隧道掘進機施工方案相關探討

袁學偉

摘要：隧道掘進機技術(shù)是一種集掘進、出渣運輸和支護襯砌于一體，一次成洞的隧道掘進方法，它引領了隧洞開挖的全新時代，具有連續(xù)作業(yè)、施工速度快、環(huán)境污染小、安全優(yōu)質(zhì)等特點。文章結(jié)合具體的工程項目，對隧道掘進機施工方案進行了分析，探討，以供參考。

關鍵詞：隧道；掘進機；施工

1工程概況

大寨站～大關站區(qū)間隧道設計起止里程為DK10+000～DK11+196.37，全長1196.37m，均為暗挖隧道。區(qū)間隧道基本全部位于風化的基巖層中，基底巖體主要為強至中風化薄至中厚層狀泥質(zhì)白云巖及石灰?guī)r。根據(jù)地質(zhì)勘查報告，將巖體分為Ⅳ、Ⅴ兩個單位，對應巖體質(zhì)量分類屬Ⅳ、Ⅴ類，巖體完整性差或較差。Ⅳ級巖體完整性較好，地下水主要為巖溶裂隙水，全隧Ⅳ級巖體占總長度的41%，現(xiàn)場實測巖體抗壓強度為66-80Mpa之間。

2隧道掘進機施工準備

2.1施工水電準備

（1）施工用電。掘進機額定電壓為1140V電壓，需將10KV電壓通過專用變壓器變壓到1140V，提供掘進機使用。專用變壓器至掘進機端低壓線纜不宜大于500m。

（2）施工用水。掘進機處于工作狀態(tài)時為降溫和降塵，需使用高壓水進行冷卻和除塵，供水壓不小于3Mpa，用水量不小于80L/min。因此，需在豎井井口設置蓄水池，壓力不夠時可使用增壓泵加壓，保證掘進機正常工作需要。

2.2出碴設備

隧道掘進機在掘進過程中，截割部截割巖石后，由星形鏟板通過第一運輸機把石碴運至掘進機尾部，采用裝載機、挖掘機等設備輔助進行出碴。隧道出碴與掌子面開挖同期進行，節(jié)省了時間。

2.3其它臨時設施保證

豎井洞口設生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)，生產(chǎn)區(qū)包括變壓器、空壓機、隧道通風設施、吊裝設備、臨時存渣池、砂石料倉、攪拌機，鋼筋加工場地、鋼拱架加工場地、防水材料場地及其他材料堆放場地。各項生產(chǎn)生活設施布置條例有序，周邊設置防護圍擋，保證達到貴陽市和建設單位文明施工的要求。

2.4超前地質(zhì)探測

結(jié)合地質(zhì)勘查報告，并采用地質(zhì)雷達與超前探孔相結(jié)合的方式對掌子面前方地質(zhì)進行判斷。采用瑞典MALA/ProEx型地質(zhì)雷達對掌子面前方20m范圍巖體進行探測，再補充結(jié)合超前鉆探進行二次探測，確保洞內(nèi)人員、機械設備的安全。

3隧道掘進機施工方案

3.1開挖原則

根據(jù)掘進機使用說明書，EBZ260懸臂式掘進機一次定位切割斷面最大為31.4 m2，地鐵馬蹄形隧道斷面鋼支撐C、D單元接頭處往上開挖斷面面積為31.87 m3和32.81m3，基本能滿足隧道開挖斷面面積。渣土運輸采用無軌運輸，挖掘機、裝載機配合，開挖結(jié)束后及時施做初期支護封閉開挖面，做好隧道監(jiān)控量測，以監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整支護參數(shù)和防水、襯砌施做時間。隧道掘進開挖遵循“短進尺、強支護、早封閉、勤量測、襯砌緊跟”的原則。

3.2掘進機的安裝與調(diào)試

（1）根據(jù)地鐵馬蹄形隧道凈空的特點，考慮將掘進機各系統(tǒng)之間拆解開，吊裝至隧道橫通道進行組裝。拆卸工作由專人負責，按照使用說明書要求，拆卸成部件，各部螺絲、墊圈、銷子等妥善保管，以防損壞或丟失；

（2）組裝采用機械牽引起吊，按照使用說明進行組裝。

（3）正式運行前需按照使用說明的要求進行必要的電、油、水等的檢查，確保達到開機試車的條件，試運轉(zhuǎn)須設專人指揮，非專業(yè)掘進機操作者，不得操作機器。

（4）機械試運轉(zhuǎn)時，有關人員應密切注意各部位的聲音、溫度是否正常。試車時發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整，確保設備、構(gòu)件安裝正常，保證機器正常工作。

