懸臂式掘進(jìn)機(jī)在貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道中的施工應(yīng)用技術(shù)初探

楊秀才

（貴陽(yáng)市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽(yáng) 550003）

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道中的施工應(yīng)用技術(shù)初探

楊秀才

（貴陽(yáng)市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽(yáng) 550003）

貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道位于貴陽(yáng)市主城區(qū)范圍內(nèi)，其下穿火車站、玉廠路、朝陽(yáng)洞路，周邊管網(wǎng)密集，上空有架空電線，地下管網(wǎng)多，施工環(huán)境較為復(fù)雜?；谠擁?xiàng)工程背景，重點(diǎn)就懸臂式掘進(jìn)機(jī)在貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道中的施工應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了分析。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)；地鐵暗挖隧道；施工應(yīng)用

1　工程概況

貴陽(yáng)市軌道交通1號(hào)線火車站站～沙沖路站區(qū)間位于南明區(qū)，線路出火車站站后先下穿火車站售票廳（3層）、行包房（2層）、客運(yùn)站臺(tái)、鐵路股道及行包地道、于YDK26+324.116左偏下穿玉廠路后，下穿茶花、博泰等小區(qū)數(shù)幢7～9層居民樓、茶花廣場(chǎng)地下一層停車場(chǎng)、沁苑商務(wù)公寓（7層）之后，再下穿朝陽(yáng)洞路南明區(qū)人民法院（5層），進(jìn)入朝陽(yáng)洞路下后至沙沖路站。本區(qū)間右隧起訖里程YDK26+143.2～YDK27+073.8（YDK26+294.811 =YDK26+300，短鏈5.189 m），左隧起訖里程為ZDK26+143.2～ZDK27+073.8（ZDK26+272.779 =ZDK26+300，短鏈27.221 m）。本區(qū)間為雙洞單線隧道，右隧全長(zhǎng)925.411 m，左隧全長(zhǎng)903.379 m。

2　懸臂式掘進(jìn)機(jī)在貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

本區(qū)間豎井、橫通道自2014年3月開始開挖，至2014年10月底才完成全部開挖及初支。因設(shè)計(jì)為冷挖施工，前期豎井、橫通道全部使用70型挖掘機(jī)+劈裂機(jī)進(jìn)行破碎開挖，進(jìn)展緩慢，再加上豎井口緊鄰居民樓，周邊居民時(shí)常因施工噪音阻工。雖我部及業(yè)主方與所屬居委會(huì)幾經(jīng)溝通、協(xié)調(diào)，仍造成該工點(diǎn)因居民多次阻工停工長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月之久，且施工時(shí)間僅限07∶00-22∶00之間，其余時(shí)間段無法進(jìn)行任何施工生產(chǎn)活動(dòng)。

在上述因素制約下，本區(qū)間隧道施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后，根本無法滿足業(yè)主方對(duì)總體工期進(jìn)度目標(biāo)。經(jīng)我部領(lǐng)導(dǎo)慎重研究、并到大連地鐵項(xiàng)目進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)后決定選用EBZ260懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工，不僅能夠加快施工進(jìn)度，滿足業(yè)主既定工期目標(biāo)，還能保證隧道掘進(jìn)施工中地表機(jī)構(gòu)建（構(gòu)）筑物的安全穩(wěn)定。

3　懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工工藝、方法

3.1施工準(zhǔn)備

（1）配套設(shè)施準(zhǔn)備

因掘進(jìn)機(jī)使用1140V高壓，一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)需架設(shè)一臺(tái)特變（其輸出電壓為1 140 V），準(zhǔn)備高壓電630 kVA相變及準(zhǔn)備相應(yīng)長(zhǎng)度電纜（從箱變至掘進(jìn)機(jī)工作處）、風(fēng)、水管、配套挖掘機(jī)及運(yùn)輸車出渣，該準(zhǔn)備工作為懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工的前提。

