懸臂式掘進(jìn)機(jī)在泥巖隧洞中的應(yīng)用

陳京林

摘 ?要：泥巖隧道的隧洞圍巖不穩(wěn)定，在施工中出于對安全性的考量，不應(yīng)當(dāng)使用爆破法施工。此時，可以引入懸臂式掘進(jìn)機(jī)完成施工。基于此，文章以引洮供水工程項目中的某一標(biāo)段內(nèi)泥巖隧洞施工為例，在簡單說明項目情況與施工背景條件的基礎(chǔ)上，從懸臂式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的可行性、優(yōu)化應(yīng)用措施的選定、安全應(yīng)用措施的設(shè)定這幾方面入手，闡述了泥巖隧洞施工中懸臂式掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)化應(yīng)用，為同類工程施工操作的展開提供參考。

關(guān)鍵詞：泥巖隧洞 ? 懸臂式掘進(jìn)機(jī) ?施工安全 ? 隧洞施工

Application of Cantilever TBM in Mudstone Tunnel

CHEN Jinglin

（Guangdong NO.2 Hydropower Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong ?Province， 511340 China）

Abstract： The surrounding rock of mudstone tunnel is unstable. For the sake of safety， blasting method should not be used for construction. At this time， the cantilever TBM can be introduced to complete the construction. Based on this， taking the mudstone tunnel construction in a bid section of Yintao water supply project as an example， on the basis of the brief description of the project situation and construction background conditions， this paper expounds the optimal application of cantilever TBM in mudstone tunnel construction from the aspects of the feasibility of cantilever TBM application， the selection of optimization application measures and the setting of safety application measures， so as to provide reference for the construction operation of similar projects.

Key Words： Mudstone tunnel;Cantilever TBM; Construction safety; Tunnel construction

隧洞施工復(fù)雜程度偏高，且受到多種因素的影響，出于對施工現(xiàn)場安全性維護(hù)的考量，如果隧洞圍巖的穩(wěn)定性處于較低水平，則必須要選用更為溫和的施工方式替代爆破施工，并結(jié)合施工實(shí)際需求對相應(yīng)施工方案實(shí)施優(yōu)化設(shè)定。

1項目概述

引洮供水工程項目中的某一標(biāo)段長6416.94m，建設(shè)項目主要有隧洞3042.71m;暗渠1642.7m;倒虹吸3306.99m（其中包含11#穿管隧洞段1590.36m）及其他工程。其中，11#隧洞進(jìn)口控制段，長1590.36m。斷面型式為城門洞，縱坡坡比1/36，采用現(xiàn)澆砼襯砌，凈斷面尺寸寬×高=3.4m×2.7m，洞內(nèi)架設(shè)倒虹吸管道。

本項目中隧洞圍巖以砂質(zhì)泥巖為主，施工重點(diǎn)及施工難點(diǎn)為27+495～28+955.29極不穩(wěn)定Ⅴ類圍巖的隧洞施工。該段圍巖水平層狀，遇水易泥化，崩解，失水干裂，開挖后自穩(wěn)性差，有滲水，對隧洞施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度極為不利。同時，施工工期緊，業(yè)主下達(dá)任務(wù)多，且隧洞圍巖不穩(wěn)定，若使用爆破法施工，將存在極大的安全風(fēng)險，對隧洞施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度極為不利。選用掘進(jìn)機(jī)施工可降低安全風(fēng)險，提高安全系數(shù)，對安全有進(jìn)一步的保障，且在確保安全的情況下能夠加快施工進(jìn)度和提高施工質(zhì)量。

2泥巖隧洞施工中懸臂式掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)化應(yīng)用方案設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的可行性分析

在本泥隧洞項目施工中，懸臂式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的可行性主要集中在以下幾方面：

第一，根據(jù)施工圖紙可以了解到，隧洞圍巖巖性變化很大，巖石硬度差別大，地質(zhì)構(gòu)造多，裂隙發(fā)育程度不均，受滲水影響穩(wěn)定性差，泥化嚴(yán)重，時常出現(xiàn)局部掉塊塌落現(xiàn)象，選用掘進(jìn)機(jī)開挖有利于提高施工安全系數(shù)，減小在施工過程中對圍巖的擾動[1-2]，避免了由爆破震動而造成巖石強(qiáng)度降低、巖石結(jié)構(gòu)松動、巖石局部破裂等不利情況，有利于保護(hù)巖體原有的自承能力，不易造成大面積的變形及局部滑塌。

第二，11#隧洞進(jìn)口控制段長度為1590.36m，而由于施工人員流動性較大，并考量到設(shè)備維護(hù)等因素，若采用爆破法施工勢必會影響整個工程進(jìn)度，對項目經(jīng)營帶來極大的壓力[3]。選用安全、高效的施工設(shè)備可提前施工工期，將減少項目經(jīng)營壓力。

第三，懸臂式掘進(jìn)機(jī)在泥巖隧洞中掘進(jìn)時，因其對電壓敏感度高（超過額定電壓±5%，設(shè)備不能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)和作業(yè)）、產(chǎn)生的溫度過高、卡鏈（含水量較大的泥巖）等，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)在無法正常工作運(yùn)行[4]，因此，若能解決掘進(jìn)機(jī)電壓敏感度、運(yùn)行時溫度過高、卡鏈等諸多問題，當(dāng)前設(shè)定目標(biāo)可順利實(shí)現(xiàn)。