3.3 EBZ260掘進機施工方法

3.3.1操作

掘進機操作司機必須由專門培訓過的人員擔任，其他人員不準隨意操作。根據(jù)規(guī)范的操作動作按順序啟動掘進機的各項部件。操作順序：油泵電機→開動第二運輸機（若有，沒有則略過此項）→開動第一運輸機→ 開動星輪→ 開動截割頭。

3.3.2掘進切割

懸臂式掘進機就位后，利用切割頭上下、左右移動切割，切割出初步斷面形狀，若切割斷面與實際所需的形狀和尺寸有一定的差別，可進行二次整修，以滿足斷面尺寸要求。掘進機上下、左右切削范圍見附圖所示。

首先從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環(huán)切削。在切削同時鏟板部心輪將切削下來的碴裝入第一運輸機，第一運輸機轉(zhuǎn)運機體后方，采用挖掘機裝載機將物料直接裝入出碴車或直接運至豎井處。切削鉆頭從底部開挖到頂部完成后，進行二次修整以達到準確的設計斷面。

當切割稍硬巖石時，可采用由下而上、左右切割的方法；不管采用何種方法，懸臂式掘進機的巖體切削方式是始終是從下而上，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分；當遇有硬巖時，不應勉強切割，對有部分露頭硬石時，應首先切割其周圍部分，使其墜落。對大塊墜落體，在采取適當?shù)姆椒ㄌ幚砗笤傺b載；當掘柱窩時，應當將鏟板降低至最低位置向下掘，且需人工對柱窩進行清理。

圖1 懸臂式掘進機施工示意圖

3.3.3噴霧

在掘進作業(yè)時控制粉塵是非常重要的，確保洞內(nèi)通風設施正常工作，同時打開掘進機內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)，開始噴霧灰塵，以減少煙塵污染，文明施工。

3.4掘進施工后支護方案

掘進機在掌子面掘進完成后，支護工班按照設計支護方式進行初期支護鋼筋網(wǎng)片、錨桿、鋼支撐、連接鋼筋、超前注漿小導管、噴射混凝土作業(yè)等的施做，支護施工完成后繼續(xù)進行掘進機開挖、運渣作業(yè)，如此循環(huán)施工。

初支封閉成環(huán)一定距離后，襯砌工班按照設計襯砌類型進行仰拱填充和二次襯砌施工，確保隧道各工序均衡施工，保證洞內(nèi)施工作業(yè)安全。

3.5洞內(nèi)其他輔助設施布置

3.5.1施工用水電

因掘進機作業(yè)使用1140V高壓，一臺掘進機需架設一臺專屬變壓器（其輸出電壓為1140V）。在隧道內(nèi)鋪設一條掘進機專用電纜，掛設在隧道初支邊墻部位。

掘進機作業(yè)時內(nèi)、外噴霧系統(tǒng)每分鐘需消耗不小于80L水，水壓為2.5-3MPa。豎井井深約30m，自來水壓力為0.7公斤，正常水壓約為0.37MPa，無法滿足掘進機噴霧要求，需加設增加泵加壓后再通過高壓水管接入掘進機水系統(tǒng)中。

3.5.2通風設施

采用管道壓入式通風，根據(jù)豎井施工特點，洞口設一臺大功率軸流式通風機，在橫通道與主洞交叉口處分別設立通風岔口分別向四個掌子面分流，若掌子面距離較長時可在中間增設局扇進行加強。按照相關規(guī)范規(guī)定，風管均采用大口徑防火風帶。施工過程中加強通風管理，確保施工通風達到預期效果。

3.5.3照明設施

隧道洞內(nèi)施工用電線路按有關規(guī)范要求，采用“三相五線制”，照明必須設照明專用線，照明用電線路距地面高度不低于2.5m，線路間的距離為10cm，隧道照明保證燈光充足、均勻，不得耀眼。運輸?shù)缆肺闯啥吹囟蚊扛?m，成洞地段每隔8m，裝設60瓦節(jié)能電燈一個；漏水地段用防水燈頭和燈罩；設專人檢修用電線路，防止漏電。施工照明線路架設采用L50*4角鋼豎向設置在洞壁上。

3.5.4抽排水設施

開挖施工期間，加強基坑內(nèi)排水，在豎井內(nèi)設排水溝和集水井。本區(qū)間暗挖隧道豎井段為單坡，逆坡開挖時，掌子面處設置一小型抽水泵，將掌子面中心處的積水抽至后方的泵站（根據(jù)開挖進尺，每100米設置一個泵站，然后泵站排水系統(tǒng)排至豎井口。

結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過對施工方案的合理優(yōu)化，隧道掘進機施工順利完成，保證了項目的整體質(zhì)量。從長遠來看，隧道掘進機適用地層范圍越來越廣，對于促進隧道工程的開展有重要意義。

參考文獻：

[1]張鏡劍，傅冰駿.隧道掘進機在我國應用的進展[J].巖石力學與工程學報，2007，26（2）：226.