（2）超前物探配合

采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土等地質(zhì)災(zāi)害。采用地球物理探測(cè)技術(shù)有彈性波法、電磁波法（探地雷達(dá)探測(cè)技術(shù)）、聲波探測(cè)法和紅外探水法、超前水平鉆探等超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)等措施將前方巖層地質(zhì)情況探明，以保證設(shè)備及人員的安全作業(yè)。根據(jù)本區(qū)間隧道實(shí)際開采出的巖石試驗(yàn)結(jié)果，飽和抗壓強(qiáng)度Rc最高達(dá)為85 MPa，根據(jù)地層情況采用型號(hào)EBZ260的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，可一次完成隧道斷面開挖（不含仰拱部分），掘進(jìn)方量約為32 m3／延米。

3.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割方式

懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位后，開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)直接裝入出碴車運(yùn)出洞外。從底部開挖到頂部完成后，進(jìn)行二次修整以達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)斷面。當(dāng)局部遇有硬巖時(shí)（≥100 MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理，以降低掘進(jìn)難度及截齒消耗量。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級(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。

針對(duì)不同硬度的巖石可定制不同的截齒，科學(xué)合理的截齒螺旋線排布，確保機(jī)器有更好的掘削能力，并具有自潔功能，可根據(jù)實(shí)際工況條件為用戶選擇最佳截割頭，提高施工效率。當(dāng)局部遇有硬巖時(shí)，可以選用小直徑切割頭，切割力大，破巖能力強(qiáng)，以降低掘進(jìn)難度及截齒消耗量。

3.3懸臂式掘進(jìn)機(jī)出料運(yùn)輸方式

通過切割頭旋轉(zhuǎn)切削，由耙爪、第一運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)落碴的裝運(yùn)與轉(zhuǎn)載，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)直接裝入出碴車運(yùn)到料斗中，龍門吊吊運(yùn)渣土至場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)存渣區(qū)，出碴完畢。在本工程小斷面隧道施工中，為改善洞內(nèi)施工環(huán)境，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)我部研究決定拆除第二運(yùn)輸機(jī)，采用挖掘機(jī)出渣替代第二運(yùn)輸機(jī)功用。

3.4懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工方法

掘進(jìn)施工時(shí)掘進(jìn)機(jī)先駛?cè)胨淼酪活^，利用切割部在隧道掌子面進(jìn)行切削掘進(jìn)，切削下來的渣土直接由“第一運(yùn)輸機(jī)”輸送至掘進(jìn)機(jī)后方，再用挖掘機(jī)裝入運(yùn)渣車運(yùn)至豎井后垂直提升至場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)存渣區(qū)，掘進(jìn)完成后利用掘進(jìn)機(jī)切割頭將初支臺(tái)車運(yùn)至掌子面進(jìn)行初期支護(hù)（鋼拱架架設(shè)、噴射砼）施做，掘進(jìn)機(jī)則后退至不影響后續(xù)工序施工位置等待下一掘進(jìn)工序。每次掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺為兩榀鋼架（1.0～1.6 m），特殊段落（下穿火車站、小區(qū)及高層建筑）采用一榀一支護(hù)，因仰拱部分掘進(jìn)機(jī)無法進(jìn)行施工，故采用挖掘機(jī)開挖，整個(gè)隧道掘進(jìn)過程實(shí)現(xiàn)全機(jī)械開挖，仰拱滯后掌子面距離為14 m，不僅對(duì)圍巖擾動(dòng)小，也避免對(duì)周圍建筑的影響。

3.5掘進(jìn)施工后支護(hù)方案

掘進(jìn)機(jī)在掌子面掘進(jìn)完成后，支護(hù)工班按照設(shè)計(jì)支護(hù)方式進(jìn)行初期支護(hù)的施做，如此循環(huán)施工。待初支封閉成環(huán)一定長(zhǎng)度后，襯砌工班按照設(shè)計(jì)襯砌類型進(jìn)行仰拱填充并施做二襯（擬初支完成300 m后進(jìn)行二襯施做）。為保證二襯順利施做，需將設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)通道由原2.3 m加寬至6 m，在前方位置新增一同樣尺寸聯(lián)絡(luò)通道以便將二襯施工影響降至最低。

