隧道掘進機施工方案相關探討

袁學偉

摘要：隧道掘進機技術是一種集掘進、出渣運輸和支護襯砌于一體，一次成洞的隧道掘進方法，它引領了隧洞開挖的全新時代，具有連續作業、施工速度快、環境污染小、安全優質等特點。文章結合具體的工程項目，對隧道掘進機施工方案進行了分析，探討，以供參考。

關鍵詞：隧道；掘進機；施工

1工程概況

大寨站～大關站區間隧道設計起止里程為DK10+000～DK11+196.37，全長1196.37m，均為暗挖隧道。區間隧道基本全部位于風化的基巖層中，基底巖體主要為強至中風化薄至中厚層狀泥質白云巖及石灰巖。根據地質勘查報告，將巖體分為Ⅳ、Ⅴ兩個單位，對應巖體質量分類屬Ⅳ、Ⅴ類，巖體完整性差或較差。Ⅳ級巖體完整性較好，地下水主要為巖溶裂隙水，全隧Ⅳ級巖體占總長度的41%，現場實測巖體抗壓強度為66-80Mpa之間。

2隧道掘進機施工準備

2.1施工水電準備

（1）施工用電。掘進機額定電壓為1140V電壓，需將10KV電壓通過專用變壓器變壓到1140V，提供掘進機使用。專用變壓器至掘進機端低壓線纜不宜大于500m。

（2）施工用水。掘進機處于工作狀態時為降溫和降塵，需使用高壓水進行冷卻和除塵，供水壓不小于3Mpa，用水量不小于80L/min。因此，需在豎井井口設置蓄水池，壓力不夠時可使用增壓泵加壓，保證掘進機正常工作需要。

2.2出碴設備

隧道掘進機在掘進過程中，截割部截割巖石后，由星形鏟板通過第一運輸機把石碴運至掘進機尾部，采用裝載機、挖掘機等設備輔助進行出碴。隧道出碴與掌子面開挖同期進行，節省了時間。

2.3其它臨時設施保證

豎井洞口設生產區和生活區，生產區包括變壓器、空壓機、隧道通風設施、吊裝設備、臨時存渣池、砂石料倉、攪拌機，鋼筋加工場地、鋼拱架加工場地、防水材料場地及其他材料堆放場地。各項生產生活設施布置條例有序，周邊設置防護圍擋，保證達到貴陽市和建設單位文明施工的要求。

2.4超前地質探測

結合地質勘查報告，并采用地質雷達與超前探孔相結合的方式對掌子面前方地質進行判斷。采用瑞典MALA/ProEx型地質雷達對掌子面前方20m范圍巖體進行探測，再補充結合超前鉆探進行二次探測，確保洞內人員、機械設備的安全。

3隧道掘進機施工方案

3.1開挖原則

根據掘進機使用說明書，EBZ260懸臂式掘進機一次定位切割斷面最大為31.4 m2，地鐵馬蹄形隧道斷面鋼支撐C、D單元接頭處往上開挖斷面面積為31.87 m3和32.81m3，基本能滿足隧道開挖斷面面積。渣土運輸采用無軌運輸，挖掘機、裝載機配合，開挖結束后及時施做初期支護封閉開挖面，做好隧道監控量測，以監測結果及時調整支護參數和防水、襯砌施做時間。隧道掘進開挖遵循“短進尺、強支護、早封閉、勤量測、襯砌緊跟”的原則。

3.2掘進機的安裝與調試

（1）根據地鐵馬蹄形隧道凈空的特點，考慮將掘進機各系統之間拆解開，吊裝至隧道橫通道進行組裝。拆卸工作由專人負責，按照使用說明書要求，拆卸成部件，各部螺絲、墊圈、銷子等妥善保管，以防損壞或丟失；

（2）組裝采用機械牽引起吊，按照使用說明進行組裝。

（3）正式運行前需按照使用說明的要求進行必要的電、油、水等的檢查，確保達到開機試車的條件，試運轉須設專人指揮，非專業掘進機操作者，不得操作機器。

（4）機械試運轉時，有關人員應密切注意各部位的聲音、溫度是否正常。試車時發現問題及時調整，確保設備、構件安裝正常，保證機器正常工作。

3.3 EBZ260掘進機施工方法

3.3.1操作

掘進機操作司機必須由專門培訓過的人員擔任，其他人員不準隨意操作。根據規范的操作動作按順序啟動掘進機的各項部件。操作順序：油泵電機→開動第二運輸機（若有，沒有則略過此項）→開動第一運輸機→ 開動星輪→ 開動截割頭。

