吴建峰
中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001
摘要：悬臂式掘进机（Boom-Type Roadheader）是一类可以实现机械破煤岩、装料、运输煤岩，依靠液压驱动行走，具有喷雾、灭尘等功能的巷道掘进联合机组，被广泛的应用于隧洞的施工。本文结合蓬溪船山灌区工程对悬臂式掘进机施工技术在软岩隧洞中应用进行分析。
关键词：悬臂式掘进机；施工技术；软岩隧洞
一、工程概况：
四川省蓬溪船山灌区工程位于遂宁市涪（江）以东，嘉（陵江）涪（江）分水岭以西，处于武都引水灌区以南，重庆市潼南县界以北的西充县、蓬溪县与船山区涪江左岸区域。罐区工程包括西梓干渠延长段、白鹤林囤蓄水库工程、蓬船干渠、文吉分干渠、蓬南分干渠、7条支渠、分支渠及田间工程。全灌区灌溉面积94.7万亩（标准亩），灌区渠线总长174.9km。
西梓干渠延长段共布置了13座隧洞，累计长度19187.59m，占渠线总长的77.1%，最长的隧道长达3546米，最短的长79米。其中：
（1）特长隧道L>3000米的有：木头垭、大平山、忠义山隧洞3座；
（2）长隧洞3000≥L>1000米的有：高台阶、钟台山、楼房岩、玉凤山4座；
（3）中长隧道1000≥L>500米：有窑湾、鼓楼山2座；
（4）短隧道500米≥L：有梨树山、狮子山、两叉沟、金子山4座；
二、工程地层岩性
干渠沿线地层主要为侏罗系上统蓬莱镇组下段（J3p1）、上段（J3p2）地层和第四系覆盖层，以砂岩、粉砂质泥岩为主，局部夹泥质粉砂岩，砂质、粉砂泥质结构，岩性较软。
三、悬臂式掘进机技术优点
悬臂式掘进机的特点：同时实现剥离岩石、装载运出、机器本身的行走调动以及喷雾除尘等功能，即集切割、装载、运输、行走于一身。它主要由切割机构、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。其中切割臂、回转台、装渣板、输送机、转载机、履带等为主要工作机构。该机为电动自行、开挖、集渣、装车流水作业的履带式连续开挖机械，利用设备后支撑撑紧洞底板产生的作用力驱进液压缸推压切割头，将狼牙棒似的截齿切入岩石，并在岩面上做同心圆轨迹滚动破岩实现破碎岩石，是煤矿掘进巷道常用的设备，其发展应用使得矿井巷道掘进速度和效率大幅度提高。
悬臂式掘进机适用于硬度较低的软岩切割。可适用于水利水电工程等隧洞洞挖洞挖，实现水利水电工程中小型断面软岩隧洞洞挖机械化施工，适应于社会发展的趋势。其主要优点如下：
3.1较传统钻爆法洞挖更安全
悬臂式掘进机洞挖为机械化施工，掘进时工作人员较少（指挥1人、司机1人、看护1人），较传统钻爆法减少大量施工人员，切割对岩石的扰动较小，无火工产品管理，无爆破震动，因此较传统钻爆法洞挖施工来说，减少了因人员密集、爆破烟尘、爆破震动等带来的高危施工情形，对周边人畜生活、建（构）筑物、已开挖成型或已临时支护完洞段影响小，无爆破破坏纠纷、赔偿情况，且悬臂式掘进机处于已支护洞段，操作人员坐在驾驶室内，远离开挖掌子面，更加安全、舒适。
3.2较传统钻爆法洞挖速度快、稳定且经济
悬臂式掘进机能够连续开挖、掘进速度快，能更自由地决定支护岩石的适当时机；中小断面软岩隧洞采用悬臂式掘进机洞挖，仅需要2～3人操作和指挥机械（指挥员、机械操作员、辅助工人各1人），单头掘进1.5 km情况下按有效工作时间计，月均进尺可达200 m以上。而传统钻爆洞挖每班最低需6人，单头掘进1 km以内最高月进尺约150 m，超过1 km后则很难保证。
3.3受线型工程征迁影响小、利于工期履约
