懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的施工應用技術初探

楊秀才

（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽 550003）

懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的施工應用技術初探

楊秀才

（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州貴陽 550003）

貴陽地鐵暗挖隧道位于貴陽市主城區范圍內，其下穿火車站、玉廠路、朝陽洞路，周邊管網密集，上空有架空電線，地下管網多，施工環境較為復雜。基于該項工程背景，重點就懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的施工應用技術進行了分析。

懸臂式掘進機；地鐵暗挖隧道；施工應用

1　工程概況

貴陽市軌道交通1號線火車站站～沙沖路站區間位于南明區，線路出火車站站后先下穿火車站售票廳（3層）、行包房（2層）、客運站臺、鐵路股道及行包地道、于YDK26+324.116左偏下穿玉廠路后，下穿茶花、博泰等小區數幢7～9層居民樓、茶花廣場地下一層停車場、沁苑商務公寓（7層）之后，再下穿朝陽洞路南明區人民法院（5層），進入朝陽洞路下后至沙沖路站。本區間右隧起訖里程YDK26+143.2～YDK27+073.8（YDK26+294.811 =YDK26+300，短鏈5.189 m），左隧起訖里程為ZDK26+143.2～ZDK27+073.8（ZDK26+272.779 =ZDK26+300，短鏈27.221 m）。本區間為雙洞單線隧道，右隧全長925.411 m，左隧全長903.379 m。

2　懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的應用優勢

本區間豎井、橫通道自2014年3月開始開挖，至2014年10月底才完成全部開挖及初支。因設計為冷挖施工，前期豎井、橫通道全部使用70型挖掘機+劈裂機進行破碎開挖，進展緩慢，再加上豎井口緊鄰居民樓，周邊居民時常因施工噪音阻工。雖我部及業主方與所屬居委會幾經溝通、協調，仍造成該工點因居民多次阻工停工長達1個月之久，且施工時間僅限07∶00-22∶00之間，其余時間段無法進行任何施工生產活動。

在上述因素制約下，本區間隧道施工進度嚴重滯后，根本無法滿足業主方對總體工期進度目標。經我部領導慎重研究、并到大連地鐵項目進行參觀學習后決定選用EBZ260懸臂式掘進機進行隧道掘進施工，不僅能夠加快施工進度，滿足業主既定工期目標，還能保證隧道掘進施工中地表機構建（構）筑物的安全穩定。

3　懸臂式掘進機施工工藝、方法

3.1施工準備

（1）配套設施準備

因掘進機使用1140V高壓，一臺掘進機需架設一臺特變（其輸出電壓為1 140 V），準備高壓電630 kVA相變及準備相應長度電纜（從箱變至掘進機工作處）、風、水管、配套挖掘機及運輸車出渣，該準備工作為懸臂式掘進機施工的前提。

（2）超前物探配合

采用地質超前預報技術，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土等地質災害。采用地球物理探測技術有彈性波法、電磁波法（探地雷達探測技術）、聲波探測法和紅外探水法、超前水平鉆探等超前預報系統等措施將前方巖層地質情況探明，以保證設備及人員的安全作業。根據本區間隧道實際開采出的巖石試驗結果，飽和抗壓強度Rc最高達為85 MPa，根據地層情況采用型號EBZ260的掘進機進行施工，可一次完成隧道斷面開挖（不含仰拱部分），掘進方量約為32 m3／延米。

3.2懸臂式掘進機截割方式

懸臂式掘進機就位后，開始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。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入第一運輸機，第一運輸機轉運至第二運輸機，第二運輸機直接裝入出碴車運出洞外。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。當局部遇有硬巖時（≥100 MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理，以降低掘進難度及截齒消耗量。懸臂式掘進機的截割方式是從掃底開始截割，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。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進行截割。如遇節理發育較好巖石，則應選擇沿巖石節理方向逐步切割。

針對不同硬度的巖石可定制不同的截齒，科學合理的截齒螺旋線排布，確保機器有更好的掘削能力，并具有自潔功能，可根據實際工況條件為用戶選擇最佳截割頭，提高施工效率。當局部遇有硬巖時，可以選用小直徑切割頭，切割力大，破巖能力強，以降低掘進難度及截齒消耗量。

3.3懸臂式掘進機出料運輸方式

通過切割頭旋轉切削，由耙爪、第一運輸機實現落碴的裝運與轉載，第一運輸機轉運至第二運輸機，第二運輸機直接裝入出碴車運到料斗中，龍門吊吊運渣土至場內臨時存渣區，出碴完畢。在本工程小斷面隧道施工中，為改善洞內施工環境，降低工人勞動強度，經我部研究決定拆除第二運輸機，采用挖掘機出渣替代第二運輸機功用。

