甘肃省引洮二期四干渠24标输水隧洞铣挖法施工工艺研究

叶丕平

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

1 工程概况

1.1 项目概况

甘肃省引洮供水二期主体工程四干渠24标起始桩号为35+914.00，终点桩号为44+722.92，标段总长8 808.92 m。设计流量4.2 m3/s，标段主要建筑物为隧洞、暗渠、节制分水闸、直斗口及退水渠。该标段共有9#隧洞（L=530 m）、10#隧洞（L=1 447 m）、11#隧洞（L=1 700 m）、12#隧洞（L=1 051 m）、13#隧洞（L=428.70 m）等5条隧洞，共计5 156.7 m。

1.2 工程地质

四干渠24标段隧洞总长5 156.7 m，隧洞围岩为N2砂质泥岩、砂砾岩及E砂岩、含砾砂岩、Q31黄土状土及Q32马兰黄土。

洞身岩性为N2砖红色砂质泥岩与砂砾岩互层洞段，围岩以泥质胶结为主，胶结差，属极软岩，岩体呈中厚层状结构，产状平缓，裂隙不发育，较为完整。岩体中地下水活动轻微，开挖时局部有滴渗水。隧洞围岩稳定性很差，为极不稳定的Ⅴ类围岩。

洞身岩性为E紫红色砂岩、含砾砂岩洞段，围岩泥质胶结，成岩程度低，属软岩。岩体呈中厚层状构造，产状平缓，层间结合差，裂隙不发育，岩体完整性好。岩体中地下水活动微弱，开挖时局部有滴渗水。洞顶以上基岩厚度10～70 m，洞身围岩类别为极不稳定的Ⅴ类，建议隧洞开挖采用喷混凝土、挂网、系统锚杆、钢拱架支护，并及时衬砌；施工中需采取排水措施。

洞身围岩为plQ31黄土状土洞段，围岩杂色，中密—密实，具弱湿陷性。隧洞处于地下水位以上。洞身围岩成洞条件差，属黄土隧洞Ⅴ1类围岩，开挖后掌子面无自稳性、极易坍塌。隧洞开挖时应采用钢拱架支护和喷混凝土支护，及时采用钢筋混凝土衬砌。应采取严格的防渗措施，防止隧洞围岩产生湿陷变形。

洞身围岩为马兰黄土洞段，具中等—强湿陷性；隧洞处于地下水位以上，洞身围岩成洞条件差，属黄土隧洞Ⅴ1类围岩，开挖后掌子面无自稳性、极易坍塌。隧洞开挖时应采用钢拱架支护和喷混凝土支护，及时采用钢筋混凝土衬砌。应采取严格的防渗措施，防止隧洞围岩产生湿陷变形。

2 铣挖法施工工艺

铣挖法采用不同型号铣挖机进行开挖，本文以STX-100铣挖机为例进行阐述。铣挖法是通过380 V外电带动铣挖机45 kW电机后，通过液压传动系统带动铣挖机头的定速旋转达到破碎、切削围岩的目的，再辅助人工使用风镐、电镐等小型器具按设计要求的开挖轮廓参数进行修缮。在整个开挖过程中，铣挖机的运用可大幅降低对地层的扰动，控制超、欠挖量，提高隧洞开挖质量和安全系数，降低人员劳动强度[1]。

2.1 铣挖法施工原则

总体实施掘进、支护（超前支护、锚、网、喷）两条机作业线，把“超前地质预报”作为重要工序管理内容，把“加强支护、量测监控、强化通风”作为施工安全管理原则[2]。

破碎围岩和不良地质洞段认真落实“先加固、后开挖、强支护、快循环、严防水、勤量测”的施工原则。

2.2 工艺流程

铣挖法适合大中小型断面开挖，适应性强，对地质条件要求较低。在大断面洞室开挖中采用铣挖法，首先在断面顶部上台阶部位环形开挖并支护，再进行上部核心土开挖，依此方法对中部及其左右侧和下部土体进行开挖并支护，最后安装底拱[3]。

2.3 施工流程

通过铣挖机开挖围岩，出渣采用铣挖机皮带输送至小型自卸车，小型自卸车运输至指定弃渣场。喷砼采用PZ-6型喷浆机作业，风钻钻锚杆孔，人工安装φ18锚杆、I12钢拱架和φ6.5*200*200 mm钢筋网片。喷锚工作结束后，进行下一个循环施工。

2.4 施工工序

铣挖法施工采用上中下三台阶铣挖法，一次支护紧跟开挖掌子面，按照“短进尺、快循环、勤支护”的原则施工，作业顺序如下：一是开挖上部台阶顶拱，高度100～120 cm，进尺控制在160 cm以内；二是顶拱初喷3～4 cm的C20混凝土；三是再开挖上部台阶两侧，与中部台阶距离一般不超过300 cm；四是开挖上部台阶的核心土，中部台阶两侧边墙采取“马口跳挖”方法；五是开挖中部台阶核心土，下部台阶两侧边墙采取“跳挖”方法；六是开挖下台阶核心土及隧底洞底，安装I12钢拱架形成全封闭支护安装I12钢拱架，铣挖机配合小型自卸汽车出渣，安装φ18水泥基药卷锚杆、φ6.5*200*200 mm钢筋网，然后再复喷砼至设计厚度10 cm。铣挖法三台阶开挖施工步骤如图1所示。

图1 铣挖法三台阶开挖施工步骤示意图

3 常见故障及设备保养

铣挖法的使用主要依靠不同型号的铣挖机来实现。铣挖机在工作过程中受工作环境、人员操作水平等条件的影响，会出现不同程度的设备损耗和各类故障。在使用过程中定期进行设备保养可有效延长工作时间，减少故障次数[4]。

铣挖机由动力系统、传动系统等部分组成。在铣挖法运用过程中常见有铣挖齿磨损、切削力弱、液压传动系统故障、行走故障、履带刮板断裂、连接件磨损等现象出现，可导致工作效率降低、断面成型差、无法工作等结果，严重影响施工质量及安全[5]。出现上述现象，通常采用更换铣挖齿、液压油管、各类轴承等方法进行维修，达到消除或减缓相应故障的目的。

铣挖机的常规保养项目有风扇保养、皮带调整、打注黄油、紧固螺丝、设备清洁。首先，铣挖机在每班使用前应进行简单保养[6]。其次，在使用过程中操作人员应随时观察机械运行状态，做到有问题能立刻发现并及时修理，避免小问题变成大故障。最后，做到定期定项无故障保养。通过以上方法，可最大限度提高铣挖机使用效率，延长使用寿命，为工程建设带来更大效益。

4 结语

铣挖法配合人工开挖可极大程度加快施工进度，控制超欠挖，提高开挖质量和安全度，降低作业人员的劳动强度。铣挖法的应用需做到安全、质量、工期等多项措施的配合才能达到预期效果，为工程建设增速。定期进行铣挖机检修保养，有利于提高机械使用保证率。本文对铣挖法施工工艺流程及要求进行探讨，可为同类工程在相近地质条件情况下提供借鉴，为施工技术的发展起到积极作用。