长期以来，线型工程征迁工作一直是工程建设的重点与难点，是制约工期的关键因素。传统钻爆法爆破震动与噪音大，爆破安全管控区域内建（构）筑物未拆除时洞挖施工不能开工，受征迁影响大，维稳难，纠纷赔偿风险高，特别是距民房近的隧洞夜间不能爆破作业，更影响工程进度。
悬臂式掘进机洞挖施工采用机械切割方式，震动、噪音较小，洞外基本无感应，对周边居民日常生活及建筑安全影响小，特别是不存在夜间施工投诉现象，有利于工程施工期间维护社会稳定及保证工程进度。
3.4较传统钻爆法施工洞挖成型质量好、节约成本
悬臂式掘进机洞挖施工为机械化施工，由专业培训考核合格的专职人员操作机械，开挖过程由专职人员控制，施工过程及质量完全受控，可减少超挖，隧洞施工采用红外线指向仪全过程测量、监控，开挖成型隧洞的超挖基本控制在5 cm以内，且洞壁平整、线条平顺，远远小于传统钻爆法洞挖超欠挖约15 cm的社会平均水平，大大减小了隧洞混凝土衬砌超挖回填量，可节省岩石支护和衬砌的费用，节约了施工成本。
3.5较全断面掘进机更加灵活、经济
悬臂式掘进机洞挖以多次上下左右连续移动截割头切割岩石方式完成全断面开挖，故洞挖不受隧洞断面形状限制，可用于任何断面形状的隧道，适应性强；体积小、转场及组装方便。与全断面掘进机相比，具有结构简单、投资少、组装更方便、快捷、施工准备时间短和再利用性高等显著特点。
3.6除尘效果好
悬臂式掘进机自带内、外喷雾装置，自行喷雾除尘可改善洞内施工环境；与传统爆破法相比，除尘效果更好，而且减少了专门通风、排烟工序，节约了时间。
3.7结论
通过采用悬臂式掘进机进行中小断面软岩隧洞洞挖施工效果来看，该机械洞挖施工与传统钻爆法施工相比较，洞挖施工更安全，掘进速度更快且稳定，洞挖超欠挖小且稳定、经济，受征迁影响小，可避免爆破震动破坏纠纷赔偿问题，更有利于施工期间的社会维稳，而且不受隧洞断面形状限制，适应性强，值得类似水利水电工程软岩中小断面隧洞洞挖施工借鉴，特别推荐火工产品采购困难或人口、建筑物密集、征迁复杂的隧洞工程借鉴。
四、悬臂式掘进机施工技术在本工程的应用
4.1蓬船引水工程的施工特点
蓬船工程施工隧洞多而长（本工程共布置了13座隧洞，单条长度最短79m，最长3800m；累计长度19187.59m）、施工断面小（隧洞标准断面为3.6m×3.7m及3.0m×3.55m城门洞型）、地质条件差（本工程围岩类型为Ⅳ类、Ⅴ类，岩石为软岩、极软岩，多为堆积、坡积、洪积等）、施工环境差（隧洞多处穿越村庄、道路和民房）、隧洞埋深较浅（最大埋深仅79m，个别部位仅4m左右）。
4.2施工的难点和关键点
该工程受制于“小”和“长”的影响，增大了施工难度。
a. 施工工序交叉多，相互干扰大；受“小”断面尺寸的控制，在有限的空间内施工，工序交叉、相互干扰，在同一个工作面上钻孔、出渣等工作只能周期性循环进行，同时无法在施工中运用高效的大型机械设备，而且也影响到洞内管线的布置，从而总体影响机械化施工配套。“长”则受距离的限制，带来供电、供风、排水、排烟、出渣等一系列困难，施工劳动条件差，安全问题也比较突出。因此，小断面长隧洞的施工存在较大困难。
b. 小断面隧洞不利于开挖出渣以及施工所需的各种管道（包括进风管、回风管、高压给水管、高压供风管、反坡施工排水管道、顺坡施工排水沟槽以及架空动力及照明电力线路等）的布置，同时也影响人员通行和车辆运输通行。
c. 小断面和长隧洞不利于工程安全和劳动保护，如前所述，小断面和长隧洞通风排烟困难，洞内烟尘含量大，氧气供给不足，使施工作业条件恶化甚至不能保证基本的人员施工环境需要，易酿成安全事故（如人员窒息，神经麻痹，矽肺病等）和工程事故。
