摘要：随着我国社会不断发展，隧道工程在工程建设领域逐渐增多，隧道工程在公路、铁路、市政、水利等工程都有涉及。在此以千岛湖引水工程城北线—大毛坞~仁和大道供水管道工程为例，简述我国悬臂式掘进机的发展历程，介绍本工程的概况，对悬臂式掘机的选型，悬臂式掘进机的施工过程，并分析比较悬臂式掘进机施工与传统的钻爆法施工的优缺点，希望能给从事此行业的人提供可靠的建议。
关键词：隧道开挖；悬臂式掘进机；城北线引水工程；施工应用
前言
隧道工程根据所处的地理位置、周边环境及地质情况来确定施工方法。目前主要的施工方法分为：山岭隧道采用钻爆法和掘进机法（TBM和悬臂式掘进机）；浅埋及软土隧道采用明挖法，盖挖法，浅埋暗挖法和盾构法；水底隧道采用沉埋法和盾构法。千岛湖引水工程是关系杭州人民饮水安全、健康的重大民生工程，城北线由闲林水厂配水至仁和水厂，穿越山体部分采用钻爆法施工，其余部分采用盾构施工。由于屏峰出口距离G2501绕城高速约100米，及隧道北侧距居民区约150米，考虑爆破安全因素及减少对周边居民生活的影响，决定洞口段采用非爆破的施工方法掘进300米，再用钻爆法掘进。
一、我国悬臂式掘进机的发展历程
国外悬臂式掘进机制造生产技术已发展较为成熟，在工程建设领域得到广泛应用。我国悬臂式掘进机制造起步较晚，经历了国外引进，消化吸收、自主研发和规模生产阶段，在上世纪60年代我国开始进口悬臂式掘进应用于煤矿生产行业，到70年代在煤矿行业大力推广应用，并开始了自主研发、规模生产，从煤矿行业延伸到工程建设领域。在国家大力提倡绿色施工的大环境下，于2011年徐工集团悬臂式隧道掘进机EBZ135、EBZ160开始下线，针对隧道和煤矿巷道的不同，相继开发出了适应岩石掘进的EBZ200R、 EBZ260，EBZ320硬岩型掘进机，该掘进机机身稳定性强、整机功率大；切割头采用高强度耐磨截齿，截齿排布更加优化，大大加强了岩石破碎性能。EBZ200R首次在四川绵阳隧道施工即取得了成功，得到了用户的一致好评。但市场上隧道施工大多需要截割高度7米以上，于2014年徐工集团成功研制了首台XTR260悬臂式隧道掘进机，截割高度可达7.1米，其科技成果和卓越的性能表现，荣获“中国2014年度中国工业领域重大装备首台套产品”殊荣。引领着行业技术发展达到新的制高点。
二、工程概况
千岛湖引水工程城北线，从闲林大毛坞施工支洞开始，终点为绕城高速与仁和大道交界处的仁和节点，线路总长28.6km，项目总投资：28亿元。按输水建筑物型式不同可分为3段，分别为：大毛坞~屏峰节点输水隧洞、屏峰节点~留和节点输水管道以及留和节点~仁和节点盾构隧洞。跨余杭区及西湖区。其中大毛坞~屏峰节点输水隧洞总长约8.0KM，沿途在下凉坞、东穆坞、大毛坞、白龙山处设置4条施工支洞, 采用钻爆法施工，砼衬砌后洞径为5.0m。隧洞沿线所经过地貌形态为低山丘陵区，洞身围岩岩性以粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及石英砂岩为主。
三、确定非爆破法开挖施工方案
根据前言所述，千岛湖引水工程城北线屏峰出口300米采用非爆破开挖方案施工，目前隧道非爆破开挖有TBM和悬臂式掘进机两种开挖方案，两种方案比选情况如下：
1、从投资角度分析一台TBM设备价格高达上亿元（江南线已采购，属于浙江省内第一台）且无租赁，一台悬臂式掘进机价格约500万元左右，可以向徐工集团租赁，租赁价格为35余万元/月。
2、从生产安装时间角度分析TBMP从订货开始生产需要约12个月时间，设备到场安装需要约1个月时间，从生产到设备投入使用约需要13个月时间，所需时间较长。悬臂式掘进机厂里有现货，可随时进场，到场安装时间约3天左右即可。
3、从场地分析TBM整机长度达500米左右，所需场地较大，受场地限制无法安装。EBZ260悬臂式掘进机整机长度11.68米，安装不受场地限制；
4、从施工条件分析TBM最小转弯半径为400米，而掘进机不受转变半径约束；
5、从隧洞成型角度份析TBM直径最大扩挖约10cm,掘进机应操作人员水平及视角原因隧洞直径扩挖约20cm左右，
6、从能耗方面分析开挖直径6米的隧洞TBM驱动功率需要约4500KW,而悬臂式掘进机总功率约450KW；
综上所述从两种设备的投资、生产安装、场地、施工条件等方面进行综合分析，非爆破开挖采用悬臂式掘进机具有很大优势。
四、悬臂式掘进机的选型
悬臂式掘进机由电控系统、液压系统、除尘喷雾系统、切割系统、铲板总成、运输机系统、行车机构、安全装置组成，本工程屏峰出口开挖城门洞型，横向直径宽为5.7米，高5.50米，隧道断面为31.35平方米。
1、从厂家提供的掘进机开挖洞径参数分析
