隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法

隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法摘要：近些年來，社會經(jīng)濟的發(fā)展，帶動了我國高速鐵路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。值得注意的是，在國內(nèi)一些高速鐵路工程項目，作為全線控制線工程，其特點鮮明，比如施工任務(wù)繁重，工期緊張等，因此在其隧道開挖施工環(huán)節(jié)，合理選擇開挖施工掘進機械及施工工藝方法（簡稱“施工工法”）顯得至關(guān)重要。本文以隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法特點及適用范圍為切入點，然后分析隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法要點，旨在全面提升高速鐵路工程項目隧道開挖施工的質(zhì)量及安全性。關(guān)鍵詞：高速鐵路；隧道懸臂掘進機；機械開挖；施工工法；特點；適用范圍；要點蘭合鐵路，為國鐵I級高速鐵路，起點為蘭州西站、終點為合作站，是以旅客運輸為主，兼顧輕快貨物高鐵物流運輸功能的國鐵干線。在其西固隧道，作為雙洞單線隧道，正線全長為22100米。因工程屬于全線控制性工程項目，存在施工任務(wù)繁重、工期緊張的鮮明特點，為確保隧道工程施工效率、質(zhì)量及安全性的協(xié)同提升，減少對周邊環(huán)境的擾動，保護所處區(qū)域生態(tài)環(huán)境，降低施工風(fēng)險，選擇合理科學(xué)的隧道掘進開挖施工工藝技術(shù)方法非常重要。此外，值得注意的是，對于隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法，因施工機械化程度高，施工工藝技術(shù)成熟，因此值得應(yīng)用在本工程隧道掘進開挖施工作業(yè)過程當(dāng)中[1]?？傮w而言，為全面提高隧道掘進開挖施工的質(zhì)量及安全性，本文圍繞“隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法”展開分析研究價值意義顯著。1.隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法特點及適用范圍概述1.1工法特點對于隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法，其特點鮮明，主要包括：（1）工藝效果好。在隧道開挖過程中，通過懸臂掘進機機械截割形式，能夠使爆炸炸藥的使用量有效減少。同時，與爆破開挖工藝比較，懸臂式掘進機的振動更低，能夠減輕對圍巖產(chǎn)生的擾動，保證截割面巖體具備良好的穩(wěn)定效果，使大范圍失穩(wěn)坍塌問題得到有效預(yù)防控制。（2）安全性高。合理應(yīng)用隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法，可以使掌子面施工人數(shù)減少，且施工過程安全性比較高，可以有效降低隧道掘進事故風(fēng)險等級，使現(xiàn)場施工人員的人身安全得到有效保證。此外，對于圍巖截割面，具備良好的可控性，能夠使傳統(tǒng)爆破方式引發(fā)的超欠挖問題避免出現(xiàn)。（3）加快施工進度，控制施工成本。隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法在合理應(yīng)用的基礎(chǔ)上，可以使鉆爆施工因炸藥管理控制不佳、勞動安全保障性不足對工程進度產(chǎn)生的制約得到有效避免[2]。與此同時，和傳統(tǒng)施工工藝技術(shù)方法比較，施工機械化程度比較高，且可操作性強，施工流程合理科學(xué)，速度快，在加快施工進度的基礎(chǔ)上，能夠使施工工期有效縮短，進一步使施工成本得到有效控制。1.2適用范圍結(jié)合實踐工作經(jīng)驗來看，隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法適用范圍包括：①脆性巖石或巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖石較軟的圍巖地層；②對周邊環(huán)境保護性較強軟弱圍巖地層，比如小凈距隧道掘進工程、周邊建筑物保護要求很高的隧道掘進工程、有溜坍體的隧道掘進工程等。本工程項目中，上臺階掌子面圍巖情況、下臺階揭示圍巖情況如下圖1、2。圖1·上臺階掌子面圍巖情況圖

圖2·下臺階揭示圍巖情況圖2.隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法要點分析如前所述，隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法特點鮮明，為提升隧道掘進開挖施工質(zhì)量及安全性，則有必要掌握其施工工法要點。具體而言，主要要點包括：2.1了解施工工藝原理基于懸臂式掘進機作業(yè)狀態(tài)下，在主機截割頭轉(zhuǎn)動的基礎(chǔ)上，將巖石切割破落下來，然后利用前鏟板星輪把渣土轉(zhuǎn)送到運輸皮帶當(dāng)中，運輸皮帶把渣土輸送到掘進機尾部位置[3]。基于尾部通過挖掘機裝車出渣的配置，并將輸送皮帶裝置安裝好，可直接把渣土輸送到渣車上。在此基礎(chǔ)上，在上下、左右擺動切割臂的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)對隨帶斷面任意位置的切割，保證截割頭切割出的圍巖表面平整，同時保證超欠挖具備良好的控制效果。對于掘進機自帶履帶式行走機構(gòu)，其主要特點為：機動靈活、轉(zhuǎn)彎方便，且爬坡能力比較強等。對于掘進機，在其啟動過程中，需按照一定順序執(zhí)行，即：先對油泵電機啟動，然后對截割電機啟動，進一步對截割頭啟動?？傮w而言，對于懸臂式掘進機掘進來說，為截割頭與截割臂之間的組合運動，其中截割頭作空間螺旋運動，截割臂作上下、左右擺動運動。2.2做好施工準備工作對于相關(guān)技術(shù)工作人員，需對工程項目施工圖紙、規(guī)程及標(biāo)準等充分了解，在掌握設(shè)計文件內(nèi)容的基礎(chǔ)上，做好設(shè)計文件核對及施工復(fù)測作業(yè)。然后將施工組織設(shè)計及工藝性實驗方案編制好，進一步與施工人員進行相應(yīng)的技術(shù)交底，對施工人員進行施工安全培訓(xùn)，施工作業(yè)開展前需組織進行安全講話活動。此外，在組織施工方面，采取兩班掘進作業(yè)形式。如下表3所示，為本次施工作業(yè)人員配置情況表。表3·施工作業(yè)人員配置情況表序號班

