懸臂式掘進機在城市地鐵施工中的應(yīng)用

陳 東

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司， 北京 100023）

城市地鐵作為緩解城市交通擁堵的一個有效手段，越來越受到人們的重視。鉆爆法作為我國隧道開挖的主要方法之一，施工靈活、適用地質(zhì)條件廣、適合各種斷面形式和大小尺寸的隧道施工，但其對周邊圍巖擾動和環(huán)境影響較大[1-2]。城市地鐵隧道一般都位于城市中心地帶，建筑物密集、城市道路交錯縱橫、地下管線眾多，為防止對地面建筑物和地下管線的破壞，降低對周邊環(huán)境的影響，不宜采用傳統(tǒng)鉆爆法施工。

1 工程概況

重慶軌道交通環(huán)線是重慶軌道交通線網(wǎng)中的骨干線路和唯一的閉合環(huán)狀線路。其中，華龍站～重慶西站區(qū)間隧道出華龍站后，沿華園路向西行，下穿成渝高速公路、重慶市九龍坡區(qū)看守所、中鐵十一局五公司鋼結(jié)構(gòu)廠及普天物流廣場后接入重慶西站。區(qū)間為地下暗挖區(qū)間，單洞單線馬蹄形隧道，線間凈距1.7～7.0m，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，區(qū)間全長1091.005m，埋深約3.7～30m。隧道圍巖主要為砂質(zhì)泥巖，巖體基本質(zhì)量等級為IV級，完整性較好，遇水軟化且強度降低，局部夾雜砂巖，裂隙較發(fā)育，完整性較好，巖體基本質(zhì)量等級為III級，巖體抗壓強度在15～25MPa之間。隧道水量較小，多成滴狀或脈狀，隧道單位涌水量一般＜10L/min·10m（每分鐘每10m涌水量10L）。

2 開挖方法及開挖機械選擇

2.1 開挖方法選擇

該區(qū)間存在多個風(fēng)險點：

（1）YDK50+391.720～YDK50+490.000段隧道上下疊行，最小結(jié)構(gòu)凈距約為1.7m，且右線隧道（上洞）為淺埋隧道，隧道頂部覆土約7.2m。

（2）YDK50+475.000～YDK50+515.000段隧道下穿成渝高速公路，車流量很大，對變形和沉降十分敏感。

（3）YDK50+550.000～YDK50+798.000段隧道下穿重慶市九龍坡區(qū)看守所及拘留所，根據(jù)看守所施工竣工資料顯示，看守所及拘留所圍墻基礎(chǔ)是采用填土作為持力層，對振動和變形十分敏感。

（4）YDK50+800.000～YDK50+805.169（YDK0+000.000）～YDK0+072.000段隧道下穿中鐵十一局五公司鋼結(jié)構(gòu)廠，該廠房屋結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，場地內(nèi)存放有大量鋼模板、二襯臺車等重型構(gòu)配件。

經(jīng)過實地調(diào)查及多次研究分析，確定該區(qū)間暗挖段采用兩種開挖方式：YDK50+391.720～ YDK50+805.169（YDK0+000.000）～YDK0+072.000段隧道為高風(fēng)險段，下穿重要建構(gòu)筑物，且離建構(gòu)筑物很近，采用非常規(guī)爆破方式開挖；YDK0+072.000～YDK0.290.349段下穿普天物流廣場，該廣場已完成搬遷，周邊環(huán)境較空曠，采用鉆爆法施工。

2.2 開挖機械選擇

目前，城市軌道交通隧道開挖施工中，非常規(guī)爆破開挖方式主要有人工開挖、靜態(tài)爆破、機械鑿打、盾構(gòu)及TBM等。盾構(gòu)適用于相對均質(zhì)的軟巖層；TBM造價很高且不適用于該區(qū)間斷面形式；人工開挖主要適用于軟巖隧道，作業(yè)效率低；靜態(tài)爆破雖然不會產(chǎn)生震動、飛屑、噪音等，但其破碎時間長、作業(yè)效率低；機械鑿打雖然不受作業(yè)時間限制，但其開挖效率仍然很低，難以滿足工期要求，這就對開挖方式及開挖機械提出了很高的要求。

為此，項目部對全國類似地質(zhì)城市軌道項目進行了實地考察，最終采用貴陽軌道交通1號線懸臂式掘進機進行開挖。懸臂式掘進機型號EBZ260，掘進機機身矮、強度高，適用于以砂質(zhì)泥巖為主的華龍站～重慶西站區(qū)間隧道的掘進，可實現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運輸作業(yè)。此外，配合施工機械為小松60挖掘機1臺，東風(fēng)農(nóng)用車2臺，進行出渣，出渣方式靈活，渣土易于清理。

3 隧道開挖

3.1 開挖斷面調(diào)整

根據(jù)EBZ260懸臂式掘進機機身特點，鏟板寬度3.2m，最大臥底深度30cm，無法滿足原設(shè)計仰拱尺寸開挖要求，存在開挖盲區(qū)，需人工或機械鑿除，大大降低了施工效率。將底板拱形輪廓調(diào)整為平底形式，掘進機開挖一次成型。

3.2 臺階高度及步距劃分

根據(jù)EBZ260懸臂式掘進機特點，截割高度為5.2m，考慮到掘進機自身重量，為后續(xù)施工作業(yè)創(chuàng)造便利，確定區(qū)間隧道采用上下臺階開挖，上臺階開挖4.9m，每延米土石方量約28m3，下臺階高度2.14m，每延米土石方量約15.37m3。

懸臂式掘進機總體長度為12.63m，爬坡能力按15°計算，充分考慮出渣機械需要，結(jié)合圍巖情況，最大限度提高施工效率，適當加大上下臺階步距，確定上下臺階步距為30m。

3.3 開挖順序

由于隧道圍巖主要為砂質(zhì)泥巖，局部夾雜砂巖，強度普遍不高，因此將每個階分為左右兩半進行掘進。

4 掘進機施工與鉆爆法的比較

掘進機施工與鉆爆法的比較如表1所示。

表1 懸臂式掘進機掘進與鉆爆法比較

5 結(jié)束語

在城市地鐵隧道施工中，懸臂式掘進機以其技術(shù)先進、效率較高、適用性廣等優(yōu)點，在越來越多的城市得到了推廣和應(yīng)用。通過重慶軌道環(huán)線華龍站～重慶西站區(qū)間隧道開挖施工中不斷探索實踐，選用合適型號的掘進機，采取對開挖斷面、臺階高度、臺階步距、開挖順序、拱架節(jié)點劃分等進行合理優(yōu)化等措施，在控制超欠挖、提高開挖質(zhì)量和開挖效率方面取得了良好的效果。