2.2 優(yōu)化應(yīng)用措施的選定

為確保掘進(jìn)機(jī)正常掘進(jìn)，并保證可以在較短的時間內(nèi)解決電壓敏感度、溫度過高、卡鏈、人員操作盲區(qū)等問題[5]，根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件等各方面的要求，確定出兩個優(yōu)化方案，即對新購的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行置換、對掘進(jìn)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。同時，對比這兩方案的成本、可行性、展開時間等項目，選取對掘進(jìn)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化作為本項目懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用方案。在此基礎(chǔ)上，對掘進(jìn)機(jī)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化這一方案實(shí)施進(jìn)一步的細(xì)化分解，確定出具體的操作措施，主要如下：

2.2.1優(yōu)化方案的第一級分解與分析

第一，置換掘進(jìn)機(jī)電壓系統(tǒng)。在該項操作方案中，主要落實(shí)對掘進(jìn)機(jī)電壓系統(tǒng)進(jìn)行置換。整體操作簡單程度偏低，成本較高，且不能保證置換后掘進(jìn)機(jī)的正常運(yùn)行。同時，在進(jìn)行置換電壓系統(tǒng)的過程中，對相關(guān)操作人員的技術(shù)水平要求表現(xiàn)出較高水平，難以切實(shí)滿足施工要求。基于這樣的情況，在本次施工中不對這一方案予以采用。

第二，調(diào)整掘進(jìn)時間并對降溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。在該項操作方案中，主要購買變壓器和升壓器，調(diào)整電壓檔位，采用增設(shè)水箱、液壓油箱進(jìn)行降溫，采用布設(shè)短鋼絞線刷掃槽方式解決卡鏈。整體操作簡單程度較為理想，且成本較低，能夠基本滿足施工要求?；谶@樣的情況，在本次施工中對這一方案予以采用。

第三，短進(jìn)尺、快循環(huán)。該項操作方案雖然符合隧洞施工要求，但是不能夠很好的發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的高效性，并且無法切滿足工人正常休息時間。同時，在用電量較高的白天仍然存在電壓敏感問題，掘進(jìn)機(jī)施工效率也未達(dá)到理想水平。基于這樣的情況，在本次施工中不對這一方案予以采用。

2.2.2優(yōu)化方案的第二級分解與分析

經(jīng)過上述分析選定調(diào)整掘進(jìn)時間并對降溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，對該方案實(shí)施二級分解分析，具體包括：

第一，調(diào)整掘進(jìn)時間，即盡量在電壓較穩(wěn)的夜間掘進(jìn)，并引入變壓器和升壓器。具體而言，選擇在系統(tǒng)電壓較為穩(wěn)定的時段（夜間）進(jìn)行開挖，同時隨著隧洞掘進(jìn)長度增加，根據(jù)電壓情況，調(diào)整變壓器、升壓器的檔位;布設(shè)高壓鎧裝電纜，降低安全風(fēng)險。整體操作簡單，靈活性及實(shí)用性較好，安全性理想因此予以采用。

第二，對降溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，即增設(shè)水箱與液壓油箱。原設(shè)備采用直通水降溫，但會產(chǎn)生較多廢水，對于泥巖將會導(dǎo)致底板泥化，采用增設(shè)水箱、液壓油箱的方式，再使用風(fēng)冷系統(tǒng)進(jìn)行降溫，穩(wěn)定設(shè)備水溫、油溫溫度，以此確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。雖然該措施的成效也較為理想，但是相比于上一措施，所產(chǎn)生的成本費(fèi)用偏高，因此不予采用。

2.3 安全應(yīng)用措施的設(shè)定

為了進(jìn)一步強(qiáng)化泥巖隧洞施工中懸臂式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用的安全性，必須要設(shè)定高實(shí)效性的安全應(yīng)用措施。在本項目施工中，主要依托對緊急制動措施的設(shè)定強(qiáng)化應(yīng)用安全，具體操作如下：

第一，引入雙管路制動系統(tǒng)，并設(shè)置空氣制動及駐車制動，以此對電機(jī)車溜車采取反向制動，加大電機(jī)車的牽引力。此時，通過利用空壓作用減少制動力;通過增加彈簧作用力進(jìn)行制動。

第二，引入頭尾垂直剎車，在電機(jī)車頭尾采用垂直鋼柱，具體來說，就是在電機(jī)車頭尾設(shè)置垂直鋼柱及制動系統(tǒng)。基于這樣的情況，能夠在電機(jī)車溜車時通過制動系統(tǒng)，鋼柱直接插到鐵軌上面。一般情況下，電機(jī)車防溜緊急措施主要在車頭部位設(shè)置七字鉤，但此方法如在本工程實(shí)施將會對電機(jī)車編組造成一定的影響。因為本工程始發(fā)井較小，井口有效距離只有23m長，8.4m寬，所以在實(shí)踐中選用頭尾垂直剎車的措施，在電機(jī)車頭尾兩端設(shè)置頭尾垂直鋼柱。

依托上述優(yōu)化應(yīng)用措施的落實(shí)，有效解決超大坡度電機(jī)車制動失效應(yīng)急措施的難題，保證工期的同時提升施工現(xiàn)場安全水平，促使泥巖隧洞施工中懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢得到最大程度的發(fā)揮。

3 結(jié)語

綜上所述，由于泥巖隧道的隧洞圍巖不穩(wěn)定，因此不適合使用爆破法施工，此時，需要選用掘進(jìn)機(jī)施工，以此促使安全風(fēng)險下降，提高安全系數(shù)，且在確保安全的情況下能夠加快施工進(jìn)度和提高施工質(zhì)量。施工中，出于促使泥巖隧洞施工中懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢得到最大程度發(fā)揮的考量，可以調(diào)整掘進(jìn)時間并對降溫系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，同時優(yōu)化引入雙管路制動系統(tǒng)、頭尾垂直剎車這些緊急制動措施，保證懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用效果、泥巖隧道施工質(zhì)量達(dá)到最佳。

參考文獻(xiàn)

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