軟巖隧洞EBZ掘進(jìn)機(jī)超欠挖控制施工技術(shù)

卜武華王 剛

（1.山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西太原 030002；2.四川鐘鳴建設(shè)工程有限公司 四川成都 610371）

軟巖隧洞EBZ掘進(jìn)機(jī)超欠挖控制施工技術(shù)

卜武華1王 剛2

（1.山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山西太原 030002；2.四川鐘鳴建設(shè)工程有限公司 四川成都 610371）

文中針對(duì)EBZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)在軟巖隧洞開挖施工，對(duì)超欠挖控制采取的主要施工技術(shù)措施進(jìn)行了羅列，并對(duì)超欠挖控制效果進(jìn)行了分析，為今后類似工程地質(zhì)條件下，懸臂式掘進(jìn)機(jī)隧洞超欠挖控制提供一些技術(shù)參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

軟巖；掘進(jìn)機(jī)；超欠挖；施工技術(shù)

在公路、鐵路、市政及水利等隧洞工程項(xiàng)目中，越來越多的施工單位采用原多使用于煤礦巷道開挖的EBZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行快速施工。相對(duì)于常規(guī)鉆爆法，EBZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)安全高效，掘進(jìn)速度約為常規(guī)鉆爆法的2～4倍，正常日進(jìn)尺可達(dá)7～9 m，施工中震動(dòng)小、噪聲低，安全性相對(duì)較高，能有效減少對(duì)周邊居民生活、工作的影響，而且無需爆破器材，可避免繁瑣的火工品審批手續(xù)，大大提高時(shí)間的利用率；同時(shí)掘進(jìn)機(jī)施工對(duì)圍巖整體擾動(dòng)小，開挖斷面成型規(guī)則，洞壁光滑美觀，開挖成型面質(zhì)量好，特別在隧洞超欠挖質(zhì)量控制上，存在相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)結(jié)合甘肅省引洮供水二期主體工程某隧洞施工實(shí)例，討論軟巖隧洞掘進(jìn)機(jī)施工中對(duì)超欠挖控制采取的主要技術(shù)措施。

1 工程概況

甘肅省引洮供水二期主體工程某隧洞施工區(qū)域?qū)儆邳S土低中山梁峁丘陵區(qū)，地貌上總體呈現(xiàn)黃土梁峁丘陵地貌特征，黃土廣泛覆蓋于受侵蝕切割的新生代古近系地層之上，古近系地層厚度一般大于300 m，工程區(qū)出露的地層巖性有古近系砂巖夾砂礫巖、新近系粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖，巖性主要為磚紅色、土紅色、暗紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，交錯(cuò)層理發(fā)育，巖相變化劇烈，巖體呈中—厚層狀，巖性軟弱，易變形，為軟巖，圍巖中局部有滴滲水現(xiàn)象，圍巖類別為Ⅴ類。

2 超欠挖控制

甘肅省引洮供水二期主體工程某隧洞的圍巖情況在常規(guī)鉆爆法施工中，由于泥巖具有泥質(zhì)膠結(jié)、層狀結(jié)構(gòu)、遇水崩解失水干縮等工程地質(zhì)特性，施工中極難控制超欠挖，特別是由于卡鉆使鉆孔精度基本無法保證，也導(dǎo)致爆破設(shè)計(jì)參數(shù)難以精確，泥質(zhì)膠結(jié)的特性也對(duì)爆破效果產(chǎn)生了較大影響，而采用EBZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)開挖后，隧洞超欠挖控制質(zhì)量明顯提高。

隧洞超欠挖控制主要采取了以下技術(shù)措施。

2.1 測(cè)量技術(shù)

