關于懸臂式隧道掘進機隧道挖掘的研究

完強

摘 要 懸臂式掘進機因為具有通用性強，作業范圍廣，效率高，縮短工程周期等優點，被廣泛用于隧道交通工程建設，本文對利用懸臂式掘進機挖掘重慶渝中朝天門110kV輸變電工程電纜隧道進行了研究，從掘進機施工臨建布置情況、機掘施工計劃方面對此隧道挖掘工程進行了介紹。

關鍵詞 懸臂式隧道掘進機；隧道挖掘；復雜地質

前言

本文所研究的工程為渝中朝天門110kV輸變電工程，其電纜隧道位于重慶市渝中區朝天門片區，隧道南起于解放東路和誠大廈附近，北止于陜西路浙商廣場附近，沿途有多條城市主干道路匯聚于此，為商業鬧市區，交通繁忙，人流量較大。

地質構造和底層巖性方面，本隧道段巖層產狀為290°<13°，張開度0～2mm，平直光滑，無充填，結合差，屬硬性結構面，呈單斜產出。本隧道主要穿過中分化砂巖和泥巖，覆蓋層主要為第四系人工填土，局部有少量卵石土，下伏侏羅系中統沙溪苗組巖石。

水文地質方面，城區地表排水系統較完善，道路路面全部硬化，大氣降水及地表水排泄條件較好，地表排水向低處流入長江中，城市污水、廢水通過市政下水道匯入污水處理廠。

總之，此工程具有環境條件差，施工工期短任務急計劃必須周全、市政修建道路工序交叉并存在風險的特點，在時間緊、任務重，開挖速度成為本工程進度的關鍵制約因素的前提條件下，為有效提高開挖速度，本工程選用懸臂式隧道掘進機進行掘進施工。

懸臂式掘進機因為具有通用性強，作業范圍廣，在降低勞動強度，提高效率，縮短工程周期等優點，被廣泛用于礦山采掘、水利建設、隧道交通、城市地鐵等重大工程建設。懸臂式掘進機屬于部分斷面掘進機，其主要由截割部、鏟板部、運輸機、行走部、后支撐部、電控系統、第一運輸機等組成。

1 掘進機施工臨建布置情況

1.1 供電

掘進機供電額定電壓為1140V，配套專用柴油發電機組一臺，經專用變壓器變壓到1140V后供掘進機使用，專用變壓器至掘進機線纜最大為300m左右，符合供電要求。電源位置設置于4號豎井施工區域內，并派專人監護維修[1]。

1.2 供排水

供水水源為引接自“中航里城”項目的自來水管網。掘進機所需水源水壓為1～2MPa，市政管網水壓不能直接滿足掘進機所需水壓的要求。故采用不銹鋼水箱+變頻增壓泵的增壓方式進行增壓處理。水箱位置設置于4號豎井施工區域內，并派專人監護維修。

排水方式由井下水泵抽排至地面沉淀池，經沉淀后就近排入市政污水管網。

1.3 出渣

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渣運至掘進機尾部，自卸料斗在此等候和跟進，石渣直接裝在料斗內，然后通過電動車將渣運至豎井井底，提升至井上后卸于渣場。在保證開挖速度的情況下，也可采用裝載機、挖掘機等設備輔助進行出渣。隧道出渣可與開挖同期進行以利節省時間。

2 機掘施工計劃

本懸臂式掘進機施工作業段隧道沿施工設計圖規定方向及坡度掘進，采用激光定向，XTR4/180型懸臂式隧道掘進機截割，電動車出渣，全斷面一次開挖，掘進開挖與初期支護順序作業的施工方法進行，初期支護在掘進開挖間隙期（通常在夜間設備檢修期8小時內）進行，其中運輸搭設鋼拱架，搭設鋼筋網片、錨固約需5、6小時。開挖后及時施作初期支護，做好隧道監控量測，以監測結果及時調整支護參數和初襯施做時間[2]。

2.1 機掘施工方法及工藝

掘進方法方面，采用激光定向，XTR4/180型懸臂式隧道掘進機截割，掘進機鏟板裝渣，通過掘進機刮板輸送機及橋式轉載機將渣轉載至電動車上，全斷面一次開挖的施工方法進行掘進。

掘進施工工藝流程方面，流程如下：交接班及安檢 → 測量及找頂→ 開機檢查 → 掘進機截割、裝渣、運渣 → 初期支護（搭設鋼拱架、掛網）→ 風、水、電設施安裝及調試 → 下一循環。

檢修工藝流程方面，流程如下：檢修前準備 → 檢修掘進機各部位、加油、更換截齒；檢修錨桿機、檢修電動車；管線延設及其他檢修工作 → 開機調試。

掘進機截割工藝及要求方面，流程如下：開機前準備 → 校檢中線 → 啟動掘進機調整截割頭 → 打開掘進機噴霧，同時開始截割 → 用掘進機截割頭刷齊隧道兩幫并出渣。

2.2 管線敷設

各類管線、風筒設施的布置及要求方面，在隧道一側直墻上，安裝高度1.5m，每3.0m安裝一組管托架（管路托架采用40×5mm扁鐵制作），管路托架采用專用錨桿進行安裝固定（專用錨桿使用Φ20×1000mm的螺紋鋼錨桿，每根錨桿使用2節藥卷錨固），兩趟管路由上往下依次為供風管、供水管[3]。

電纜吊掛整齊，電纜垂度不超過50mm。高壓電纜與低壓電纜敷設間距大于100mm。電纜鉤采用礦用的塑料電纜鉤，每個鉤上只準懸掛一根電纜。電纜懸掛必須呈一條線。洞內供風風筒的懸掛方面，供風風筒懸掛在隧道頂部中間，距隧道底板大于1.5m，向施工作業面供風。按照風筒懸掛的線路，使用8#鉛絲穿過風筒懸掛環，綁在隧道頂部鋼筋梯梁上，確保排列一條線，環環吊掛。風筒口距離工作面距離滿足規范要求。洞內向外抽排風，隨著隧道掘進深度增加，按規范要求增設排風管道向外排風。

參考文獻

[1] 王卿權.淺析懸臂式掘進機的發展概況與趨勢[J].礦業裝備，2012，

（10）：108-109.

[2] 黃田.懸臂式掘進機截割頭截齒排列的優化設計[D].太原：太原理工大學，2015.

[3] 吳杰.基于工業設計思想的懸臂式掘進機截齒布置設計[J].煤礦機械，2014，35（3）：30-32.