地鐵施工深豎井及暗挖隧道開挖施工設備配置研究

楊佳奇

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116000）

0 引言

地鐵建設需要突破各種地理條件和環境的限制，施工的過程具有一定難度，需要配置設備來幫助地鐵施工深豎井及暗挖隧道開挖施工，減少對環境的污染，減少工程所用時間，提高工作效率，并且適用于地鐵隧道等施工工期較長、施工條件多變的施工類型。工作人員在施工過程中，一定要注意可能出現的技術和設備風險，及時在第一時間預防。

1 深豎井及暗挖隧道開挖在地鐵施工中的設備配置

1.1 基坑深度為0～35 m 以內開挖施工設備配置方案

在基坑深度為0～35 m 以內開挖施工設備配置中，通常采用307 挖掘機和312 挖掘機相結合作業的方式進行開挖。卡特307 挖掘機是深豎井及暗挖隧道開挖時的常用設備，其機器中具有液壓系統，能夠利用平穩的液壓裝置來進行推土和挖坑工作，能夠輕松完成暗挖隧道開挖的地鐵施工工作。其斗桿和動臂可以根據地鐵施工時的土層特點，配備加長斗桿和拇指夾，使307 挖掘機的挖掘范圍能夠調整，動臂的穩定性得到提高。另外，307 挖掘機里安裝了最新的卡特彼勒D 系列系統，這套系統具有非常高的調控能力，搭配操縱手柄上的輔助控制裝置，可以使307 挖掘機的使用更加方便，減少了深豎井及暗挖隧道開挖的操控難度。

312挖掘機采用高頻錘，相較其他挖掘機，其外殼采用精細化熱處理工藝，整板成形，沒有任何焊接點，較厚的鈑金在挖掘較硬土層時不會輕易開裂，實用性非常強。在地鐵施工中深豎井及暗挖隧道開挖工作時，避免了因機器設備破損、定期更換而延誤的工作周期，對于較硬的土層也不需要重新設置解決方案，簡化工作環節的流程，提高工作效率。312 挖掘機具有兩個氣壓彈簧，相較于普通挖掘機沒有氣壓彈簧或者只有一個，其工作的安全性大大提高。

在進行開挖時，需要先對施工現場的基坑深度進行分析和探測。經過數據對比分析，若基坑深度為0～35 m 以內，施工地點的泥巖硬度為25 MPa，需要重新規劃施工的裝置配置，若采用普通挖掘機進行開挖，無法達到預期效果。因此在開挖前，需要結合挖掘機尺寸與新增豎井型號，根據數據分析，配置一臺卡特307 挖掘機，來進行基坑內松土層的松動，使隧道在開挖時更加順利；再配置一臺卡特312 挖掘機，通過挖掘機的高頻振動破碎錘來破壞泥巖層，使泥巖層各部分的層次被破壞掉；泥巖層松動后，再次利用307 挖掘機進行作業，將泥巖層運送到合適位置，為后續工作創造條件。在暗挖隧道開挖的基坑中，由兩臺挖掘機同時作業，通過高頻振動破碎錘對土層作業，再由另一臺挖掘機與其配合，把作業完成的松土轉運至抓斗中，加快了整個施工效率。但這種方式存在一定缺點，當兩臺挖掘機在基坑配合作業時，基坑的深度一旦超過35 m，受施工深度限制，工程后期的工作效率會較慢，有一定的局限性。

1.2 基坑深度35～55.51 m 以內開挖施工設備配置方案

在設備配置的選擇上，要隨著基坑挖掘的深度，來對設備配置進行選擇，在深度到達35～55.51 m 時，選擇施工設備時，可以將土方垂直提升設備更換為龍門吊配料斗吊運，也就是龍門吊吊運，即龍門式起重機。龍門式起重機是橋式起重機的一種變形，其具有多種分類方式，按照門框結構可以分為懸臂門式起重機和門式起重機，按照主梁形式可以分為單主梁和雙主梁，按照主梁的結構又可進一步細分。每一款龍門起重機的作用和適用場合各不相同，地鐵施工中需要根據土層特點選擇不同的龍門式起重機，其作業范圍大、場地利用率高、適應面廣。

當需要施工的地鐵開挖深度為55.51 m 時，可以選擇龍門起重機中比較常用的45T 型起重機，其主鉤起升速度為1.2～12 m/min，能夠提高地鐵開挖施工的效率。但是龍門吊配合施工時，因為基坑內場地狹小，龍門起重機的料斗放在基坑內由挖掘機裝土的過程中，另一臺高頻振動破碎錘不能同時作業，這會影響整個工程的工作效率，可能在規定的施工周期內無法完成既定施工任務。