序号悬臂式掘进机型号横向开挖直径（米）纵向开挖高度（米）开挖最大有效断面（平方米）是否符合开挖参数要求
1EBZ2306.044.8530开挖高度<5.50米，最大有效断面<31.35平方米，不能满足施工需求
2EBZ2606.05.5333.2开挖高度>5.50米，最大有效断面>31.35平方米，满足施工需求
3EBZ3207.15.7540.2开挖高度>5.50米，最大有效断面>31.35平方米，满足施工需求
从上表分析情况得出EBZ260和EBZ320，均能满足开挖尺寸和有效断面要求；
2、从机械的能耗分析EBZ230总功率为417KW ； EBZ260总功率为447KW； EBZ320总功率625KW；EBZ230 EBZ260能耗较为接近，EBZ320能耗略大。
3、从租赁价格分析因EBZ230开挖高度不够不能满足开挖条件要求不能采用，只对EBZ260、EBZ320的租赁价格进行对比分析，EBZ260的租赁价格约为33万/月，EBZ320的租赁价格约为36万/月。
从上述综合情况对比分析，在满足开挖条件的情况下EBZ260的经济性和能耗均优于EBZ320，故此采用EBZ260的掘进机。
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五、悬臂式掘进机的施工过程
1、开挖主要设备：EBZ260掘进机一台，ZL50-D型侧翻装载车一台，出碴车三台，800KVA专用变压器一台，3×95平方高压电缆线400米及配套馈电开关、高压线接线盒等。
2、隧道开挖
在开挖前首先测量先行，对开挖断面进行测量放样，并对断面进行标识，机械操作人员根据放样标识进行开挖。掘进机开挖主要通过截割悬臂垂直和水平摆动，截割头在行走机构的带动下旋转推进，完成一个完整的断面截割，在操作过程中要求操作工人有熟练的操作技巧和仔细的观察能力来判断偏差进行及时的修正，同时要配备一名电工和两名工人配合电缆的收放保证掘进机的正常掘进。
3、出碴
因输水隧洞断面较小，作业空间有限，出碴设备不能与掘进机在同一平面作业，石碴通过掘进机一运装置输送至掘进机的尾部，再通过二运装置或装载机装车运输至临时堆场。
4、隧道初期支护
因屏峰出口围岩节理较发育，层厚在10 cm~50cm之间，均为Ⅳ类围岩，根据设计要求采用Ⅰ16型钢拱架支撑间距1米及挂ø8@150mm钢筋网喷C25砼的支护形式，每次掘进进尺都控制在2米以内，做到短进尺、强支护、快封闭、勤测量。以保证作业安全。
5、隧道掘过程中截齿损耗情况
掘进机主要易损件为截齿，在300米掘进过程中，根据地质报告显示为泥质粉砂岩，强度低，均为Ⅳ类围岩，在开挖之前对岩石进行采样检测，强度在85Mpa,左右，EBZ260掘进机最大经济切割强度为≤90Mpa；每次循环进尺2米平均需要消耗约5个截齿。期间曾遭遇完整性较高的高强度岩层，通过现场取样检测岩层强度达到140Mpa，每米掘进消耗截齿超过45个，超过经济切割强度，损耗太大。所幸本工程经过9天的强行切割穿越了强度高的岩层，本工程完成300米隧道掘进共消耗1382个截齿。
六、悬臂式掘进机与传统的钻爆法施工优缺点分析
悬臂式掘进机的优缺点：
优点：悬臂式掘进机在掘进过程中大大降低了对围岩的扰动，断面成型较好，超欠挖控制较好，节约喷射砼用量；相对爆破施工基本没有振动影响，减少了对周边居民生活的影响，同时也不受节假日及社会重大活动影响，能够持续施工；悬臂式掘进机操作人员加辅助人员共需要4人，钻爆法相同断面需要7到8人钻孔作业，作业人员减少一半；掘进机操作人员资格审核较为简便只要具有操作资格，到项目部进行备案报监理单位审核即可，爆破作业人员受公安部门管理，要具有公安部门的作业资格证并备案本项目后才能进行爆破作业。
缺点：掘进机较钻爆法施工所需用电量大，切割后石碴成粉末状，遇水之后容易成泥浆状，不利于洞内的安全文明施工，且没有爆破石碴利用率高，不能进行再次加工，经济价值不高。
钻爆法施工优缺点：
优点：钻爆法施工在成本控制方面较掘进机有所节约；且爆破后的石碴可以进行深加工，比如加工石子、瓜子片和石粉经济利用价值较高；在作业人员管理方面由于火工品和爆破人员均受公安部门管理，人员从业方面要求较高，安全意识均较高。
缺点：钻爆法施工受地质情况和操作人员影响对隧道的超欠挖方面较难控制，超挖后喷射砼用量较多，增加施工成本；钻爆法施工受春节等重要节日和重大活动以及交通管制等情况出现火工品停供情况，出现停工。对施工进度有所影响。
结束语
综上所述悬臂式掘进机在隧道软弱围岩施工过程中具有振动小、安全风险低、环境适应性强等特点，在安全、质量和施工进度方面具有较大优势。
参考文献
[1]王建波. EBZ200悬臂式掘进机在引水隧洞的应用[J].葛洲坝集团科技.2015，19（3）：54-56.
