懸臂式掘進機在地鐵小凈距淺埋暗挖隧道施工中的應用

龍明華、周軍強、劉云龍、湯宇、凌濤

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南長沙410117）

1 工程概況

青島市地鐵8 號線膠州北車輛基地出入段線暗挖隧道里程RDKO+015.000～RDK0+150.907，為單洞雙線馬蹄形斷面，全長15.907m，采用CD 法開挖，具體斷面如圖1所示。青平線左、右線暗挖隧道里程DK2+439.093～右DK2+575.000 為單洞單線馬蹄形斷面，全長15.907m，采用臺階法開挖。設計圍巖V 級，出入段線及青平線暗挖隧道埋深8.3～12.25m。場區地質情況基巖以泥質粉砂巖、砂巖為主，局部發育構造巖，地下水主要類型為基巖裂隙水。

1.1 下穿站前大道

青平線隧道于DK2+464～DK2+492、出入段線隧道于RDKO+040～RDK0+065 下穿膠州北站站前道路。車站站前道路標準段寬23m，與青平線隧道頂豎向凈距約9.47m，與出入段線隧道頂豎向凈距約8.26m。

1.2 下穿220KV 膠鐵線地下電力管涵

青平線右線隧道于右DK2+518、青平線左線隧道于左DK2+507、出入段線隧道于RDKO+090 下穿220kV 下穿膠鐵線地下電力管涵。電力管涵為混凝土矩形斷面，凈空尺寸寬1.2m，高1.1m，埋深約0.75m，與青平線隧道頂豎向凈距約7.3m，與出入段線隧道頂豎向凈距約6.6m。

2 小間距隧道施工特點

埋深淺，下穿既有電力管廊、站前大道，風險高，偏壓，施工難度大。淺埋小間距暗挖隧道開挖對周邊隧道影響較大，受地層位移及地表沉降影響較大，對周邊環境影響較大，對開挖、初期支護等施工要求高。

3 施工方案選擇

3.1 施工方法確定

由于隧道斷面有單洞單線、單洞雙線，且下穿既有站前大道需加大斷面，采用傳統鉆爆法施工，對周邊圍巖擾動非常大。隧道下穿既有電力管廊、站前大道，采用傳統爆破工藝施工，對圍巖擾動大，施工難度大，安全風險非常高。另因隧道距離既有濟青客站僅385m，臨近鐵路施工不允許放炮施工，僅能非爆破施工，采用破碎頭開挖工效非常低，進度十分緩慢。

為有效加快施工進度，減少施工安全風險，本工程引進了1 臺EBZ260 型懸臂掘進機進行隧道開挖，可同時滿足3 個暗挖隧道施工，施工工效高。

3.2 懸臂式掘進機構造介紹

EBZ260 型懸臂式掘進機能夠連續實現切割、裝載、運輸作業。懸臂式掘進機由截割部、鏟板部、本體部、行走部、第一運輸機、電氣液壓系統、水系統、潤滑系統、后支承系統等構成。

設備參數如下：長12.63m，寬3.6m，總體高度2m， 總重95t，經濟切割硬度小于90MPa，總功率468kW，供電電壓1140V。定位切割范圍：高5.2m，寬6.3m，面積31m2。具體截割部技術參數如表1所示。

表1 截割部技術參數

3.3 暗挖隧道施工工法

青島市地鐵8 號線出入段線暗挖隧道為單洞雙線隧道，采用CD 法進行開挖施工，青平線暗挖隧道為單洞單線隧道，采用臺階法進行開挖施工。根據暗挖隧道地質巖層報告顯示，巖石強度最大為23.6MPa，而EBZ260 懸臂式掘進機切削強度達90MPa。

3.3.1 臺階法施工

通過此次哈佛管理導師課程學習讓我了解到對于溝通難題的解決方式：1.界定問題；2.篤行積極傾聽；3.確定公示領域；4.共同探索解決方案；5.決定計劃；6.展望未來。特別是在問題界定中有一條講到將溝通難題描述為差異而不是性格缺陷，讓我不再因為自己性格的問題而感覺自卑開不了口。我相信我一定會將這些學習內容應用到今后的工作和生活中，確保每一次溝通都是積極有效的，確保溝通不再產生問題和難題。

對于單洞單線隧道標準斷面，采用上、下臺階法進行開挖施工，為有效減少對上部圍巖的擾動性，上臺階采用懸臂式掘進機進行開挖施工，下臺階采用破碎頭進行破碎開挖，上下臺階長度為一臺掘進機的機身長度。

