软岩隧洞EBZ掘进机超欠挖控制施工技术

卜武华王 刚

（1.山西省水利水电工程建设监理有限公司 山西太原 030002；2.四川钟鸣建设工程有限公司 四川成都 610371）

软岩隧洞EBZ掘进机超欠挖控制施工技术

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（1.山西省水利水电工程建设监理有限公司 山西太原 030002；2.四川钟鸣建设工程有限公司 四川成都 610371）

文中针对EBZ悬臂式掘进机在软岩隧洞开挖施工，对超欠挖控制采取的主要施工技术措施进行了罗列，并对超欠挖控制效果进行了分析，为今后类似工程地质条件下，悬臂式掘进机隧洞超欠挖控制提供一些技术参考和经验借鉴。

软岩；掘进机；超欠挖；施工技术

在公路、铁路、市政及水利等隧洞工程项目中，越来越多的施工单位采用原多使用于煤矿巷道开挖的EBZ悬臂式掘进机进行快速施工。相对于常规钻爆法，EBZ悬臂式掘进机安全高效，掘进速度约为常规钻爆法的2～4倍，正常日进尺可达7～9 m，施工中震动小、噪声低，安全性相对较高，能有效减少对周边居民生活、工作的影响，而且无需爆破器材，可避免繁琐的火工品审批手续，大大提高时间的利用率；同时掘进机施工对围岩整体扰动小，开挖断面成型规则，洞壁光滑美观，开挖成型面质量好，特别在隧洞超欠挖质量控制上，存在相当大的优势。

现结合甘肃省引洮供水二期主体工程某隧洞施工实例，讨论软岩隧洞掘进机施工中对超欠挖控制采取的主要技术措施。

1 工程概况

甘肃省引洮供水二期主体工程某隧洞施工区域属于黄土低中山梁峁丘陵区，地貌上总体呈现黄土梁峁丘陵地貌特征，黄土广泛覆盖于受侵蚀切割的新生代古近系地层之上，古近系地层厚度一般大于300 m，工程区出露的地层岩性有古近系砂岩夹砂砾岩、新近系粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩，岩性主要为砖红色、土红色、暗红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，泥质胶结，交错层理发育，岩相变化剧烈，岩体呈中—厚层状，岩性软弱，易变形，为软岩，围岩中局部有滴渗水现象，围岩类别为Ⅴ类。

2 超欠挖控制

甘肃省引洮供水二期主体工程某隧洞的围岩情况在常规钻爆法施工中，由于泥岩具有泥质胶结、层状结构、遇水崩解失水干缩等工程地质特性，施工中极难控制超欠挖，特别是由于卡钻使钻孔精度基本无法保证，也导致爆破设计参数难以精确，泥质胶结的特性也对爆破效果产生了较大影响，而采用EBZ悬臂式掘进机开挖后，隧洞超欠挖控制质量明显提高。

隧洞超欠挖控制主要采取了以下技术措施。

2.1 测量技术

按照设计单位给定的坐标和高程控制点复核并建立导线测量控制网，对施测人员进行详细的施工图纸交底和专项施工方案交底，分工明确。施工过程中，为了保证隧洞开挖、初期支护后的断面满足设计和规范要求，采用红外线指向仪控制开挖断面。根据该隧洞开挖净空断面尺寸，分别在拱顶、拱腰和起拱线等共计5个部位设置红外线指向仪，并在拱腰处加密红外线控制点（间距约30～50 cm），每台红外线装置经测量人员测量定位安装（距洞壁约20 cm）。每掘进20 m左右，测量人员对红外线指向仪进行校正，并对红外线指向仪设置明显的标志及安全保护措施，保证测量精度满足规范要求。

测量人员通过卡西欧编程计算器、带红外线的全站仪结合红外线指向仪进行配套操作，提高了施测效率同时也保证了放样精度。测量人员与掘进机操作人员保持及时沟通，强化专业培训，提升专业技能，使隧洞超欠挖控制达到最佳效果（见图1）。