按照設(shè)計(jì)單位給定的坐標(biāo)和高程控制點(diǎn)復(fù)核并建立導(dǎo)線測(cè)量控制網(wǎng)，對(duì)施測(cè)人員進(jìn)行詳細(xì)的施工圖紙交底和專項(xiàng)施工方案交底，分工明確。施工過程中，為了保證隧洞開挖、初期支護(hù)后的斷面滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，采用紅外線指向儀控制開挖斷面。根據(jù)該隧洞開挖凈空斷面尺寸，分別在拱頂、拱腰和起拱線等共計(jì)5個(gè)部位設(shè)置紅外線指向儀，并在拱腰處加密紅外線控制點(diǎn)（間距約30～50 cm），每臺(tái)紅外線裝置經(jīng)測(cè)量人員測(cè)量定位安裝（距洞壁約20 cm）。每掘進(jìn)20 m左右，測(cè)量人員對(duì)紅外線指向儀進(jìn)行校正，并對(duì)紅外線指向儀設(shè)置明顯的標(biāo)志及安全保護(hù)措施，保證測(cè)量精度滿足規(guī)范要求。

測(cè)量人員通過卡西歐編程計(jì)算器、帶紅外線的全站儀結(jié)合紅外線指向儀進(jìn)行配套操作，提高了施測(cè)效率同時(shí)也保證了放樣精度。測(cè)量人員與掘進(jìn)機(jī)操作人員保持及時(shí)溝通，強(qiáng)化專業(yè)培訓(xùn)，提升專業(yè)技能，使隧洞超欠挖控制達(dá)到最佳效果（見圖1）。

圖1 隧洞開挖效果圖

2.2 掘進(jìn)技術(shù)

隧洞掘進(jìn)時(shí)，根據(jù)紅外線指示點(diǎn)進(jìn)行開挖輪廓線控制和修整，采用“S”字型由下往上的開挖方法，首先掘進(jìn)機(jī)切割頭在掌子面底部水平切削出一條槽，然后掘進(jìn)機(jī)向前移動(dòng)再一次就位后，切割頭自下而上，左右循環(huán)進(jìn)行切削，具體形式如下圖所示（見圖2和圖3）。兩名操作人員實(shí)施聯(lián)合作業(yè)，一人擔(dān)任主機(jī)手，進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)操作，另一人擔(dān)任副機(jī)手，對(duì)掘進(jìn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和指揮。實(shí)際操作中，特別是在輪廓線修整上，借鑒了其他機(jī)械微操作的一些技術(shù)，依靠紅外線指示點(diǎn)及副機(jī)手現(xiàn)場(chǎng)指揮，主機(jī)手按照操作規(guī)程對(duì)掌子面作“S”字型切割掘進(jìn)，先形成大輪廓，掘進(jìn)機(jī)再后退至開挖起點(diǎn)，對(duì)形成的輪廓作環(huán)狀擴(kuò)大。為避免較大超挖，預(yù)留10 cm左右的保護(hù)層，在切割出初步斷面形狀后，切割斷面與設(shè)計(jì)斷面形狀和尺寸有一定的差別，然后通過操作切割頭來回伸縮修整輪廓線邊界，并定點(diǎn)調(diào)整，進(jìn)行二次修整，以達(dá)到設(shè)計(jì)斷面形狀和尺寸要求，確保超欠挖施工精度控制在規(guī)范允許偏差范圍之內(nèi)。

隧洞掘進(jìn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)操作人員技術(shù)要求比較高，特別需要強(qiáng)調(diào)規(guī)范施工和操作技術(shù)要領(lǐng)，在主機(jī)手右側(cè)起拱線范圍，由于人眼視覺誤差關(guān)系，在微操作過程中更需要副機(jī)手及時(shí)跟進(jìn)指揮，逐步養(yǎng)成機(jī)手良好的操作習(xí)慣并形成程序化的操作感覺，達(dá)到熟能生巧的程度。

圖2 隧洞開挖示意圖

圖3 隧洞開挖過程圖

2.3 技術(shù)管控

為加強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)隧洞超欠挖控制，施工單位建立了一套較為系統(tǒng)、完善的技術(shù)管控措施，以項(xiàng)目總工作為技術(shù)總負(fù)責(zé)，各部門及相關(guān)施工技術(shù)人員共同參與，分工協(xié)作，目標(biāo)明確，管控有力。

