临近既有线铁路隧道悬臂式掘进机施工研究

宋志广

（中铁十八局集团第四工程有限公司，天津 300350）

随着国内经济的发展，铁路线改扩建施工步伐越来越快，邻近既有线铁路施工越来越多，在保证营业线安全的前提下，机械开挖因其开挖振动小、对既有线铁路影响小、没有传统爆破施工产生的公害等优势，得到了广泛的应用。悬臂式掘进机高效、节能、环保的特点在施工中显示了它的优势［1］。云南安宁工业园区新亚美谷物流园铁路专用线白山隧道全长344m，隧道最大埋深20m，隧道左侧临近既有线成昆铁路武家庄隧道及新武家庄隧道，隧道中线距离既有线武家庄隧道最小净距18m。为保证成昆铁路隧道及列车运营的安全，经业主新亚美谷物流有限公司、中铁二院、施工单位中铁十八局集团有限公司，将原设计控制爆破开挖隧道改为悬臂式掘进机开挖。

1 工作原理

悬臂式掘进机在液压、电控系统控制下，精确配合，协调一致，轻松灵活地完成隧道掘进作业，其总体结构详见图1。

悬臂式掘进机主要由截割部、铲板部、本体部、行走部、运输部组成，行走部实现掘进机的移动，截割部实现对被采掘对象实施截割，铲斗部实现对被采掘下来的物料实施铲装，装运部实现对截割物料的装载与运输，本体部为连接各个部件的主要承载构件。掘进机主要工作系统由电气系统和液压系统组成。主要动力源由1140V交流电源以及200kW的油泵电机提供动力。机器工作时，首先启动油泵电机，打开喷雾装置，并开动第一运输机与铲板部，将截割部处于水平和机器中心位置，启动截割电机，然后开动履带行走机构，让机器慢速推进，使截割头逐渐插入岩石。推动截割部回转油缸操作手柄，使截割部向左向右横扫，再推动升降油缸，使截割部向上向下截割。利用截割头上下、左右移动截割，可截割出初步断面形状，如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，以达到断面尺寸要求［2］。

2 施工工艺流程

（1）放样开挖轮廓线。

隧道开挖前，采用全站仪进行开挖轮廓线及隧道中心线的放样，并用红油漆清晰的标注出来，以便于后续开挖施工超欠挖的控制。

（2）掘进机开挖。

测量人员放样完成后，由现场技术人员、专职安全管理人员指挥掘进机操作人员将掘进机移动至待开挖面，待机器红外系统调试完成后，由操作人员操作掘进机进行隧道洞身开挖。

（3）自卸车出碴。

掘进机开挖的岩石通过机器自带的传送系统传送至机器后方10m处进行堆积，由侧翻式装载机配合自卸车及时将开挖的岩石运出洞外。

图1 悬臂式掘进机结构图

（4）隧道断面整修。

在掘进机初步掘进作业完成后，根据已放样的开挖轮廓线，由现场技术人员指挥操作员，对洞身开挖轮廓线进行整修，保证隧道基本轮廓，将隧道超欠挖控制在规范允许范围内。

（5）初期支护。

洞身整修完成后，进行初喷混凝土工作，稳固围岩、减少形变，完成后及时安装钢架进行喷锚支护，进一步控制围岩形变。

3 注意事项

（1）由于悬臂式掘进机属于新工艺，在正式掘进施工前应组织现场技术人员、管理人员进行全面的培训，让参加作业的人员明确本岗位应完成的任务、必须达到的质量标准以及与其它工种配合的方式，确保施工安全、优质、高速。

（2）掘进机开挖作业时，其警戒线内严禁站人。工班人员严禁酒后工作以及疲劳工作。机械设备应严格按照操作规程进行操作，以保证其安全性能。

（3）定期对设备进行检修、保养，严格按照机器说明书进行保养维护，保证设备的正常运行，延长机器使用寿命。

4 施工优缺点

（1）优点。

悬臂式掘进机施工作业与传统的钻爆法施工作业相比，减少了对临近围岩尤其是既有线周边围岩及既有线隧道本身二次衬砌的扰动，同时提高了施工效率、节约了人工成本、减少了钻爆施工的废气污染。

（2）缺点。

悬臂式掘进机目前在山岭隧道施工中应用较少，施工过程中容易产生大量石粉浆，施工中需要大量的水对掌子面进行喷淋以减少掘进施工过程中产生的粉尘。由于隧道开挖轮廓线为圆形，相较于钻爆开挖，很容易发生超欠挖。

5 结束语

通过采用悬臂式掘进机施工，大大的提高了隧道的开挖速度，短短90d时间就完成了隧道洞身的开挖任务，相较于传统的钻爆法开挖施工，进度大为提前，通过开挖期间对既有线成昆铁路武家庄隧道的监测，施工期间隧道衬砌零变形，达到了预期的效果，受到了业主单位、监理单位及昆明铁路局的一致好评。悬臂式掘进机开挖隧道为以后临近既有线隧道施工指明了一条新的道路。

［1］ 张玮青，王龙，郑长洲，等. 悬臂式掘进机在拉洛工程曲美隧洞开挖中的应用［J］. 中国水利，2016，（20）：71-73.

［2］ 付进，刘欣意. 国内悬臂式掘进机隧洞开挖的成本分析［J］. 四川水利，2016，（01）：34-36.