■潘學堯

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300000）

隨著科學技術水平提升，我國工程事業(yè)得到了穩(wěn)定發(fā)展，相關領域技術人員也加強了對懸臂掘進施工技術探究，但是進展比較緩慢。為了讓懸臂掘進在我國得到廣泛應用，在進行臨近既有隧道施工過程中，施工企業(yè)把懸臂掘進機引進其中，并結合工程實際情況，涉及了最佳施工方案，獲取理想的施工效果。因為懸臂掘進機對自身應用環(huán)境要求比較高，一次挖設斷面受限，對圍巖的適應性差和其他經濟因素影響，阻礙自身功能發(fā)揮，所以在應用懸臂掘進施工技術過程中，需要適當改革施工工藝和方案，全面采用懸臂掘進機，讓施工更加便利，提升施工效果。

一、工程概況

白山隧道地處安寧鐵路專用線進口，里程為LDK0+400-LDK0+750，全長350m。進口段200m為上坡，出口段150m為下坡，坡率均為5‰。隧道段均為直線段。由于白山隧道緊靠既有線隧道，線距約為25m～30m，且最大埋深約為17m（位置關系如圖1所示），圍巖等級為Ⅴ級，禁止采用全爆破施工，為了保證按期完成施工，現(xiàn)采用懸臂式掘進機為主，爆破為輔的方法進行開挖作業(yè)。

二、懸臂掘進機基本介紹

（一）工作原理

懸臂掘進機作為一個綜合性的掘進設備，在設計過程中需要綜合思考掘進過程中面臨的各種現(xiàn)象，在懸臂掘進機設計過程中，包含了切割、裝運等功能，所以具備較強的適用性。在實際中，懸臂掘進機一般是在主機和配套設備的作用下進行掘進操作，在此過程中，主機功能在于對巖石切割處理，之后運行設備將碎石運輸?shù)街付ㄎ恢茫y(tǒng)一調度，利用運輸車裝運[1]。在進行掘進施工時，懸臂掘進機可以根據(jù)工程實際情況適當調節(jié)切割臂位置，實現(xiàn)對掘進隧道斷面質量的控制，滿足施工要求。

圖1 新建白山隧道與營業(yè)線武家莊隧道位置關系示意圖

（二）圍巖適應性

在開展圍巖掘進施工工作之前，相關人員應對圍巖可掘性綜合分析，在分析過程中需要重點關注圍巖抗壓強度和節(jié)理縫隙發(fā)展。當前大部分懸臂掘進機在應用中，可以實現(xiàn)對單軸抗壓強度150MPa壓強巖層的掘進。一般來說，在掘進施工中，需要確保巖石單軸抗壓強度控制在100MPa左右，這樣可以保證掘進施工質量。

（三）機型選擇

我國現(xiàn)有生產懸臂掘進機的廠家數(shù)量比較多，如：佳木斯煤礦機械廠、大連家瑞集團金恒達機電科技有限公司等。在西方國家中，如英國、美國等也有一些知名的懸臂掘進機生產廠家。在選擇懸臂掘進機過程中，需要根據(jù)隧道地質情況，巖石單軸抗壓強度需要控制在80MPa左右，并選擇重型懸臂掘進機，如切割功率為200kW的懸臂掘進機。在開展懸臂掘進施工工作時，綜合思考隧道和煤礦巷道之間的差別，施工人員需要有針對性地選擇對應的掘進施工方式。在交通隧道工程中，需要選用切割功率為200kW的懸臂掘進機，這樣能夠有效確保掘進施工設備可以更好地滿足工程施工需求[2]。在隧道施工中，綜合思考隧道平行導坑施工要求，所以在選擇掘進機過程中，應該選用技術水平高的掘進機，并且在掘進中應該一次定位實現(xiàn)對斷面施工。在具體選擇中，需要綜合思考圍巖可掘進性，并根據(jù)工程現(xiàn)場具體狀況，選擇最佳的施工設備，保證施工設備功率、功能滿足工程要求。

三、懸臂掘進機在臨近既有線隧道施工中的運用

（一）施工測量

在開展施工工作之前，需要對設計部門交付工程地面控制狀和永久性水準點，通過復測，樁位核查沒有錯誤后，結合設計部門提供的測量結果，選擇對應測量方式，對各個隧道進行測量，同時每個隧道進口設有三個以上的中線控制點及水準控制點，對隧道中線和標高進行把控。為了保證隧道精準貫通，在對隧道測量時，采用的測量技術有：光電測距導線網以及傳統(tǒng)三角網布設的方法，實現(xiàn)對洞內外平面控制；根據(jù)導線點利用光電測距三角高程方式控制隧道高程；利用概率論等測量方式核算出平差數(shù)據(jù)。在外業(yè)測量過程中，需要采用方向測量方式。觀測過程中各項數(shù)據(jù)都要根據(jù)國家要求進行，導線折角觀測都要以半數(shù)測回分別觀測導線前進方向的左角和右角。測量完成以后，取最終數(shù)值。Δ=（左角）中+（右角）中-360°，所有測站中Δmax＜±1[3]。

