導(dǎo)語：懸臂掘進(jìn)機(jī)在機(jī)場隧道工程的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：重慶江北機(jī)場隧道在鉆爆法及普通機(jī)械開挖受限情況下，經(jīng)過比較后選用懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖方法，并成功解決伴隨的泥漿及塵土問題，安全快速地通過了近機(jī)場復(fù)雜環(huán)境區(qū)段，為以后類似工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：懸臂掘進(jìn)機(jī)；工法工藝；隧道；降塵措施

隨著我國進(jìn)入社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市隧道工程的建設(shè)遇到更復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和更嚴(yán)苛的文明施工要求。傳統(tǒng)鉆爆開挖、TBM法及普通機(jī)械開挖存在一定的局限性，從煤礦中引進(jìn)的懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖方法成為了傳統(tǒng)開挖方法受限情況下的新選擇。懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖的顯著特點(diǎn)是對圍巖的擾動(dòng)小、斷面成型效果好、施工速度快。在滇西紅層隧道，IV級圍巖條件下懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖方法較鉆爆法施工速度提升了近67%。鄂北地區(qū)水資源配置工程優(yōu)良隧道埋深僅13~14m，V級圍巖，采用懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖安全快速地通過了下穿公路段和臨近構(gòu)筑物段。趙克明依托貴陽地鐵1號(hào)線提出并驗(yàn)證了系統(tǒng)的懸臂掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)性分級方法，高效通過了臨近既有建筑，圍巖等級為IV級的白云巖和泥質(zhì)石灰?guī)r區(qū)段。如何兼顧施工速度，保障施工安全，同時(shí)又減少對周圍環(huán)境的擾動(dòng)一直以來是工程界的熱點(diǎn)問題。考慮到重慶江北機(jī)場隧道適宜的圍巖條件及對地表沉降和既有建筑的影響控制要求，結(jié)合懸臂掘進(jìn)機(jī)以往成功應(yīng)用的案例，經(jīng)過比較后將其作為隧道開挖的主要手段。本文旨在介紹懸臂掘進(jìn)機(jī)在近機(jī)場隧道應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，為此后類似工程工法及相關(guān)規(guī)范的編寫提供借鑒。

1工程概況

重慶江北機(jī)場隧道進(jìn)口延伸段長1710m，見圖1，由于隧道一端位于新填土地層，地質(zhì)條件極差，加之地下水的影響，施工進(jìn)度緩慢，另一端并未貫通，為確保工期，增設(shè)斜井開辟工作面。斜井位于機(jī)場2#跑道南端盡頭，長約295m，與主線呈66°斜交。在斜井某掌子面取巖石試樣檢測，如表1，巖體強(qiáng)度約為35MPa，屬于次堅(jiān)石，綜合其圍巖完整程度分析，可認(rèn)為斜井洞身圍巖為Ⅳ級。又因隧區(qū)圍巖基本為水平巖層，據(jù)此推斷斜井工區(qū)正洞段落地質(zhì)情況基本一致，同為IV級圍巖地層。隧址內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土、棄填土、坡殘積層；下伏基巖為侏羅紀(jì)系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s、J2xs）砂巖、泥巖。斜井下穿機(jī)場區(qū)域所屬下穿道公路、機(jī)場既有跑道防吹坪及聯(lián)絡(luò)跑道，隧道進(jìn)口段洞身下穿機(jī)場范圍的場坪、結(jié)構(gòu)物及邊坡。

2超前地質(zhì)探測及開挖設(shè)備選型

2.1超前地質(zhì)探測

與一般隧道工程相比，本隧道存在以下幾點(diǎn)顯著區(qū)別：①隧道洞頂為機(jī)場場內(nèi)運(yùn)營區(qū)，地表環(huán)境極其敏感；②隧道拱頂埋深約為15m~20m，僅為一倍洞徑左右；③前期地質(zhì)勘查無法鉆孔，隧道前方洞身圍巖情況存在不確定性。由地層地表基巖出露的情況推測，砂巖地層厚度一般在15~35m，故隨著隧道掘進(jìn)，掌子面揭示的砂巖可能出現(xiàn)變薄或尖滅，變?yōu)閹r體強(qiáng)度低、巖體較破碎的泥巖地層。因此，施工期間應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查與超前地質(zhì)鉆探，并將超前地質(zhì)鉆探的調(diào)查結(jié)果作為工法變更的依據(jù)和前置條件。以30m為一循環(huán)，具體要求如下：①每循環(huán)開挖后做好開挖后掌子面的地質(zhì)素描并保存影像資料。②每循環(huán)在拱頂、掌子面中央、底部各布置至少一處超前探孔，每處探孔長35m，拱頂、底部探孔應(yīng)以10°左右的張開角分別向掌子面前方上部及前方下部布設(shè)，并取末端2m較完整巖芯檢測。見圖2所示。③若掌子面出現(xiàn)地下水滲流，應(yīng)在局部補(bǔ)充超前探孔，及時(shí)取水樣化驗(yàn)。若隨著隧道施工，地質(zhì)條件出現(xiàn)顯著變化，無法同時(shí)滿足：①新開挖的掌子面圍巖的完整程度良好；②超前探孔巖芯試樣強(qiáng)度大于30MPa；③超前鉆探揭示，隧道拱頂和底部砂巖巖層厚度超過5m；④地下水不發(fā)育等4項(xiàng)條件，則不能認(rèn)為掌子面前方30m圍巖為IV級，應(yīng)對設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行強(qiáng)化調(diào)整。

