懸臂式掘進(jìn)機(jī)在拉洛工程曲美隧洞開挖中的應(yīng)用

張瑋青，王 龍，鄭長洲，余 波，黃風(fēng)塵

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，301700，天津）

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在拉洛工程曲美隧洞開挖中的應(yīng)用

張瑋青，王 龍，鄭長洲，余 波，黃風(fēng)塵

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司，301700，天津）

根據(jù)前期地質(zhì)資料顯示，拉洛工程曲美隧洞圍巖類別主要為Ⅳ、Ⅴ類，圍巖較差，強(qiáng)度較低，據(jù)此引進(jìn)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞開挖施工。本文主要闡述懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)特征、施工布置、施工原理，結(jié)合隧洞開挖進(jìn)度，對懸臂式掘進(jìn)機(jī)在拉洛工程曲美隧洞開挖施工中的實(shí)際應(yīng)用及存在的問題進(jìn)行總結(jié)歸納，為工程進(jìn)一步開展提供科學(xué)參考。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)；開挖施工；應(yīng)用；問題；拉洛工程

一、背景概述

1.工程簡介

拉洛水利樞紐及配套灌區(qū)工程（簡稱“拉洛工程”）位于西藏自治區(qū)日喀則市西部、雅魯藏布江以南薩迦縣，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲干流上的控制性工程，位于海拔高程4 300 m的高寒缺氧地區(qū)，壩址區(qū)位于夏布曲干流距拉洛鄉(xiāng)下游6 km峽谷進(jìn)口河段。曲美隧洞位于第五分干渠I段樁號 4+960～7+273處，全長2 313 m，縱坡0.010%，引用流量2.22 m3/s，隧洞為城門洞型，斷面尺寸2.3 m（寬）×2.99 m（高）。隧洞總體走向21°。

2.地質(zhì)條件

洞身段上覆巖體厚度10～270 m，巖體總體向北-北西傾斜，傾角50°～80°。基巖為白堊系上統(tǒng)昂仁組（K2a）巖性為頁巖夾薄層砂巖，局部頁巖砂巖互層，頁巖較軟弱，遇水易軟化并脫開，易造成塌落，頁巖圍巖類別屬Ⅳ、Ⅴ類，砂巖圍巖類別屬Ⅲ類。根據(jù)前期地勘資料顯示，曲美隧洞圍巖類別中Ⅲ類圍巖占比13.16%，Ⅳ類圍巖占比65.56%，Ⅴ類圍巖占比21.28%。

進(jìn)口邊坡為巖質(zhì)逆向坡，基巖為頁巖夾砂巖，邊坡整體穩(wěn)定。出口邊坡為巖質(zhì)順向坡，基巖為頁巖夾薄層砂巖，巖層傾角大于斜坡坡角，邊坡整體穩(wěn)定。

3.水文氣象情況

（1）氣溫

據(jù)處于同一氣候區(qū)的江孜氣象站資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為4.8℃，月平均氣溫最高為12.7℃（7月），月平均氣溫最低為-4.8℃（1月），極端最高氣溫28.2℃，極端最低氣溫-23.9℃；

（2）風(fēng)速

一般冬春季節(jié)風(fēng)大，多西北風(fēng)，夏季風(fēng)小，多年平均風(fēng)速2.6 m/s，歷年最大風(fēng)速29.6 m/s。

（3）降雨及蒸發(fā)量

夏布曲流域的水面蒸發(fā)量為1 323 mm。降水多表現(xiàn)為夜雨，海拔5 000 m以上多為降雪。據(jù)統(tǒng)計，年楚河江孜、日喀則站多年平均降雨量分別為280mm、440 mm；根據(jù)水資源評價降雨量等值線圖，夏布曲多年平均降雨量為310～330 mm。

二、懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)特征

將懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)特征總結(jié)如表1。

表1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)特征

三、掘進(jìn)機(jī)施工臨建布置

①施工用電：施工電源工區(qū)線路接入點(diǎn)采用貝瓊農(nóng)網(wǎng) 10 kV線路，電源用架空線從10 kV電源接線點(diǎn)引至施工變壓器高壓側(cè)，然后用低壓電纜從變壓器低壓側(cè)引至施工用電負(fù)荷變壓器，施工用電負(fù)荷變壓器為500 kVA，施工用電經(jīng)專用變壓器變壓到額定電壓，并隨開挖進(jìn)度移動。

②施工用水：施工用水采用在隧洞口附近修建高位水池，水池所處的位置在隧洞西側(cè)沖溝內(nèi)，水池容量20 m3，可滿足掘進(jìn)機(jī)施工用水。

③施工供風(fēng)：在洞口布置兩臺TZ90軸流風(fēng)機(jī)對洞內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)排煙。

④出渣：由掘進(jìn)機(jī)自帶的星形鏟板、第一運(yùn)輸機(jī)將石渣運(yùn)至掘進(jìn)機(jī)尾部，自卸汽車在此裝渣，石渣可直接卸在車廂內(nèi)，然后由自卸汽車將石渣運(yùn)往洞外，棄至棄渣場。

⑤棄渣場：采用設(shè)計棄渣場。

四、掘進(jìn)機(jī)法隧洞開挖施工

1.洞口開挖

①洞口開挖前，應(yīng)做好開口線鎖口支護(hù)，洞口削坡開挖應(yīng)自上而下進(jìn)行，嚴(yán)禁上下同時作業(yè)。應(yīng)做好危石清理、坡面加固、馬道開挖及排水等工作。

