圍巖強(qiáng)度超過(guò)60MPa時(shí)效率較低，截齒磨損較快，使用成本較高。在30～60MPa中等巖石硬度條件下施工效率較高，綜合成本較優(yōu)，施工性?xún)r(jià)比最高。

鉆劈臺(tái)車(chē)由于還在試驗(yàn)階段，受整體結(jié)構(gòu)影響，只有一個(gè)鉆臂和一個(gè)作業(yè)平臺(tái)，作業(yè)效率較低。但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證采用鉆孔劈裂技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)巖石地層非爆破施工，能夠通過(guò)液壓劈裂硬度超過(guò)80MPa的巖石，相關(guān)技術(shù)研究還需要有很長(zhǎng)的路去走， 需要施工單位與機(jī)械設(shè)計(jì)單位緊密溝通， 采用多鉆臂、自動(dòng)安裝（拆除）劈裂棒、集成破碎錘、集料輸料裝置實(shí)現(xiàn)裝渣功能等，可以解決城市地鐵車(chē)站及隧道非爆條件下施工效率低和施工成本高等問(wèn)題。

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