3.4懸臂式掘進機施工方法

掘進施工時掘進機先駛入隧道一頭，利用切割部在隧道掌子面進行切削掘進，切削下來的渣土直接由“第一運輸機”輸送至掘進機后方，再用挖掘機裝入運渣車運至豎井后垂直提升至場內臨時存渣區，掘進完成后利用掘進機切割頭將初支臺車運至掌子面進行初期支護（鋼拱架架設、噴射砼）施做，掘進機則后退至不影響后續工序施工位置等待下一掘進工序。每次掘進循環進尺為兩榀鋼架（1.0～1.6 m），特殊段落（下穿火車站、小區及高層建筑）采用一榀一支護，因仰拱部分掘進機無法進行施工，故采用挖掘機開挖，整個隧道掘進過程實現全機械開挖，仰拱滯后掌子面距離為14 m，不僅對圍巖擾動小，也避免對周圍建筑的影響。

3.5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的施做，如此循環施工。待初支封閉成環一定長度后，襯砌工班按照設計襯砌類型進行仰拱填充并施做二襯（擬初支完成300 m后進行二襯施做）。為保證二襯順利施做，需將設計聯絡通道由原2.3 m加寬至6 m，在前方位置新增一同樣尺寸聯絡通道以便將二襯施工影響降至最低。

4　懸臂式掘進機施工優點及缺陷

4.1懸臂式掘進機施工優點

（1）安全性方面。采用掘進機進行掘進施工，可以提高隧道機械化施工程度及其配套施工技術并降低施工安全風險。掘進機采用切削方式進行掘進，震動小，對圍巖的擾動極小。掘進機開挖功效高，支護能夠及早跟進，極大的縮短了開挖面的臨空時間。

（2）保證質量方面。掘進機施工對圍巖的擾動小，提高了下穿高層建筑及火車站的安全指數，提高了隧道的開挖質量，洞室開挖斷面圓順度高，便于噴混凝土支護，同時也提高了初期支護的質量。

（3）施工進度方面。懸臂式掘進機是一種部分斷面掘進機。集切削、裝碴、轉運和自行于一身，可以做到切削、裝運同步進行。具有連續掘進、地質適應性強等優點，是理想的冷挖掘進設備。懸臂式掘進機具有多功能性及機動性，當遇到意外情況，便于及時調整施工方案，而不影響施工進度。懸臂式掘進機施工進度由支護工序時間控制，由于開挖斷面規范，鋼架、網片拼裝快捷，噴射砼可節省大量時間。

（4）作業環境方面。掘進機切割部帶有自動噴水及吸塵設備，可減小因切割巖面產生的大量粉塵，盡可能的凈化掘進操作現場的環境。

4.2懸臂式掘進機施工缺陷

（1）由于掘進機切割頭較長，每次掘進施工掌子面需預留約0.8 m的開挖面，以避免下次開挖損壞已施做的初支，導致掌子面位置臨空面過大，現已與廠家聯系，由其設計尺寸小的掘進機切割頭以減少臨空面尺寸，在特殊段落采用挖掘機修邊的方式來配合掘進機施工以減少臨空面。

（2）由于本區間隧道為小斷面隧道，掘進機機身尺寸相對較大（長×寬×高：11.7×3.6×2 m），無法正常通過二襯臺車，一旦開始施做二襯，掘進機將只能單線單方向掘進，采取解決措施為新增聯絡通道。

（3）由于掘進機切割部受自身長度制約，無法滿足分臺階掘進施工，現廠家已在設計新型切割部以適應臺階法開挖的工法要求，在掌子面穩定的情況下全斷面施工法可以采用。

5　結束語

從使用情況來看，懸臂式掘進機在貴陽地鐵暗挖隧道中的應用十分成功，比原來采用鉆爆法施工進尺提高了2倍，不僅提高了全巖巷道的掘進速度，而且有效保證了隧道掘進的安全性。為我國隧道掘進技術的推廣應用提供了經驗。

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［2］ 張淑君，畢錦明.掘進機設計和使用中需要解決的問題［J］.煤礦機電，2010，（1）：101-102.

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U458

C

1008-3383（2016）10-0137-02

2016-01-21

楊秀才（1971-），男，貴州遵義人，高級工程師，研究方向：地鐵隧道及橋梁施工管理，港口和航道施工管理。