2 地鐵施工暗挖隧道技術與設備配置結合的具體應用

2.1 地鐵施工暗挖隧道CD 法上下臺階開挖設備配置

CD 法進行施工時，上下臺階開挖主要由銑挖機進行作業。銑挖機是一個獨立的設備部件，可以安裝到任何類型的液壓挖掘機上，如安裝到挖掘機的小臂或大臂上可代替破碎錘和液壓剪等設備，銑挖機為地鐵隧道開挖提供了一種新的高效的施工方式。在隧道開挖時，一般只使用銑挖機挖掘隧道輪廓，只有少數巖層硬度比較低的情況，可以直接將銑挖機用于隧道的掘進，相比其他開挖方式，該方式對周圍環境的影響較小。銑挖機操作方便，由其開挖的輪廓非常清晰，在后期施工中，工作人員只要根據開挖的輪廓進行施工，提高整個工作效率，而且可以輕松解決隧道開挖時內表面鑿槽問題和開挖邊溝問題。上下臺階法是在挖掘的過程中，分上下兩步進行開挖工作，能夠最大化利用銑挖機的優勢。

在實際操作中，高頻破碎錘與卡特312 挖掘機相互配合開挖上臺階，對周邊弧形超欠挖的控制上存在施工難度。如果采用人工修邊的方式，會增大整個工程量，延長工程周期，耗費很高的人力成本。若高頻破碎錘從下臺階開挖，銑挖機在下臺階對上臺階開挖，銑挖機挖過的周圍的超欠挖的弧形變小，使人工修邊的工作量大大減少。但是工作人員在使用銑挖機的過程中智能性較低，在對周邊弧形開挖時需要專業人員在旁指揮。若需要開挖的隧道巖層為泥質粉砂巖，施工會損害銑挖機刀頭，需要及時更換損害嚴重的刀頭，需要的成本比較大。

2.2 將管井抽水或水平滲水井和真空泵結合

針對一些特殊土層，結合真空泵和管井抽水展開抽水工作，為隧道開挖做前期的基礎工作鋪墊，可使后續工作順利進行；也可根據輻射井當中的水平滲水井和真空泵連接的方式，來完成抽水工作。這兩種方式運用了相同原理，真空泵能夠在水平井或管井中構建出適合抽水的真空環境，加快地層中水流流向水管的速度，提高抽水效率，減少地鐵施工中抽取地表水的工時。工作人員觀察這種方法運用后的實際效果，尤其是沉降的觀測結果，利用真空泵將管井抽水或結合水平滲水來抽水所產生的沉降，與傳統降水方法所產生的沉降量幾乎相同，所以這種方式對環境的污染很小。

在地鐵隧道開挖施工時，需要先對暗挖的土層以及周圍環境進行全面的調查分析。通過調查數據分析，發現需要暗挖的土地含水層以砂土層和粉土層為主，通過查閱資料發現，這種土層自身的滲透系數相較正常土層小，在降水工作中要根據土層的特點選擇合適方式。如果常規的降水方法不能及時排除透水層中的飽和水及含水層當中的殘留水，會導致暗挖作業時土層中還存在水量，不利于整個暗挖工作的開展，使作業安全性受到影響。此種情況下，需要使用真空降水技術和真空泵投入到隧道開挖應用中，全部排出土層的地下水，尤其要排空飽和水，使整個地鐵施工的過程更加順利。

2.3 隧道內開挖水平運輸和垂直運輸設備配置

不同的運輸方式，需要根據隧道開挖的情況進行判斷。垂直運輸主要應用于每循環隧道開挖完成后，需要將渣土進行運輸，在隧道比較短的情況下，可以采用40 側翻裝載機進行運輸。這種設備裝置能夠直接將渣土轉運到豎井底部龍門吊料斗內，并且40 側翻裝載機的一端是封閉形式，可防止運輸過程中產生渣土灑落。在選擇隧道內開挖垂直運輸設備配置時，主要選用龍門吊配料斗吊運大型施工用材料，如鋼筋、管棚等。其垂直提升速度快、吊運量較大，適合較大工程量現場的大規模吊運、修建。

隧道開挖施工中，管棚用于增強軟弱地層和破碎地段的承載力，及一些嚴格限制要求的情況，可以防止發生再次塌方造成的二次傷害；即使再次塌方，管棚也會在中間起到緩沖作用。管棚具有環槽效應，極大降低了反向拉伸波對圍巖造成的破壞，以及減小對周圍擾動的范圍；管棚具有加固效應，能夠提高圍巖的承受能力，因此，管棚被常常運用于地鐵施工中。但是因為管棚長度和形狀的獨特性，主要依靠豎井井口提升架及洞內運輸機車進行運送，將已經加工好的管棚運送到地鐵施工的隧道中。在管棚放置的時候，需要注意在洞中做好防止管棚滾落的措施，以免出現危險。

3 總結

在選擇開挖設備時，需要根據地鐵施工中暗挖隧道開挖的巖層和泥土層情況來判斷具體的設備配置，根據基坑深度來選擇是運用卡特307 挖掘機還是龍門式起重機，根據上下臺階來選擇是運用銑挖機還是高頻破碎錘。在設備的使用過程中，還要注意設備所創造的經濟效益和時間效益，使工程更加高效地進行。