②洞口邊坡開挖完成后，進(jìn)洞前根據(jù)洞臉地質(zhì)條件，按照圖紙或監(jiān)理工程師指示，先施工鎖口超前錨桿支護(hù)，進(jìn)洞后及時采用錨桿、型鋼鋼架、掛網(wǎng)噴混凝土等方式進(jìn)行支護(hù)。

2.洞身開挖

掘進(jìn)機(jī)法隧洞施工依然遵循新奧法原理，開挖前做好隧洞測量工作，每個洞口設(shè)復(fù)核過的三角導(dǎo)線控制網(wǎng)點(diǎn)。洞身開挖采用全斷面開挖，利用掘進(jìn)機(jī)截割頭上下、左右移動進(jìn)行截割，開挖過程中利用激光指向儀進(jìn)行斷面尺寸控制，并加強(qiáng)測量，確保開挖尺寸。

圖1 掘進(jìn)機(jī)截割方法示意圖

圖2 掘進(jìn)機(jī)截割部工作狀態(tài)示意圖

掘進(jìn)機(jī)截割巖石時，應(yīng)先進(jìn)行初步截割，然后進(jìn)行修整，以達(dá)到斷面尺寸要求。一般在截割較軟巖石時，采用截割頭左右移動循環(huán)向上的方法，當(dāng)截割較硬巖石時，可采用自下而上左右移動截割的方法，截割應(yīng)盡量自下而上進(jìn)行。如遇有高硬度巖石時，不能勉強(qiáng)截割，應(yīng)采取其他方法進(jìn)行開挖。局部有圍巖硬度較高，但比較破碎的砂巖，可用掘進(jìn)機(jī)將圍巖截割剝落，但無法采用第一出渣部進(jìn)行出渣，需采用其他方式進(jìn)行出渣。由于洞徑較小，只能采用農(nóng)用車進(jìn)行出渣，因此出渣效率較低。

五、主要資源配置

將懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要資源配置總結(jié)如表2。

表2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要資源配備情況

六、掘進(jìn)機(jī)法隧洞開挖施工進(jìn)度

目前，拉洛工程曲美隧洞使用掘進(jìn)機(jī)開挖進(jìn)尺為500 m，正常施工情況下掘進(jìn)機(jī)開挖施工平均循環(huán)時間見表3。

表3 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)平均循環(huán)時間

由于隧洞圍巖類別較低，因此臨時支護(hù)要及時跟進(jìn)，但洞徑較小，不利于機(jī)械施工，大部分支護(hù)措施由人工完成，因此臨時支護(hù)占據(jù)時間較長，對掘進(jìn)機(jī)的施工效率造成了一定影響。采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞開挖施工較傳統(tǒng)的爆破開挖施工工作效率有明顯提高，實(shí)際施工過程中，單日進(jìn)尺最大達(dá)到8 m。

七、掘進(jìn)機(jī)法隧洞開挖施工的特點(diǎn)

①采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞開挖施工較傳統(tǒng)的爆破開挖施工工作效率有明顯提高。

②由于掘進(jìn)機(jī)開挖較爆破施工對圍巖的擾動大幅度減小，因此施工過程中圍巖較穩(wěn)定，洞挖施工安全系數(shù)得以提高。

③掘進(jìn)機(jī)采用截割的方式進(jìn)行開挖，截割部位較為平整，能夠較好的控制超欠挖。

八、存在的問題

①對圍巖適應(yīng)性較差，對于強(qiáng)度較高的砂巖，截割效率大幅度降低，需結(jié)合爆破施工進(jìn)行開挖。

②初期使用時，在出渣過程中，第一運(yùn)輸部溜槽部位經(jīng)常性卡死，導(dǎo)致無法出渣，需暫停掘進(jìn)進(jìn)行處理，施工效率降低。對第一運(yùn)輸部進(jìn)行調(diào)整后，卡死現(xiàn)象有所降低，但仍時有發(fā)生，該部位仍需改進(jìn)。

③水系統(tǒng)降塵效果較差，需采用其他措施輔助降塵。

九、結(jié) 語

作為新興的隧洞施工設(shè)備，懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工快速、簡便，對于完整的軟弱巖層有著較好的適用性，開挖質(zhì)量也可以得到保證，對后續(xù)的混凝土襯砌施工帶來很大方便。但是由于對硬度較高的巖層實(shí)用性較差，因此需加強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)對巖層的適應(yīng)性，以保證其施工效率。

責(zé)任編輯 安天杭

Application of cantilever tunneling machine in excavation of Qumei Tunnel

Zhang Weiqing，Wang Long，Zheng Changzhou，Yu Bo，Huang Fengchen

According to the geological data,the surrounding rocks of Qumei Tunnel belong to categoryⅣandⅤof low strength,therefore cantilever tunneling machines are employed for excavation of the tunnel.Technical features,construction layout and principle of cantilever tunneling machine are presented.The application of machine in Qumei Tunnel excavation and associated problems are summarized for making further improvement in the later construction of Laluo Project.

cantilever tunneling machine;excavation construction;application;problem;Laluo Project

TV+TB495

：B

1000-1123（2016）20-0071-03

2016-10-18

張瑋青，工程師。