悬臂式掘进机在水工隧洞开挖中的运用

李茂春

摘要：悬臂式掘进机施工效率非常高，断面成型质量很高，设备简化效果明显，人力资源节约明显。以云南省滇中引水工程大理Ⅱ段施工5标为案例展开分析，分析其中的隧洞结构部分，了解悬臂式掘进机的适用情况。通过悬臂式掘进机实现连续性开挖施工，没有发生爆破震动的危害，可以有效的解决浅埋隧洞条件下的冷开挖施工，总结出悬臂式掘进机的开挖工作重点，为今后的开挖施工提供良好基础。

关键词：悬臂式掘进机;隧洞;切割;断面

云南省滇中引水工程大理Ⅱ段施工5标的隧洞施工中，确定通过钻孔爆破的方法进行，但是因为需要穿越当地的村庄，所以隧洞上部和村民房屋的深度尺寸控制在15m左右，局部可能会小于10m，钻孔爆破难度较高。综合线路分析和爆破范围因素分析，考虑到隧洞尺寸和岩石条件，整个工程确定应用CTR323悬臂式掘进机施工。

1悬臂式掘进机

1.1结构组成

掘进机的组成较为复杂，主要包含切割机、铲板结构、本体、行走机构、支承部分、液压系统、水系统、电气系统等组成，可以满足掘进施工的要求。

1.2掘进机施工方法

掘进施工按照规定工艺开展进行，明确项目施工方法，先做好准备工作，然后是开挖施工，再就是土石方运输、隧洞支护，将上述工序循环进行，完成整个工程。

开挖作业前，做好测量放线工作，掘进机可以开始进行施工。隧洞掘进环节，需要做好现场的校核和控制，保证隧洞轴线达到设计、规范性的要求。

工作面采取一次成型、二次修整的方式，把切割头从工作面截面底部开始施工，按照上下移动、左右移动和行走方面的处理，可以按照规定路线开展项目施工，符合断面尺寸的要求。如果断面尺寸不合格，应该及时做出调整;形成的石渣需要使用自卸车运输。

1）掘进机操作。在设备投入使用前，进行必要的检查工作，明确操作规范和标准，保证操作可以顺利的进行。裝载前，做好电机的分析，保证操作和处理符合要求。

2）掘进机切割。通过上下、左右移动方式展开截割施工，初步形成断面形状，保证形状和实际的尺寸尽量符合，一旦发现差别较大，可以做出二次调整。通常来说，对于岩石硬度较小的情况下进行切割施工，通过左右循环方法进行，具体可见下图1所示;切割硬度比较大的岩石地质，通过从下到上左右移动方式。对于硬度非常高的岩石来说，不能强制切割施工，部分露头的硬岩切割施工，首先将周边部分岩石切割后让其坠落。

3）出渣及运输。切削工作进行之后，通过切割头可以把切削之后形成的石渣直接传输到第一运输机中，然后再传输到第二运输机，并且把这些石渣运输到洞外的空间中。掘进机完成一个循环掘进作业，根据支护的方案做好隧道的临时支护施工，并且开始进行后一循环施工。

