淺談掘進(jìn)機(jī)在水利工程應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)分析

張智勇 佘成國(guó)

1.中國(guó)水利水電第十工程局有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院 四川 都江堰 611830；

2.中國(guó)水利水電第十工程局有限公司三分局 四川 都江堰 611800

1 工程概況

雅安市銅頭引水工程為一引水灌溉、供水工程。銅頭引水工程Ⅲ標(biāo)段新圓木溝隧洞，全長(zhǎng)466.16m，隧洞斷面形式為城門洞型，砼襯砌后引水隧洞成型斷面為1.8×2.7m。進(jìn)口與關(guān)材溝倒虹管隧洞段相連，洞身段隧洞垂直埋深8～45m，洞身圍巖E1～2mn粉砂質(zhì)泥巖夾灰綠色頁巖，巖層產(chǎn)狀為N13°E/SE∠20～25°，發(fā)育兩組陡傾角構(gòu)造裂隙，洞身圍巖新鮮，圍巖為Ⅳ類，穩(wěn)定性較差，出口段長(zhǎng)73m，本隧洞尾部地形切割較強(qiáng)，起伏較大，出口處地形坡度40～55°，中間段山丘地表為坡殘積之黏土，厚0～2m，隧洞圍巖為E1～2m粉砂質(zhì)泥巖，屬Ⅴ類圍巖，洞臉邊坡及圍巖穩(wěn)定性差[1]。

2 工程特點(diǎn)

2.1 工程地質(zhì)條件復(fù)雜，不可預(yù)見因素多

地質(zhì)勘探成都較低，地下水位較淺，并且雅安地區(qū)常年多雨，涌水量和滲水量資料不詳，這些給施工方案的選擇和施工帶來困難。根據(jù)地質(zhì)資料，該隧洞的巖石為第三系古始新統(tǒng)名山群之粉砂質(zhì)泥巖夾泥巖粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰綠色泥質(zhì)條帶，巖石軟弱，均一性差，裂隙發(fā)育，巖體完整性差，有少量滲水，洞室圍巖穩(wěn)定性較差，易變性及坍塌，對(duì)成洞不利，給支護(hù)工作增加了難度，增大了開挖支護(hù)工作量，支護(hù)時(shí)間占用時(shí)間長(zhǎng)。由于基礎(chǔ)資料的系統(tǒng)性和精度的差異，隧洞段的圍巖有待于在施工期揭露情況的基礎(chǔ)上及時(shí)調(diào)整。

2.2 工程環(huán)境復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)大

隧洞埋深較淺（8～45m），隧洞周圍居民集中，有多條沖溝、村溝和公路（村道、318國(guó)道金雞關(guān)隧洞）橫穿隧洞，滲水不斷，時(shí)長(zhǎng)出現(xiàn)掉塊坍塌現(xiàn)象，不但加大了開挖、支護(hù)難度，而且安全風(fēng)險(xiǎn)大。

3 施工方案及方法

3.1 施工方案

隧洞開挖主要采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)開挖為主，人工用風(fēng)鎬輔助配合施工，采用皮帶機(jī)配小型自卸車運(yùn)輸棄渣至指定渣場(chǎng)，每隔170m～200m左右開挖一個(gè)錯(cuò)車道。

3.2 施工方法

（1）施工準(zhǔn)備

開挖前首先由測(cè)量放線（采用激光導(dǎo)向儀控制開挖邊線），其次懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位掘進(jìn)施工，再次通過皮帶機(jī)裝車運(yùn)輸棄渣至，最后支護(hù)，支護(hù)完成進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)操作順序：首先啟動(dòng)油泵電機(jī)，其次開動(dòng)第一運(yùn)輸機(jī)，再次開動(dòng)星輪，最后開動(dòng)截割頭。

（2）施工方法

懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)是采用“S”字形由下往上的開挖方法，懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位后，首先截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，截割頭自下而上，左右循環(huán)進(jìn)行切削，具體形式如下所示。掘進(jìn)時(shí)兩名師傅進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，一人操作掘進(jìn)機(jī)，另一人擔(dān)任觀察手。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工采用掘進(jìn)班2組、支護(hù)班2組的模式，即6～8小時(shí)掘進(jìn)開挖，3～4小時(shí)支護(hù)，再6～8小時(shí)掘進(jìn)，4小時(shí)支護(hù)。在各項(xiàng)條件正常的情況下，施工時(shí)實(shí)際1.5～2小時(shí)可以掘進(jìn)1m左右，即每天可達(dá)到6～10m。洞渣運(yùn)輸采用兩臺(tái)小型自卸車，施工時(shí)自卸車倒退至掘進(jìn)機(jī)皮帶機(jī)處，渣土直接落入車廂，裝滿渣料后運(yùn)至渣場(chǎng)，耗時(shí)15～25分鐘左右。