2.2開挖設(shè)備選型

結(jié)合本工程特點(diǎn)，對比了液壓破碎頭、盾構(gòu)機(jī)、銑挖機(jī)和單臂掘進(jìn)機(jī)四種常用開挖設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，見表2。經(jīng)對比后選定懸臂掘進(jìn)機(jī)作為本次開挖機(jī)械。根據(jù)懸臂掘進(jìn)機(jī)在滬昆高鐵關(guān)嶺至普安區(qū)間捧古隧道、重慶曾家?guī)r嘉陵江大橋隧道等工程的成功應(yīng)用，見表3。斜井工區(qū)可從EBZ320和EBZ260兩種功率的單臂掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行選擇。以正洞襯砌為例，其開挖面積為181.15m2，橫向跨度為16.22m，以三臺(tái)階法施工，每層臺(tái)階高度約5m。而EBZ320和EBZ260H定位切割范圍（高×寬）分別為8.8m×9.5m和7.1m×7.5m，一個(gè)斷面需要兩臺(tái)設(shè)備才能被完全覆蓋，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)選擇兩臺(tái)功率較小的EBZ260H型懸臂掘進(jìn)機(jī)。

3懸臂掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用情況

3.1施工工藝

掘進(jìn)機(jī)配套使用電、水、風(fēng)相關(guān)設(shè)備應(yīng)提前準(zhǔn)備。采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土、有害氣體等地質(zhì)災(zāi)害，采用聲波探測法和紅外探水法、超前水平鉆探、加深炮孔等超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)等措施將前方巖層地質(zhì)情況探明，以保證設(shè)備及人員的安全作業(yè)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位后，首先在掌子面底部切削一水平凹槽以方便設(shè)備前進(jìn)，以更好的姿態(tài)工作。開挖時(shí)，采取自下而上、左右循環(huán)切削，在切削同時(shí)鏟板部耙爪將渣土由皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至機(jī)器后方，裝車后運(yùn)出洞外。自上而下，初步開挖完成后，進(jìn)行二次修整以達(dá)到準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)斷面。當(dāng)局部遇有硬巖（Rc>100MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理或使用切割力大破巖能力強(qiáng)的小直徑切割頭，以降低掘進(jìn)難度和截齒消耗量。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進(jìn)行截割。如遇節(jié)理發(fā)育較好巖石，則應(yīng)選擇沿巖石節(jié)理方向逐步切割。如下圖3所示。

3.2懸臂掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

懸臂掘進(jìn)機(jī)在開挖時(shí)對圍巖擾動(dòng)極小，適應(yīng)能力強(qiáng)，開挖質(zhì)量高，斷面圓順度高，有利于初支的施作并控制超挖，從而縮短工期，保障安全。但施工會(huì)持續(xù)產(chǎn)生粉塵，即使對掌子面持續(xù)噴水降塵，效果也非常有限，而且會(huì)產(chǎn)生大量泥漿，工作面狀態(tài)十分糟糕。為改善施工現(xiàn)場環(huán)境，同時(shí)達(dá)到機(jī)場對于文明施工的嚴(yán)格控制要求，采取了鉆頭自帶噴淋降塵，攔塵臺(tái)車，集中抽排，除塵過濾器，洞口霧炮噴淋降塵等一系列從掌子面到洞口的措施，取得了較好的降塵效果，如圖4。對于施工產(chǎn)生的大量泥漿問題，可在洞內(nèi)兩側(cè)增設(shè)排水溝，將產(chǎn)生的泥漿匯聚后沉淀集中清淤。在設(shè)置沉淀池的同時(shí)，可根據(jù)泥漿體量，靈活設(shè)置洞內(nèi)臨時(shí)沉淀盒（圖5）。此外，由于設(shè)備易因鉆頭報(bào)廢或機(jī)械過熱停工檢修或置換，工期安排應(yīng)充分考慮維護(hù)時(shí)間，并備足機(jī)具元件以滿足不間斷施工的需求。考慮每班組開機(jī)前更換磨損得到鉆頭齒輪，保養(yǎng)修護(hù)時(shí)間（3h），及倒班施工間歇，懸臂掘進(jìn)機(jī)月均有效工作日為22天。現(xiàn)將懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖段落施工進(jìn)度情況統(tǒng)計(jì)如表4，經(jīng)加權(quán)平均測算后實(shí)際日進(jìn)約為1.45m/天，月均進(jìn)尺約為45m/月。相比原定采用普通機(jī)械開挖（貫通工期46個(gè)月），懸臂掘進(jìn)機(jī)貫通工期為34.5個(gè)月，縮短了1/4的時(shí)間。經(jīng)濟(jì)性方面，懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖費(fèi)用為382元/m3，為爆破施工的3.82倍，為普通機(jī)械開挖的2.94倍。雖然加大了建造成本，但是事實(shí)證明，在近機(jī)場特殊條件下，按照既定工期完成開挖任務(wù)，懸臂掘進(jìn)機(jī)是一種可行的方法。

4結(jié)語

隨著城市地下空間的利用愈發(fā)密集，擁擠，懸臂掘進(jìn)機(jī)將有著更為廣泛的應(yīng)用空間，優(yōu)化懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖方法，合理解決開挖過程中產(chǎn)生的塵土及泥漿問題十分有研究價(jià)值。作者簡介：劉東云（1985-），男，籍貫：甘肅永靖，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：鐵路工程。

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作者：劉東云 單位：中鐵二十四局集團(tuán)西南建設(shè)有限公司