組人

數(shù)職

責(zé)1現(xiàn)場負責(zé)1負責(zé)現(xiàn)場作業(yè)總體情況2帶

班1負責(zé)現(xiàn)場班組、設(shè)備、作業(yè)工序組織協(xié)調(diào)工作3操作手2負責(zé)懸臂掘進機施工操作4維修工1負責(zé)設(shè)備日常保養(yǎng)、維修等5輔

工2配合設(shè)備收放電纜、調(diào)整風(fēng)管、作業(yè)指示等6測

量2負責(zé)現(xiàn)場施工放樣、測量交底等7電

工1負責(zé)現(xiàn)場電力、照明故障排查、實施、規(guī)整等2.3試用及確定開挖設(shè)備基于開挖作業(yè)開展前期，需對設(shè)計圖紙詳細查閱，對開挖面圍巖巖性、特點、水文地質(zhì)情況逐一了解，然后在現(xiàn)場仔細核對的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)場巖芯展開圍巖飽和單軸抗壓試驗，對圍巖硬度單軸抗壓強度、軟化系數(shù)等各項參數(shù)加以明確，選擇和此強度相適應(yīng)的切割頭，在試用的基礎(chǔ)上，明確是否適宜，若適宜，則進行下一個環(huán)節(jié)的施工作業(yè)。2.4嚴格把控圍巖開挖順序在懸臂掘進機鉆進作業(yè)過程中，設(shè)備履帶機構(gòu)行走為核心部分，在掘進作業(yè)期間，機械本體進行前后運動，截割臂進行左右擺動，并結(jié)合截割臂水平擺動及截割頭旋轉(zhuǎn)，形成系統(tǒng)的作業(yè)方式。其中，軟巖中鉆進時間比較短，硬巖中鉆進時間比較長?；诰蜻M過程中，在機體前進、后退，且截割臂左右擺動與上下擺動的基礎(chǔ)上，進一步執(zhí)行截割頭繞截割臂軸向轉(zhuǎn)動[4]。此外，截割頭沿阻力最小方向移動。需注意的是，沿阻力最小方向進行切割作業(yè)，截割頭比能耗最低；在層狀巖石切割情況下，沿層理方向切割比垂直于分層面切割能耗顯著減少。若層面為水平，則橫向切割最理想；若層面為傾斜，則可采取縱軸式切割方法，可采取軟巖切割形式，在具備自由面之后，再對硬巖進行切割，其中最省力的切割形式為順割。當(dāng)然，還需結(jié)合圍巖登記情況，對開挖工法加以明確，比如選擇臺階法，或者全面法。2.5控制懸臂掘進機開挖施工質(zhì)量在懸臂式掘進機準備好之后，需基于掌子面底部水平位置將一條槽割開，朝前移動掘進機之后，再次就位，然后使用切割頭，以自上而下、左右循環(huán)的方式進行切削作業(yè)[5]。基于懸臂掘進機切割過程中，以掃底為起點進行切割作業(yè)，進一步以S型或者Z型左右循環(huán)朝上的切割路線，逐級進行切割，底部開挖至拱部后，展開二次修正作業(yè)，確保與標(biāo)準的設(shè)計斷面相符。完成上述施工作業(yè)之后，隧道斷面便展現(xiàn)出雛形，但這個時候斷面和最終需要呈現(xiàn)出來的斷面形狀之間尚且存在一定差異，因此需由截割頭作環(huán)向運動，對輪廓線進行修正處理，以此確保符合設(shè)計標(biāo)準要求，期間需掌握的切割工藝形式包括：掏槽切割、橫向擺動切割、豎向擺動切割等。此外，還需進行斷面修整及洞內(nèi)出渣等作業(yè)，以此全面保證懸臂掘進機開挖施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。3.結(jié)語綜上所述，隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法工藝效果好，且安全性高，可以加快施工進度，控制施工成本。因蘭合鐵路項目中西固隧道施工任務(wù)繁重、工期緊張，為確保隧道施工質(zhì)量及安全性的提升，有必要合理應(yīng)用隧道懸臂掘進機機械開挖施工工法，即在了解施工工藝原理的基礎(chǔ)上，做好施工準備工作，試用并確定開挖設(shè)備，對圍巖開挖順序嚴格把控，進一步控制好懸臂掘進機開挖施工質(zhì)量，以此使本工程隧道懸臂掘進機機械開挖施工質(zhì)量及安全性得到協(xié)同提升，最終為我國高速鐵路施工建設(shè)事業(yè)穩(wěn)步、可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。參考文獻：[1]陳善民,王全勝,辛維克,etal.新烏鞘嶺隧道軟巖大變形懸臂掘進機施工控制技術(shù)研究[J].隧道建設(shè)（中英文）,2022,42(4):720-729.[2]聞民臣.禁爆區(qū)域地鐵隧道懸臂掘進機施工技術(shù)探討[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2022(1