懸臂式掘進機在拉洛工程曲美隧洞開挖中的應用

張瑋青，王 龍，鄭長洲，余 波，黃風塵

（中國水電基礎局有限公司，301700，天津）

懸臂式掘進機在拉洛工程曲美隧洞開挖中的應用

張瑋青，王 龍，鄭長洲，余 波，黃風塵

（中國水電基礎局有限公司，301700，天津）

根據前期地質資料顯示，拉洛工程曲美隧洞圍巖類別主要為Ⅳ、Ⅴ類，圍巖較差，強度較低，據此引進掘進機進行隧洞開挖施工。本文主要闡述懸臂式掘進機的主要技術特征、施工布置、施工原理，結合隧洞開挖進度，對懸臂式掘進機在拉洛工程曲美隧洞開挖施工中的實際應用及存在的問題進行總結歸納，為工程進一步開展提供科學參考。

懸臂式掘進機；開挖施工；應用；問題；拉洛工程

一、背景概述

1.工程簡介

拉洛水利樞紐及配套灌區工程（簡稱“拉洛工程”）位于西藏自治區日喀則市西部、雅魯藏布江以南薩迦縣，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲干流上的控制性工程，位于海拔高程4 300 m的高寒缺氧地區，壩址區位于夏布曲干流距拉洛鄉下游6 km峽谷進口河段。曲美隧洞位于第五分干渠I段樁號 4+960～7+273處，全長2 313 m，縱坡0.010%，引用流量2.22 m3/s，隧洞為城門洞型，斷面尺寸2.3 m（寬）×2.99 m（高）。隧洞總體走向21°。

2.地質條件

洞身段上覆巖體厚度10～270 m，巖體總體向北-北西傾斜，傾角50°～80°。基巖為白堊系上統昂仁組（K2a）巖性為頁巖夾薄層砂巖，局部頁巖砂巖互層，頁巖較軟弱，遇水易軟化并脫開，易造成塌落，頁巖圍巖類別屬Ⅳ、Ⅴ類，砂巖圍巖類別屬Ⅲ類。根據前期地勘資料顯示，曲美隧洞圍巖類別中Ⅲ類圍巖占比13.16%，Ⅳ類圍巖占比65.56%，Ⅴ類圍巖占比21.28%。

進口邊坡為巖質逆向坡，基巖為頁巖夾砂巖，邊坡整體穩定。出口邊坡為巖質順向坡，基巖為頁巖夾薄層砂巖，巖層傾角大于斜坡坡角，邊坡整體穩定。

3.水文氣象情況

（1）氣溫

據處于同一氣候區的江孜氣象站資料統計，多年平均氣溫為4.8℃，月平均氣溫最高為12.7℃（7月），月平均氣溫最低為-4.8℃（1月），極端最高氣溫28.2℃，極端最低氣溫-23.9℃；

（2）風速

一般冬春季節風大，多西北風，夏季風小，多年平均風速2.6 m/s，歷年最大風速29.6 m/s。

（3）降雨及蒸發量

夏布曲流域的水面蒸發量為1 323 mm。降水多表現為夜雨，海拔5 000 m以上多為降雪。據統計，年楚河江孜、日喀則站多年平均降雨量分別為280mm、440 mm；根據水資源評價降雨量等值線圖，夏布曲多年平均降雨量為310～330 mm。

二、懸臂式掘進機主要技術特征

將懸臂式掘進機主要技術特征總結如表1。

表1 懸臂式掘進機主要技術特征

三、掘進機施工臨建布置

①施工用電：施工電源工區線路接入點采用貝瓊農網 10 kV線路，電源用架空線從10 kV電源接線點引至施工變壓器高壓側，然后用低壓電纜從變壓器低壓側引至施工用電負荷變壓器，施工用電負荷變壓器為500 kVA，施工用電經專用變壓器變壓到額定電壓，并隨開挖進度移動。