3.3.2 CD 法開挖施工

對于出入段線單洞雙線隧道，采用CD 法進行開挖施工。①、②部的上臺階采用懸臂式掘進機進行開挖，①、②部的下臺階采用破碎頭進行破碎開挖。

3.3.3 施工工藝

（1）施工流程

施工前期準備—掘進機進入—掘進開挖—噴霧降塵—轉盤、鏈帶倒運渣土—裝載機接渣、出渣—渣土外運—掘進機退出—小挖機破碎修邊角—挖機扒渣墊平—初支作業—下一工序循環。

（2）操作要點

噴霧降塵：利用橡膠軟管自掌子面附近接入噴霧用水，噴灑方向自操作臺面向掌子面，由于破碎的巖土粉碎，降塵時務必保證噴頭噴出水為霧狀，不宜采用明水噴灑降塵，宜造成粘連對出渣不利[1]。

轉盤、鏈帶倒運渣土：掘進機掘進過程中即可開動托盤上的轉刀攜渣進入鏈帶式槽道，通過鏈帶式槽道運至機尾，由于渣土開挖速度較快，當掌子面渣土堆載過多時，應暫停開挖，通過調整掘進前后左右位置先進行出渣再繼續開挖。

裝載機接渣、出渣：出渣需裝載機緊跟，渣土自機尾掉入裝載機斗鏟中，裝滿后裝載機退出，需注意在裝渣過程中裝載機斗鏟前后左右伸展和掘進機前進后抬的機械配合。

渣土外運：遠程棄渣需由出渣車進行轉運，隧道凈空小的短程隧道可退至洞口倒入出渣車，遠程隧道可通過聯絡通道或倒車洞進行調頭[2]。

掘進機退出：掘進機出場時，應由專人配合按序將專用電纜線收攏盤置于掘進機機身上固定位置。

小挖機破碎修邊、角：掘進機開挖到最大程度后，掘進機退出并由小挖機破碎錘進行欠挖及邊角處理，處理完畢后由挖機進行扒渣墊平。

初支作業：裝載機轉運開挖臺車至掌子面，打設超前小導管并注漿、架立格柵（工字）鋼架、打設鎖腳錨管、打設系統錨桿、焊接連接鋼筋、鋪設鋼筋網片，及時進行初噴等初期支護作業[3]。

4 現場施工情況

青島市地鐵8 號線從2018年10月12日引進1 臺懸臂式掘進機進行施工，對8 號線單洞雙線隧道（開挖寬度12.1m，高9.8m，長136m），青平左、右線隧道（開挖寬度7m，高8.7m，長136m），2019年1月6日開挖完成，完成了3 個暗挖隧道施工。由于3 個隧道屬于小間距隧道，保證了懸臂掘進機的利用率，日進度達7.5m。通過采用EBZ260 懸臂式掘進機施工，總結如下：

施工電力配置，需單獨配置630KVA 變壓器1 臺，專為懸臂掘進機施工使用。

施工機械配置：懸臂掘進機1 臺，自卸車3 臺，320挖機（帶破碎頭）2 臺，裝載機1 臺。

在一次性標準斷面循環施工中，開挖僅1.5～2h即可完成，且超欠挖控制較好，基本無超挖。

通過1 臺懸臂式掘進機同時可開挖3 個暗挖隧道成本分析，采用懸臂式掘進機成本比傳統鉆爆（破碎）施工，成本降低35%左右，而且對超欠挖控制較好，大大節約成本。

施工管理模式，懸臂掘進機施工每天工作3 班，每班5～6h，每班6 個人，其中操作司機1 人，自卸車司機3 人，輔助工人2 人。

5 結語

青島市地鐵8 號線出入段線暗挖隧道、青平線暗挖隧道的順利貫通表明，懸臂掘進機在地鐵暗挖隧道小間距隧道施工中，適應能力特別強，開挖質量較高，可降低隧道開挖的安全風險，具有傳統鉆爆（破碎）無法比擬的優勢。

懸臂掘進機在施工過程中，采用先掘進切削，后噴混凝土支護方法，體現了掘進法通過中小斷面軟弱圍巖的特點，使進度明顯提高，安全風險有效降低。懸臂掘進機施工過程中，對圍巖擾動較小，超欠挖控制較好，可提高隧道開挖質量，節約噴射混凝土，節約施工成本。懸臂掘進機在下穿既有道路、鄰近建筑物施工，有很強的現實意義。