（二）洞身開挖

為了減少震動帶來的影響，避免給正在運行的線路帶來影響，土方和軟巖開挖均采取機械挖設方式，硬巖和巖石劈裂機配合破碎錘開挖，對于部分位置不能應用巖石劈裂機，施工前對周圍線路封死后再進行。洞身開挖采用進行臺階法+臨時仰拱施工，把隧道劃分為兩部分進行掘進施工，先挖掘上臺階，同時在施工上臺階做一個初期支護，在上臺階初期施工結束以后，同時噴射砼強度滿足設計要求，才能進行隧道下臺階施工。在下臺階施工完成一段距離以后，應該立即實現(xiàn)抑拱挖設和隧道初期支出，及時施做抑拱和矮邊墻混凝土。在二襯混凝土施工之前，應按照圍巖測量結果拆除臨時仰拱，之后進行二襯施工。臺階法+臨時橫撐法開挖橫斷面示意見圖2：

圖2 臺階法+臨時橫撐法開挖橫斷面

（三）開挖作業(yè)

對于局部不能采取非爆破施工方式時，則需要采用爆破施工方式。在爆破施工之前，選擇有資歷的施工企業(yè)編制爆破施工方案，并由上級部門審核通過之后，才能進行爆破施工。在爆破施工之前，需要和鐵路部門溝通，封鎖天窗點，并嚴格按照要求操作，做好防護巡視工作。在進行Ⅴ級抗震圍巖施工過程中，需要設置超前支護，這樣可以有效確保圍巖穩(wěn)定性，是確保掘進施工順利進行的重要工序。管棚施工是利用導向架，根據(jù)挖掘路線，以合適的角度，一般約為3°以下，向開挖面前打入鋼管，以此來進行開挖面前方土體的預支護。早超前注漿時，需要利用小導管進行，并在導管孔位位置利用標記筆進行比較，鉆孔方向垂直于開挖面，仰角需要按照施工要求進行。采取液壓鑿巖機組鉆孔，鉆頭采取梅花性鉆頭，鉆頭直徑需要大于導管直徑，防止在鉆孔過程中出現(xiàn)鉆孔擺動現(xiàn)象，確保孔位順直。超前小導管支護施工工藝流程包括先進行測量定位，做好鉆孔位置標記后，開展鉆孔作業(yè)，清理干凈并驗收合格后，將制作好的導管下入暗孔中，并通過噴混凝土進行空口封閉。之后進行注漿操作，確保注漿效果滿足質量要求后，將管尾和剛架焊接處理，完成這一流程的施工操作。

（四）開挖分步

在開展挖設施工工作過程中，需要采取分步施工方式，這樣可以有效保證工程質量。在具體施工時，施工人員需要對隧道實際情況有所了解，并采取兩部臺階法施工。一般來說，在采用臺階法進行施工過程中，需要結合工程所處地質情況設定臺階長度。通常地質狀況比較理想地控制臺階長度為80m左右，而地質環(huán)境比較差區(qū)域需要適當縮減臺階長度，選擇短臺階法進行施工[4]。根據(jù)施工設備外形尺寸和施工要求，采取中長臺階施工方式，臺階長度設定為35m。

（五）掘進機施工

1.測量定位工序

隧道開挖前，采用全站儀及水準儀，利用導向線對準備開挖的掌子面進行精準的測量，從下到上每個開挖面確定不少于7個控制點，并用噴漆畫出開挖輪廓，此過程大約需要0.5個小時。

2.指揮掘進機紅外線操作掘進

現(xiàn)場安排專門的指揮人員，根據(jù)所放輪廓線，指揮掘進機進行開挖作業(yè)，保證開挖安全和作業(yè)精度。每個循環(huán)掘進10小時，平均掘進3米。

3.出碴

掘進機施工的同時，廢碴棄碴自動傳送至后方的運輸車，保證了及時出碴和隧道內的施工空間。每個循環(huán)3小時完成出碴，與掘進同時進行，不耽誤后續(xù)施工。

4.修整輪廓

在一個循環(huán)掘進作業(yè)完成后，現(xiàn)場指揮人員、指揮操作員，對已經開挖的輪廓進行重新測量核定，不準確的地方進行修整，保證誤差在允許范圍之內。

5.鋼架測量

在掌子面核定無誤且修整完成之后，再次對掌子面進行測量放線，以精確定位鋼（格柵）拱架位置。

6.鋼（格柵）拱架、鋼筋網片安裝

根據(jù)放線位置，施做鋼拱架，并按照圖紙要求的鋼筋規(guī)格及間距施做鋼筋網片，同時進行焊接牢固。大約需要1.5個小時。

7.噴錨支護

上述步驟完成及驗收合格后，進行噴射混凝土作業(yè)。噴射混凝土在洞外拌合站拌制完成后運至洞內，采用濕噴機噴射。噴射前應對巖面進行處理、檢查開挖斷面凈空尺寸，危石、浮渣和巖粉是否清楚干凈。噴射作業(yè)采用分段、分片、分層依次進行，自下而上，分段長度不宜大于6m，往復噴射至設計厚度。大約需要四個小時。