[2]欧兵.何波.悬臂式掘进机在武引二期工程隧道施工中的应用.四川建材.2017，43（4）：176-178.
我与地质、与锰矿结缘
叶金福
中国冶金地质总局昆明地质勘查院 650203
记得小时候，在地里收甘蔗，一辆敞蓬的大卡车停了下来，从车上走下几个人，向地里走来，说要买几棵甘蔗吃，我说地里多的是，不用买，自己随便砍些吃。说话间歇瞅了下车门，心里暗念，某某“治金”公司，时隔多年回过头一想，真跟这冶金接下缘了，高中毕业鬼使神差地被长春冶金专科录取了，命运第一次与我开了个玩笑，让我用一生来区分“治”与“冶”字，是不是有些缘分呢。
毕业后，被分配到西南冶金工业局在昆明的一个调查所，也就是我现在工作的地方，单位属冶金部所属，在那个年代，部门专业是划得很清楚，单位是专搞黑色金属锰矿，因此一进单位接触最多的便是锰矿，在云南这片土地上四处都留下我们勘探的身影。在滇西北的丽江市老马沟、鹤庆县的鹤庆、滇中富民、滇西的孟海县巴夜、勐宋、普洱市的大平掌及勐连拉巴锰矿，滇东南的平远街土基冲、老乌、浦草、开远市的大平寨、广南县的白显锰矿以及滇东北的格学锰矿等都挥洒过我们炙热的汗水，留下挥不去的记忆。
锰矿，到底有何用处和重要性呢？锰金属是一种价值极高的金属，在国民经济中具有重要的地位。因其熔点、沸点高；在常温下稳定，不被氧、氮、氢侵蚀，因此广泛用于冶金工业上。在钢铁工业中，锰具有脱氧、脱硫及调节的作用。锰的加入可增加钢材的强度、硬度、耐磨性、韧性、可淬性；在其他工业中，锰的用途也是广泛的，二氧化锰在干电池中作为消极剂，在环保事业中用于汽车尾气和工业用水、饮用水的净化剂；另外锰金属在化学试剂、医药、焊接、油漆、涂料、合成工业等广泛应用，在国防工业中是一种主要的矿种。
锰矿既然有这样的重要性，在云南主要分布哪呢，按所处地理位置划分,大致可以分为滇西北、滇东南和滇西南三个优质锰矿及富锰矿带,此外的滇东北、滇中等锰矿带,均属高磷高铁锰矿带(部分为铁锰矿)。鹤庆锰矿、白显锰矿及滇西南、斗南锰矿为云南三大优质锰矿及富锰矿的代表矿区。
按时间划分，云南的锰矿成矿期主要集中于前寒武纪、泥盆纪、奥陶纪、二叠纪、三叠纪及第四纪几个时代,其中三叠纪是云南优质锰矿、富锰矿的主要成锰期，“斗南式”、“白显式”和“鹤庆式”锰矿分别赋存于三叠系法郎组和松桂组地层,占云南锰矿探明储量的62%，占云南优质锰矿、富锰矿探明储量的90%以上；另一主要成锰期是前寒武世，产出“勐宋式”锰矿，具有找矿前景。
按与氧化物(O)、氢氧化物(OH1-)、碳酸盐(CO32-)、硅酸盐(SiO32-)及硼酸(BO33-)状态产出主要矿物组合划分，相应代表性矿物有硬(软)锰矿、水锰矿、菱(钙菱)锰矿、锰方硼石及蔷薇辉石。按形成的环境又可分为海相沉积型锰矿床、沉积变质锰矿床、与岩浆活动有关的层控制铅锌铁锰矿床及风化淋漓锰矿床四类。
时光荏苒，岁月如棱，一晃都快三十年了，从刚开始对锰矿的知之甚少，到后来慢慢熟悉，日子久了，认识也深刻了，回想起来，有无限的美好和心酸，但这就是人生，是我的一笔财富。
论文作者:凌剑
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：锰矿论文; 悬臂论文; 掘进机论文; 隧道论文; 断面论文; 隧洞论文; 作业论文; 《基层建设》2019年第7期论文;