图1 隧洞开挖效果图

2.2 掘进技术

隧洞掘进时，根据红外线指示点进行开挖轮廓线控制和修整，采用“S”字型由下往上的开挖方法，首先掘进机切割头在掌子面底部水平切削出一条槽，然后掘进机向前移动再一次就位后，切割头自下而上，左右循环进行切削，具体形式如下图所示（见图2和图3）。两名操作人员实施联合作业，一人担任主机手，进行掘进机操作，另一人担任副机手，对掘进情况进行实时观察和指挥。实际操作中，特别是在轮廓线修整上，借鉴了其他机械微操作的一些技术，依靠红外线指示点及副机手现场指挥，主机手按照操作规程对掌子面作“S”字型切割掘进，先形成大轮廓，掘进机再后退至开挖起点，对形成的轮廓作环状扩大。为避免较大超挖，预留10 cm左右的保护层，在切割出初步断面形状后，切割断面与设计断面形状和尺寸有一定的差别，然后通过操作切割头来回伸缩修整轮廓线边界，并定点调整，进行二次修整，以达到设计断面形状和尺寸要求，确保超欠挖施工精度控制在规范允许偏差范围之内。

隧洞掘进对掘进机操作人员技术要求比较高，特别需要强调规范施工和操作技术要领，在主机手右侧起拱线范围，由于人眼视觉误差关系，在微操作过程中更需要副机手及时跟进指挥，逐步养成机手良好的操作习惯并形成程序化的操作感觉，达到熟能生巧的程度。

图2 隧洞开挖示意图

图3 隧洞开挖过程图

2.3 技术管控

为加强掘进机隧洞超欠挖控制，施工单位建立了一套较为系统、完善的技术管控措施，以项目总工作为技术总负责，各部门及相关施工技术人员共同参与，分工协作，目标明确，管控有力。

主要技术管控措施：（1）制定隧洞掘进作业技术指导书，定期组织施工技术交底会，让每位施工技术人员及操作人员熟知施工规范和设计图纸各项控制技术指标、掌握安全规范操作规程。（2）主要施工技术人员深入现场，跟班作业，强化掘进过程超欠挖情况检查和不良地质条件下的施工技术指导。（3）定期组织施工技术总结会，对隧洞掘进情况特别是超欠挖控制情况进行科学分析总结，针对性找出主要影响因素和次要影响因素，在后续掘进施工超欠挖控制过程中加以改进和消除，提升技术管控水平和效果。

3 效果分析

3.1 隧洞开挖断面抽检分析

甘肃省引洮供水二期主体工程的该隧洞，以1 km长度洞段开挖断面抽检为例，检验部位分为拱部和侧墙，每10 m洞长划为一组，每1 m洞长取5～8个检验点，检验点合格率70%～90%之间为合格、90%以上为优良、低于70%为不合格，检验情况见表1。

表1 开挖情况检验结果

通过以上抽检分析，拱部合格组数26%，优良组数72%；侧墙合格组数12%，优良组数87%；拱部和侧墙部位出现不合格组数的原因主要为围岩渗水、掉块较为严重，导致局部出现较大超挖；拱部较侧墙部位优良组数少，后续掘进需加强拱部超欠挖控制。

3.2 喷混凝土量对比分析

根据周进度报表，以喷混凝土量为参考依据对超欠挖控制成果进行数据分析（见表2），主要是结合喷混凝土回弹率，以拌合站实际发生数据为直接依据，对现场情况做出正确分析，形成技术反馈，以技术指导施工，以工艺效果体现技术。

表2 喷混凝土量情况

通过对比分析，喷混凝土质量在满足设计和规范要求的前提下，喷混凝土实际用量越接近理论用量，即回弹率越低，反映超欠挖控制效果越好和越经济。

4 结束语

隧洞工程项目开挖施工，悬臂式掘进机因具有许多优越性促使应用越来越广泛。如何加强掘进机隧洞超欠挖控制，真正体现掘进机施工水平和使用价值，是摆在每位施工技术人员面前的重要研究课题。本文以甘肃省引洮供水二期主体工程某隧洞为例，总结罗列了悬臂式掘进机超欠挖控制采取的主要施工技术措施，并对超欠挖控制效果进行了对比分析，为今后类似工程地质条件下，悬臂式掘进机隧洞超欠挖控制提供一些技术参考和经验借鉴。

Construction Technology of Extra-Insufficient Excavation Control of the EBZ Cantilever Excavator in Weak Rock Tunnel

BU Wu-hua1WANG Gang2

Aiming at excavation construction of the EBZ cantilever excavator in weak rock tunnel，main technical measures for the construction of extra-insufficient excavation control were listed.The control effect was analyzed.The results could provide technical reference and experience for tunnel extra-insufficient excavation control using cantilever excavator under similar engineering geological conditions.

weak rock；cantilever excavator；extra-insufficient excavation；construction technology

TV554

B

1006-8139（2017）02-007-02

2017-01-13

2017-02-20

卜武华（1971-），男，1993年毕业于太原工业大学，高级工程师。

王 刚（1970-），男，1996年毕业于西南工业大学，工程师。