2悬臂式掘进机优点

2.1实现进度和安全的提升

通过掘进机开展项目施工，进尺的速率比较快，同时还不会给各级岩石结构产生较大的扰动和影响，所以具备较高的安全性。

2.2减少人员、设备的使用量

应用悬臂式掘进机开展项目作业，掌子面的施工仅有3-4人即可完成现场作业，所以人员和设备使用量比较少，有效的保障现场安全性，还可以降低项目运行成本。

2.3超、欠挖易于控制

通过掘进机开展项目开挖施工，超挖、欠挖的问题都能够有效的控制，避免因为超挖而产生进行后续喷锚、二次衬砌等施工，效率较高，且不会产生资源浪费。

2.4洞渣得到充分利用

掘进机施工切割的洞渣能够制作混凝土结构的骨料使用，运输到洞外后进行筛分处理，然后应用设备制作机制砂，减少砂石料的使用量，成本降低明显。

3悬臂式掘进机洞室开挖注意事项

从安全、质量方面进行分析，最好做出如下几个方面的控制：

3.1进口开挖

1）洞口岩石开挖面、边坡都要按照施工工艺修整，把松散的验收清理干净，确保现场施工安全性。

2）洞口开挖严格执行设计方案，开挖线、坡度从上到下分层开展进行，不要直接垂直施工。开挖之前，把现场存在的危石、坡顶排水有效处理，随着开挖进行，直接做好危石清理施工，保证排水效果合格，且要随时开展支护施工，提高结构稳定性。

3）进洞前，做好洞脸岩体、衬砌等方面的检查，达到稳定标准才能施工。

4）隧洞进出口开挖支护施工非常重要，以保证现场安全性。

3.2隧洞洞身掘进

1）对于现场隧洞下部穿越高速公路会给开挖手工，可以通过悬臂式掘进机的冷开挖施工，结合现场的地质条件和工程的经验，选择最佳的开挖施工工艺，保证现场施工合格。

2）掘进到软弱结构、裂隙较多、挤压破碎带的区域，应该先开展支护施工，或者可以通过缩小进尺量的方式做好支护处理，。

3）悬臂式掘进机如果开挖施工的岩石硬度较大，不能强力进行截割施工，对于有部分硬度较高的验收，在其坠落之后再解体和装载施工。

4）隧洞岩石表面做好清理施工，通过剥离、撬挖等方式清理出去，不会有任何松动岩石或者破碎验收存在。在项目实施环节，需要及时做好围岩稳定性检查，清理松动验收，确保项目施工安全性。

5）隧洞开挖后之后的岩石面，支护或者混凝土衬砌实施前，通过高压水或者高压缝清理干净，不会有任何碎石、尘埃、碎屑等，不会有软弱结构，确保地质条件符合要求。清理施工作业和开挖施工有序的协调实施，有足够的安全距离，通常为10-15m之间。

6）隧洞平交口的开挖：需要先做好锁口的支护施工，保证洞口围岩符合稳定性标准。平交口开挖作业按照短进尺、勤支护的方法实施，同时要随着开挖施工粒径进行，了解开挖处的地质条件，以长锚杆、钢筋网喷射混凝土、钢支撑、衬砌等方法达到安全性的要求，支护施工范围需要大于平交口的应力影响范围。平交口的施工环节，尽量不会给主洞的运行产生不利的影响。质点振动速度符合技术规范要求。平交口施工阶段，结合现场情况加强安全监测，结合数据信息保证开挖、支护符合工程要求。

7）超前地质预报：通过开挖掌握的地质条件，以现代科学技术方式进行地质条件分析，可以通过雷达探测的方式掌握地质条件，为后续施工的指导提供基础条件。

8）洞室开挖作业环节，底板应该设置有厚度为50cm的保护层形式，由于掘进机切割头是圆形，所以边墙和底板相交不是直角的形式，可以利用人工作业方法开挖成型。

4结语

综上所述，悬臂式掘进机应用到水工隧道开挖环节有着非常好的效果，该设备的综合性能较高，可以及时解决工程实施中的问题，取得更好的效果。本文以实际水利工程隧洞项目展开分析，悬臂式掘进机具备可行性，效率高、断面型号，减少设备和人员投入量，保证工程安全性和质量，为今后工程领域发展奠定基础。

参考文献：

[1]陈欢. 悬臂式掘进机在水库输水工程软岩隧洞开挖中的应用[J]. 黑龙江水利科技， 2019（8）.

[2]邓苏. 悬臂式掘进机在水工隧洞开挖中的运用和研究[J]. 黑龙江水利科技， 2020， v.48（10）：169-171.

[3]王宗敏. 软岩隧洞的开挖支护研究——以悬臂式掘进机的应用为例[J]. 水电与新能源， 2014.