d. 较差的地质条件（软岩）、施工环境和较浅的埋深容易造成坍塌等事故。
4.3施工方案的选择
根据本工程的特点，寻找一种合适的施工工艺，急需解决施工工序干扰大、通风排烟困难、施工质量难以提高、进度较慢及安全隐患多等问题，为此，项目部通过考察、对比、论证，经过慎重考虑选择，选用悬臂式掘进机开挖施工技术进行洞挖施工。
4.4隧洞开挖与支护
（1）隧洞开挖
施工时掘进机先驶入隧道一头，利用截割头在隧洞掌子面进行截削掘进；首先接通电源，点亮前后照明灯，确认周边没有异常情况，即可打开“信号、报警”开关，发出开机信号。观察工作现场，确认不会发生机械和人身事故，启动截割作业。
利用截割头左右循环、自下而上截割，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。（如图）
切削下来的渣土直接由“第一运输机”输送至掘进机后方第二运输机，由第二运输机直接传送进入运渣车运至指定弃渣场，掘进完成后利用掘进机切割头将初支台车运至掌子面进行初期支护（钢拱架架设、喷射砼）施做，掘进机则后退至不影响后续施工的位置等待下一循环掘进工序。采用掘进机开挖，不仅对围岩扰动小，也避免对周围建筑物的影响。
在掘进时打开喷雾控制阀，使截割头处处于喷雾状态，并控制其水量。使其内外喷雾同时打开，即实现截割头的内、外同时喷雾，降低截割时的粉尘。
在开机前同时打开抽风机，将洞内开挖面未得到完全控制的粉尘则由抽风机通过风管直接送入洞外降尘室。
通过对掘进机截齿上设置多个喷头进行喷雾降尘，改善了洞内烟尘、粉尘的状况，创造了良好的作业环境，保证了洞内开挖的质量及操作人员的安全及健康。
截割开挖
（2）初期支护施工
隧洞工程主要采用全断面开挖成形的开挖方式，开挖完毕后及时进行系统支护，不同围岩类别采取不同的工艺流程，Ⅳ、Ⅴ类围岩属于不良地质，采取“短进尺、早封闭、强支护、勤量测”的施工方法，按照一掘一支护的施工原则。
系统砂浆锚杆采用YT-28手风钻造孔，人工站在简易支护台车上施钻。钻孔完毕后人工站在支护台车上进行插杆、注浆、挂网。
开挖支护
洞身支护工程施工程序视具体施工项目而定，基本施工程序如下：超前支护→开挖→初喷第一层混凝土→锚杆施工→挂钢筋网→钢支撑安装→喷第二层混凝土。
利用悬臂式掘进机施工技术实现了截割、装载运输、自行走及喷雾除尘的联合，适用于本工程软岩隧道可连续开挖、无爆破震动，减少对围岩扰动；可有效控制开挖断面，避免超欠挖处理；自主装渣减少设备配置；自行喷雾除尘可改善洞内施工环境，提高了工作效率，从而创造了本工程隧洞单面开挖月进尺280m好成绩。
悬臂式掘进机施工技术在蓬船隧道施工中以其对围岩扰动小、适应能力强、开挖质量高、施工干扰小、方便支护、缩短工期、安全有保障而得到了项目认可。
五、结语
隧洞作为调水工程的主要方式已越来越多，越来越普遍。对于中小型调水工程而言，引水隧洞大部分都有一些共同的特点：一是设计断面小，设计以最小工作断面控制。二是工程地处崇山峻岭，多开支洞或竖井成本太大，造成单个工作面控制掘进的距离比较长。三是工程规模较小，投资不大。四是埋深浅、地质条件较差等。项目部通过对悬臂式掘进机施工技术在长距离小断面软岩隧洞开挖中的应用，积累小断面、长隧洞相关施工经验，分析施工中施工方法、施工质量、安全控制的关键点及控制要素，总结出一套长距离、小断面软岩隧洞科学、经济的施工方法，形成一套成熟的施工方案，对指导以后的施工具有深远的意义。
参考文献：
[1]赵霞，饶军应，崔会超，梁中勇，刘灯凯.悬臂式掘进机在岩溶隧道暗挖施工中的应用研究[J].施工技术，2018，47（14）：15-19.