主要技術(shù)管控措施：（1）制定隧洞掘進(jìn)作業(yè)技術(shù)指導(dǎo)書，定期組織施工技術(shù)交底會(huì)，讓每位施工技術(shù)人員及操作人員熟知施工規(guī)范和設(shè)計(jì)圖紙各項(xiàng)控制技術(shù)指標(biāo)、掌握安全規(guī)范操作規(guī)程。（2）主要施工技術(shù)人員深入現(xiàn)場(chǎng)，跟班作業(yè)，強(qiáng)化掘進(jìn)過程超欠挖情況檢查和不良地質(zhì)條件下的施工技術(shù)指導(dǎo)。（3）定期組織施工技術(shù)總結(jié)會(huì)，對(duì)隧洞掘進(jìn)情況特別是超欠挖控制情況進(jìn)行科學(xué)分析總結(jié)，針對(duì)性找出主要影響因素和次要影響因素，在后續(xù)掘進(jìn)施工超欠挖控制過程中加以改進(jìn)和消除，提升技術(shù)管控水平和效果。

3 效果分析

3.1 隧洞開挖斷面抽檢分析

甘肅省引洮供水二期主體工程的該隧洞，以1 km長(zhǎng)度洞段開挖斷面抽檢為例，檢驗(yàn)部位分為拱部和側(cè)墻，每10 m洞長(zhǎng)劃為一組，每1 m洞長(zhǎng)取5～8個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，檢驗(yàn)點(diǎn)合格率70%～90%之間為合格、90%以上為優(yōu)良、低于70%為不合格，檢驗(yàn)情況見表1。

表1 開挖情況檢驗(yàn)結(jié)果

通過以上抽檢分析，拱部合格組數(shù)26%，優(yōu)良組數(shù)72%；側(cè)墻合格組數(shù)12%，優(yōu)良組數(shù)87%；拱部和側(cè)墻部位出現(xiàn)不合格組數(shù)的原因主要為圍巖滲水、掉塊較為嚴(yán)重，導(dǎo)致局部出現(xiàn)較大超挖；拱部較側(cè)墻部位優(yōu)良組數(shù)少，后續(xù)掘進(jìn)需加強(qiáng)拱部超欠挖控制。

3.2 噴混凝土量對(duì)比分析

根據(jù)周進(jìn)度報(bào)表，以噴混凝土量為參考依據(jù)對(duì)超欠挖控制成果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（見表2），主要是結(jié)合噴混凝土回彈率，以拌合站實(shí)際發(fā)生數(shù)據(jù)為直接依據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況做出正確分析，形成技術(shù)反饋，以技術(shù)指導(dǎo)施工，以工藝效果體現(xiàn)技術(shù)。

表2 噴混凝土量情況

通過對(duì)比分析，噴混凝土質(zhì)量在滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的前提下，噴混凝土實(shí)際用量越接近理論用量，即回彈率越低，反映超欠挖控制效果越好和越經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié)束語

隧洞工程項(xiàng)目開挖施工，懸臂式掘進(jìn)機(jī)因具有許多優(yōu)越性促使應(yīng)用越來越廣泛。如何加強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)隧洞超欠挖控制，真正體現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)施工水平和使用價(jià)值，是擺在每位施工技術(shù)人員面前的重要研究課題。本文以甘肅省引洮供水二期主體工程某隧洞為例，總結(jié)羅列了懸臂式掘進(jìn)機(jī)超欠挖控制采取的主要施工技術(shù)措施，并對(duì)超欠挖控制效果進(jìn)行了對(duì)比分析，為今后類似工程地質(zhì)條件下，懸臂式掘進(jìn)機(jī)隧洞超欠挖控制提供一些技術(shù)參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

Construction Technology of Extra-Insufficient Excavation Control of the EBZ Cantilever Excavator in Weak Rock Tunnel

BU Wu-hua1WANG Gang2

Aiming at excavation construction of the EBZ cantilever excavator in weak rock tunnel，main technical measures for the construction of extra-insufficient excavation control were listed.The control effect was analyzed.The results could provide technical reference and experience for tunnel extra-insufficient excavation control using cantilever excavator under similar engineering geological conditions.

weak rock；cantilever excavator；extra-insufficient excavation；construction technology

TV554

B

1006-8139（2017）02-007-02

2017-01-13

2017-02-20

卜武華（1971-），男，1993年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)，高級(jí)工程師。

王 剛（1970-），男，1996年畢業(yè)于西南工業(yè)大學(xué)，工程師。