3.3.2掘進切割

懸臂式掘進機就位后，利用切割頭上下、左右移動切割，切割出初步斷面形狀，若切割斷面與實際所需的形狀和尺寸有一定的差別，可進行二次整修，以滿足斷面尺寸要求。掘進機上下、左右切削范圍見附圖所示。

首先從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環切削。在切削同時鏟板部心輪將切削下來的碴裝入第一運輸機，第一運輸機轉運機體后方，采用挖掘機裝載機將物料直接裝入出碴車或直接運至豎井處。切削鉆頭從底部開挖到頂部完成后，進行二次修整以達到準確的設計斷面。

當切割稍硬巖石時，可采用由下而上、左右切割的方法；不管采用何種方法，懸臂式掘進機的巖體切削方式是始終是從下而上，再按S型或Z型左右循環向上的截割路線逐級截割以上部分；當遇有硬巖時，不應勉強切割，對有部分露頭硬石時，應首先切割其周圍部分，使其墜落。對大塊墜落體，在采取適當的方法處理后再裝載；當掘柱窩時，應當將鏟板降低至最低位置向下掘，且需人工對柱窩進行清理。

圖1 懸臂式掘進機施工示意圖

3.3.3噴霧

在掘進作業時控制粉塵是非常重要的，確保洞內通風設施正常工作，同時打開掘進機內、外噴霧系統，開始噴霧灰塵，以減少煙塵污染，文明施工。

3.4掘進施工后支護方案

掘進機在掌子面掘進完成后，支護工班按照設計支護方式進行初期支護鋼筋網片、錨桿、鋼支撐、連接鋼筋、超前注漿小導管、噴射混凝土作業等的施做，支護施工完成后繼續進行掘進機開挖、運渣作業，如此循環施工。

初支封閉成環一定距離后，襯砌工班按照設計襯砌類型進行仰拱填充和二次襯砌施工，確保隧道各工序均衡施工，保證洞內施工作業安全。

3.5洞內其他輔助設施布置

3.5.1施工用水電

因掘進機作業使用1140V高壓，一臺掘進機需架設一臺專屬變壓器（其輸出電壓為1140V）。在隧道內鋪設一條掘進機專用電纜，掛設在隧道初支邊墻部位。

掘進機作業時內、外噴霧系統每分鐘需消耗不小于80L水，水壓為2.5-3MPa。豎井井深約30m，自來水壓力為0.7公斤，正常水壓約為0.37MPa，無法滿足掘進機噴霧要求，需加設增加泵加壓后再通過高壓水管接入掘進機水系統中。

3.5.2通風設施

采用管道壓入式通風，根據豎井施工特點，洞口設一臺大功率軸流式通風機，在橫通道與主洞交叉口處分別設立通風岔口分別向四個掌子面分流，若掌子面距離較長時可在中間增設局扇進行加強。按照相關規范規定，風管均采用大口徑防火風帶。施工過程中加強通風管理，確保施工通風達到預期效果。

3.5.3照明設施

隧道洞內施工用電線路按有關規范要求，采用“三相五線制”，照明必須設照明專用線，照明用電線路距地面高度不低于2.5m，線路間的距離為10cm，隧道照明保證燈光充足、均勻，不得耀眼。運輸道路未成洞地段每隔5m，成洞地段每隔8m，裝設60瓦節能電燈一個；漏水地段用防水燈頭和燈罩；設專人檢修用電線路，防止漏電。施工照明線路架設采用L50*4角鋼豎向設置在洞壁上。

3.5.4抽排水設施

開挖施工期間，加強基坑內排水，在豎井內設排水溝和集水井。本區間暗挖隧道豎井段為單坡，逆坡開挖時，掌子面處設置一小型抽水泵，將掌子面中心處的積水抽至后方的泵站（根據開挖進尺，每100米設置一個泵站，然后泵站排水系統排至豎井口。

結束語

綜上所述，經過對施工方案的合理優化，隧道掘進機施工順利完成，保證了項目的整體質量。從長遠來看，隧道掘進機適用地層范圍越來越廣，對于促進隧道工程的開展有重要意義。

參考文獻：

[1]張鏡劍，傅冰駿.隧道掘進機在我國應用的進展[J].巖石力學與工程學報，2007，26（2）：226.