4　懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工優(yōu)點(diǎn)及缺陷

4.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工優(yōu)點(diǎn)

（1）安全性方面。采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工，可以提高隧道機(jī)械化施工程度及其配套施工技術(shù)并降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。掘進(jìn)機(jī)采用切削方式進(jìn)行掘進(jìn)，震動(dòng)小，對(duì)圍巖的擾動(dòng)極小。掘進(jìn)機(jī)開挖功效高，支護(hù)能夠及早跟進(jìn)，極大的縮短了開挖面的臨空時(shí)間。

（2）保證質(zhì)量方面。掘進(jìn)機(jī)施工對(duì)圍巖的擾動(dòng)小，提高了下穿高層建筑及火車站的安全指數(shù)，提高了隧道的開挖質(zhì)量，洞室開挖斷面圓順度高，便于噴混凝土支護(hù)，同時(shí)也提高了初期支護(hù)的質(zhì)量。

（3）施工進(jìn)度方面。懸臂式掘進(jìn)機(jī)是一種部分?jǐn)嗝婢蜻M(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。具有連續(xù)掘進(jìn)、地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是理想的冷挖掘進(jìn)設(shè)備。懸臂式掘進(jìn)機(jī)具有多功能性及機(jī)動(dòng)性，當(dāng)遇到意外情況，便于及時(shí)調(diào)整施工方案，而不影響施工進(jìn)度。懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工進(jìn)度由支護(hù)工序時(shí)間控制，由于開挖斷面規(guī)范，鋼架、網(wǎng)片拼裝快捷，噴射砼可節(jié)省大量時(shí)間。

（4）作業(yè)環(huán)境方面。掘進(jìn)機(jī)切割部帶有自動(dòng)噴水及吸塵設(shè)備，可減小因切割巖面產(chǎn)生的大量粉塵，盡可能的凈化掘進(jìn)操作現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。

4.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工缺陷

（1）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 m的開挖面，以避免下次開挖損壞已施做的初支，導(dǎo)致掌子面位置臨空面過大，現(xiàn)已與廠家聯(lián)系，由其設(shè)計(jì)尺寸小的掘進(jìn)機(jī)切割頭以減少臨空面尺寸，在特殊段落采用挖掘機(jī)修邊的方式來配合掘進(jìn)機(jī)施工以減少臨空面。

（2）由于本區(qū)間隧道為小斷面隧道，掘進(jìn)機(jī)機(jī)身尺寸相對(duì)較大（長(zhǎng)×寬×高：11.7×3.6×2 m），無法正常通過二襯臺(tái)車，一旦開始施做二襯，掘進(jìn)機(jī)將只能單線單方向掘進(jìn)，采取解決措施為新增聯(lián)絡(luò)通道。

（3）由于掘進(jìn)機(jī)切割部受自身長(zhǎng)度制約，無法滿足分臺(tái)階掘進(jìn)施工，現(xiàn)廠家已在設(shè)計(jì)新型切割部以適應(yīng)臺(tái)階法開挖的工法要求，在掌子面穩(wěn)定的情況下全斷面施工法可以采用。

5　結(jié)束語(yǔ)

從使用情況來看，懸臂式掘進(jìn)機(jī)在貴陽(yáng)地鐵暗挖隧道中的應(yīng)用十分成功，比原來采用鉆爆法施工進(jìn)尺提高了2倍，不僅提高了全巖巷道的掘進(jìn)速度，而且有效保證了隧道掘進(jìn)的安全性。為我國(guó)隧道掘進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)。

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U458

C

1008-3383（2016）10-0137-02

2016-01-21

楊秀才（1971-），男，貴州遵義人，高級(jí)工程師，研究方向：地鐵隧道及橋梁施工管理，港口和航道施工管理。