（3）施工中存在的問題

新圓木溝隧洞開工時(shí)，恰好雅安地區(qū)進(jìn)入雨季，在雨水，洞內(nèi)滲水和施工用水的作用下，由于隧洞內(nèi)巖石為第三系古始新統(tǒng)名山群之粉砂質(zhì)泥巖夾泥巖粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰綠色泥質(zhì)條帶，巖石軟弱，遇水即化，再加上車輛的碾壓對(duì)底板造成了極大的二次擾動(dòng)，導(dǎo)致底板超挖達(dá)到10～30cm，對(duì)施工造成了極大影響，同時(shí)洞口鋼支撐底部也出現(xiàn)了被侵蝕掏空的現(xiàn)象。

4 掘進(jìn)機(jī)與傳統(tǒng)火工優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）在手續(xù)審批方面：采用火工爆破施工時(shí)，火工材料審批手續(xù)十分煩瑣，且火工材料的保管、分發(fā)具有嚴(yán)格的要求，若采用掘進(jìn)機(jī)施工則可避免煩瑣的審批手續(xù)，大大提高時(shí)間的利用率。

（2）在工程質(zhì)量方面：采用掘進(jìn)機(jī)方案施工，對(duì)地層擾動(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，超欠挖小。鉆爆法施工對(duì)巖層擾動(dòng)較大，不宜控制超欠挖。

（3）在進(jìn)度方面：采用掘進(jìn)機(jī)方案開挖，一個(gè)開挖工作面每天可掘進(jìn)6～10m；而采用鉆爆法施工，每天兩個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺1.5～1.85m，即每天進(jìn)尺為3～3.7m。掘進(jìn)機(jī)開挖方案較鉆爆法而言具有快速、連續(xù)作業(yè)、機(jī)械化程度高等優(yōu)勢(shì)，可大大縮短施工工期，加快工程進(jìn)度。

（4）在經(jīng)濟(jì)方面：對(duì)于巖石強(qiáng)度較低，長(zhǎng)度超過300m的隧洞，采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工可取得良好效果，投入成本相較于火工爆破也較小。

（5）安全文明施工方面：采用鉆爆法施工噪音大，施工安全性差，對(duì)周邊居民生活影響較大；而掘進(jìn)機(jī)施工震動(dòng)、噪聲小，安全性相對(duì)較高，能有效減小對(duì)周邊居民的擾動(dòng)。

4.2 缺點(diǎn)

（1）采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工前期費(fèi)用投入較大，對(duì)于較短的隧洞仍不宜采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工。

（2）采用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工對(duì)地質(zhì)資料要求較高，需要對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行系統(tǒng)的采集和實(shí)時(shí)分析，以便隨時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來適應(yīng)施工需要。

（3）在掘進(jìn)施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，而掘進(jìn)機(jī)本身的噴霧降塵系統(tǒng)和隧洞通風(fēng)系統(tǒng)難以滿足降塵要求，在粉塵處理方面還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)。

（4）掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化程度較高，要求掘進(jìn)機(jī)手具有較高的專業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)采用掘進(jìn)機(jī)施工需專門配備掘進(jìn)機(jī)維護(hù)檢修人員，以便隨時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行維護(hù)。

（5）掘進(jìn)機(jī)前期選型任務(wù)比較重要，掘因?yàn)檫M(jìn)機(jī)對(duì)于圍巖強(qiáng)度有嚴(yán)格的要求，采用掘進(jìn)機(jī)施工時(shí)，圍巖強(qiáng)度必須在掘進(jìn)機(jī)適用強(qiáng)度范圍之內(nèi)；而且還有考慮設(shè)備的外形尺寸與作業(yè)空間相關(guān)要求。

（6）對(duì)于施工中的工序銜接和配合提出了更高的要求，由于掘進(jìn)機(jī)進(jìn)尺速度較快，對(duì)于出渣車的配合，支護(hù)的跟進(jìn)，后勤的保障都提出了更高的要求。否則就難以發(fā)揮出掘進(jìn)機(jī)快速施工的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜立杰.全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工技術(shù)[J],石家莊鐵道學(xué)院,2005,(4):55-58.