[2]岳海飞.邻近运营线隧道悬臂掘进机施工技术[J].施工技术，2018，47（S1）：620-622.
[3]张博. 悬臂式掘进机铣挖法隧道掘进工艺及适应性研究[D].大连交通大学，2018.
[4]杨秀才.悬臂式掘进机在贵阳地铁暗挖隧道中的施工应用技术初探[J].黑龙江交通科技，2016，39（10）：137-138.
[5]马利. 岩巷机械化快速掘进技术及其在邢台矿区的应用研究[D].中国矿业大学（北京），2012.
[6]关则廉.悬臂式掘进机在地铁工程暗挖隧道施工中的应用[J].现代隧道技术，2009，46（05）：73-75+81.
[7]张希良，王炳河，张立军，刘知义.悬臂式掘进机在软岩隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2001（04）：28-30+0.
上接第75页
成威胁。高速公路、一级公路的湿陷性黄土地基处理一般采用石灰土挤密桩或干拌水泥碎石挤密桩；其他等级的公路可采用石灰土挤密桩或素土挤密桩。挤密桩可以采用预钻孔夯扩挤密法成桩或采用沉管挤密法成桩，当挤密处理深度在12m之内时，不宜预钻孔，挤密孔直径宜为0.3m～0.45m；因为前者比后者多出预钻孔体积的取土量，在挤密处理效果相同的条件下，前者需要的孔内填料量比后者多。当要求的处理深度不太大时，沉管挤密法成桩更加经济。当挤密处理深度超过 12m 时，可预钻孔，预钻孔直径宜为0.25m～0.30m，夯扩挤密后成桩的直径宜为 0.50m～0.60m。预钻孔夯扩挤密法的优点是施工噪音低，振动影响小，能减小长桩施工长时间振动对周围的影响。
4结语
在建筑工程中，桩基础施工十分关键，对于整体工程施工的质量具有极大的影响。本文就详细分析了在建筑土建桩基础施工中施工技术的要点，对技术的应用进行了探讨，可能还存在分析较为浅薄的地方，但希望能对相关施工单位的桩基础施工提供参考，更好地进行桩基础的施工，并保证施工的质量，从而建设出合格的高层建筑。
参考文献：
[1]贾成龙.建筑桩基础土建施工技术的应用分析[J].江西建材，2017（23）：105+108.
[2]李新.建筑桩基础土建施工技术应用研究[J].绿色环保建材，2017（08）：100+103.
[3]王锐新.建筑工程土建施工中桩基础施工技术探讨[J].山西建筑，2017，43（16）：77-78.
[4]范志毅.建筑工程土建施工中桩基础技术的应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2017（02）：11-12.
[5]郭崇飞.建筑工程中桩基础施工技术的应用探讨[J].四川水泥，2017（01）：215.
论文作者:吴建峰
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/3
标签：隧洞论文; 悬臂论文; 断面论文; 掘进机论文; 工程论文; 施工技术论文; 隧道论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;