②施工用水：施工用水采用在隧洞口附近修建高位水池，水池所處的位置在隧洞西側沖溝內，水池容量20 m3，可滿足掘進機施工用水。

③施工供風：在洞口布置兩臺TZ90軸流風機對洞內進行通風排煙。

④出渣：由掘進機自帶的星形鏟板、第一運輸機將石渣運至掘進機尾部，自卸汽車在此裝渣，石渣可直接卸在車廂內，然后由自卸汽車將石渣運往洞外，棄至棄渣場。

⑤棄渣場：采用設計棄渣場。

四、掘進機法隧洞開挖施工

1.洞口開挖

①洞口開挖前，應做好開口線鎖口支護，洞口削坡開挖應自上而下進行，嚴禁上下同時作業。應做好危石清理、坡面加固、馬道開挖及排水等工作。

②洞口邊坡開挖完成后，進洞前根據洞臉地質條件，按照圖紙或監理工程師指示，先施工鎖口超前錨桿支護，進洞后及時采用錨桿、型鋼鋼架、掛網噴混凝土等方式進行支護。

2.洞身開挖

掘進機法隧洞施工依然遵循新奧法原理，開挖前做好隧洞測量工作，每個洞口設復核過的三角導線控制網點。洞身開挖采用全斷面開挖，利用掘進機截割頭上下、左右移動進行截割，開挖過程中利用激光指向儀進行斷面尺寸控制，并加強測量，確保開挖尺寸。

圖1 掘進機截割方法示意圖

圖2 掘進機截割部工作狀態示意圖

掘進機截割巖石時，應先進行初步截割，然后進行修整，以達到斷面尺寸要求。一般在截割較軟巖石時，采用截割頭左右移動循環向上的方法，當截割較硬巖石時，可采用自下而上左右移動截割的方法，截割應盡量自下而上進行。如遇有高硬度巖石時，不能勉強截割，應采取其他方法進行開挖。局部有圍巖硬度較高，但比較破碎的砂巖，可用掘進機將圍巖截割剝落，但無法采用第一出渣部進行出渣，需采用其他方式進行出渣。由于洞徑較小，只能采用農用車進行出渣，因此出渣效率較低。

五、主要資源配置

將懸臂式掘進機主要資源配置總結如表2。

表2 懸臂式掘進機主要資源配備情況

六、掘進機法隧洞開挖施工進度

目前，拉洛工程曲美隧洞使用掘進機開挖進尺為500 m，正常施工情況下掘進機開挖施工平均循環時間見表3。

表3 掘進機掘進平均循環時間

由于隧洞圍巖類別較低，因此臨時支護要及時跟進，但洞徑較小，不利于機械施工，大部分支護措施由人工完成，因此臨時支護占據時間較長，對掘進機的施工效率造成了一定影響。采用掘進機進行隧洞開挖施工較傳統的爆破開挖施工工作效率有明顯提高，實際施工過程中，單日進尺最大達到8 m。

七、掘進機法隧洞開挖施工的特點

①采用掘進機進行隧洞開挖施工較傳統的爆破開挖施工工作效率有明顯提高。

②由于掘進機開挖較爆破施工對圍巖的擾動大幅度減小，因此施工過程中圍巖較穩定，洞挖施工安全系數得以提高。

③掘進機采用截割的方式進行開挖，截割部位較為平整，能夠較好的控制超欠挖。

八、存在的問題

①對圍巖適應性較差，對于強度較高的砂巖，截割效率大幅度降低，需結合爆破施工進行開挖。

②初期使用時，在出渣過程中，第一運輸部溜槽部位經常性卡死，導致無法出渣，需暫停掘進進行處理，施工效率降低。對第一運輸部進行調整后，卡死現象有所降低，但仍時有發生，該部位仍需改進。

③水系統降塵效果較差，需采用其他措施輔助降塵。

九、結 語

作為新興的隧洞施工設備，懸臂式掘進機施工快速、簡便，對于完整的軟弱巖層有著較好的適用性，開挖質量也可以得到保證，對后續的混凝土襯砌施工帶來很大方便。但是由于對硬度較高的巖層實用性較差，因此需加強掘進機對巖層的適應性，以保證其施工效率。

責任編輯 安天杭

Application of cantilever tunneling machine in excavation of Qumei Tunnel

Zhang Weiqing，Wang Long，Zheng Changzhou，Yu Bo，Huang Fengchen

According to the geological data,the surrounding rocks of Qumei Tunnel belong to categoryⅣandⅤof low strength,therefore cantilever tunneling machines are employed for excavation of the tunnel.Technical features,construction layout and principle of cantilever tunneling machine are presented.The application of machine in Qumei Tunnel excavation and associated problems are summarized for making further improvement in the later construction of Laluo Project.

cantilever tunneling machine;excavation construction;application;problem;Laluo Project

TV+TB495

：B

1000-1123（2016）20-0071-03

2016-10-18

張瑋青，工程師。