刘俊1 易重庆2
1身份证：44022519750925XXXX；2身份证：22232819771102XXXX
摘要：悬臂掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组。它能够同时实现剥离围岩、装渣运出、自身行走调动以及喷雾除尘等功能，集切割、装载、运输、行走于一身。施工开挖成型、超挖控制均可控,初支喷砼表面平整度较好。 开挖过程对地层影响较小，地表及拱顶沉降值小, 总体安全风险低。
关键词：悬臂掘进机；城市地铁工程；应用
引言
随着经济和社会的发展，我国也越来越重视城市地铁的发展，北京、广州、深圳、上海等一线大城市已形成了四通八达的地铁网络。地铁施工有如下特点：新建和拆除施工相互交叉、多专业施工同时进行、地铁施工对沿线的交通、居民区有较大的影响等特点。
1、悬臂掘进机施工法
1.1悬臂掘进机设备介绍
悬臂掘进机是一种能够实现截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合机组。它能够同时实现剥离围岩、装载运出、自身行走调动以及喷雾除尘等功能，集切割、装载、运输、行走于一身。主要由切割机构、装载机构、运输机构、行走机构、机架及回转台、液压系统、电气系统、冷却灭尘供水系统以及操作控制系统等组成。
悬臂掘进机的适用条件受多方面因素影响,在掘进机选择时应考虑以下因素：
（1）大跨距切割臂，切割高度。
（2）一般采用单螺旋线小直径切割头，优化截齿排布和切割角度，切割效果好，破岩能力强。
（3）自动卷电缆控制系统结合多自由度电缆高架，配合整机行走自动收、放电缆，代替人力操作，保护电缆，并保证掘进和支护的同步进行，提高施工效率。
（4）具备无线遥控、漏电检测、故障报警及安全保护等智能控制技术，采用国际知名品牌电液元件，人性化设计，操控应安全可靠。
（5）配备宽幅履带有轨驱动行走机构，降低接地比压，适应不同地基。
（6）采用分体式回转台机构，拆装、维修方便。
1. 2施工方法
悬臂掘进机施工时主要是纵向掘进，采用机械硬齿切削岩石从而达到掘进目的。掘进施工时掘进机行驶至掌子面，利用切割部在隧道掌子面进行切削掘进，切削下来的渣土直接采用掘进机传输带运输至掘进机后方的出渣车，运输至洞口临时存渣区。
（1）施工准备
按照“安全第一、预防为主、综合治理”的原则，先根据围岩级别及水文地质情况确定支护参数及开挖方法，并结合现场人员、机械配置情况制定施工方案，确保施工安全，施工方案经济、合理。
（2）测量放线
由测量人员根据隧道洞内控制导线，精确测设出隧道开挖轮廓线、隧道中线等。
（3）悬臂掘进机的截割方式
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，以达到断面尺寸的要求。一般情况，当截割较软的围岩时，采用左右循环向上的截割方法。
图1-2 悬臂掘进机截割示意图 图1-3掘进机工作照片
当截割稍硬岩石时，可采用由下而上左右截割的方法。当遇有硬岩时，不应勉强截割，对有部分露头硬石时，应首先截割其周围部分，使其坠落。对大块坠落体，采用适当办法处理后再进行装载。
1.3关键施工工艺要求
1.3.1切割头及截齿选型
泥岩：粘性软岩，易粘附于截割头表面，填充于截齿之间，因此，选用螺旋叶片式截割头，配长型截齿。
易破碎软岩（Ⅳ、Ⅴ级围岩）：此类岩石在隧道施工中最为常见，选用多螺旋线截割头，截齿排布密集，切割效率高，磨损少。
硬岩（50-80MPa）：选用单螺旋线或双螺旋线小直径截割头，配硬岩型截齿，实现块状切割，降低截齿损耗。
1.3.2切割方式
泥岩或软岩：从掌子面低处开始截割，再按S型或Z型左右循环向上逐级截割以上部分。
硬岩：如选用右旋截割头，先由右向左从扫低开始截割，再按从左至右、自下往上的方式或从右往左，自上而下逐步进行截割。
1.3.3除尘、降尘措施
掘进机掘进过程中由于截割面的摩擦、切割会生产大量的粉尘，针对施工过程中产生的粉尘，主要采用本机除尘、降尘和外载降尘。施工过程中往往需要多措并举，才能确保效果。
(1)洞口安装风机，通过掘进进尺加装风管布，保证掘进面离送风口始终保持在一定的距离，风机可以向洞内输送新鲜空气，加速稀释掘进面粉尘的浓度，在一定程度上达到送风降尘的目的；
(2)另可以在掘进过程中，距离掘进面50米处（具体距离根据现场情况合理掌握）布置喷雾除尘器，喷出的水雾可有效降低空气中的粉尘；
(3)在掘进面150米处（具体距离根据现场情况合理掌握）设置对外排风机，通过风管布一直延伸至洞口，向洞外抽排掘进面的污浊空气，通过洞外送风，洞内排风，可有效置换洞内夹杂大量粉尘的空气，使除尘、降尘效果更好。
1.3.4除噪措施
施工噪音主要为掘进机本身在工况条件下产生的噪音，为降低施工时的噪音，主要通过改进掘进机自身结构，如：加装消音器、内部零件之间设置的减震器等。
1.4适用性分析
根据实际使用经验，悬臂掘进机主要适用于岩体强度10～40MPa且岩体较破碎的Ⅳ、Ⅴ级围岩。在强度小且节理裂隙发育时开挖进度优势十分明显。
1.5主要注意事项
（1）施工过程中需配合监控量测和超前地质预报减小安全风险；
（2）对局部较硬岩应采用小钻头进行局部处理或者改炮减小对悬臂掘进机钻头的损耗；
（3）及时支护和初喷，确保掌子面稳定；
（4）做好扬尘处理和通风减小对作业人员伤害。
2、总结
悬臂掘进机在掘进中同时出渣，节约出渣时间。因开挖成型好，初支喷砼时间耗时较少。在城区可24小时施工。开挖成型、超挖控制均可控，初支喷砼表面平整度较好。机械化施工程度高，总体安全风险低。
采用悬臂掘进机掘进是一种比较先进开挖方法，市场前景很广阔，在以后城市建设地铁建设中将大面积的采用。
参考文献：
（1）《地下工程施工手册》建筑工程工业出版社
（2）《地下铁路工程施工及验收规范》（GB50299-1999）(2003版)
（3）《城市轨道交通监测技术规范》GB50911-3013
（4）《地铁设计规范》（GB50157-2013）；
论文作者:刘俊1,易重庆2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/3
标签：悬臂论文; 掘进机论文; 围岩论文; 地铁论文; 粉尘论文; 螺旋线论文; 隧道论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;