懸臂式掘進(jìn)機(jī)在引畛濟(jì)澗工程中的應(yīng)用

隋海賓　郝楓楠　肖劍

【摘 要】新安縣引畛濟(jì)澗工程屬于調(diào)水工程， 畛河水通過(guò)無(wú)壓隧洞自流至新安縣城。隧洞長(zhǎng)度13.60km，斷面采用城門洞型。供水隧洞穿越城區(qū)段與地面的垂直距離僅為40m～90m，爆破對(duì)地面建筑物及人員有很大影響，且炸藥供應(yīng)嚴(yán)重不足，極大制約了工程的進(jìn)度。該洞段巖體多為Ⅴ類圍巖，強(qiáng)度較低，經(jīng)過(guò)大量調(diào)研，提出了采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工的建議。通過(guò)機(jī)器選型、施工組織、支護(hù)方案改進(jìn)等措施，極大提高了工程進(jìn)度，保證了穿越城區(qū)段的順利施工，為懸臂式掘進(jìn)機(jī)在水工隧洞中的應(yīng)用提供了參考。

【關(guān)鍵詞】水工隧洞；鉆爆法；懸臂式掘進(jìn)機(jī)

1 工程概況

新安縣引畛濟(jì)澗工程屬于調(diào)水工程，工程由浮船式泵站及輸水管道、引水建筑物和供水隧洞等三大部分組成，其中供水隧洞長(zhǎng)度13.60km，縱坡采用1/5038。隧洞斷面采用城門洞型，斷面尺寸2.4m×3.2m（寬×高），為自流無(wú)壓隧洞。隧洞開(kāi)挖采用鉆爆法，施工支護(hù)方法采用“新奧法”施工。

2 施工中遇到的問(wèn)題

供水隧洞從6#施工豎井（樁號(hào)K11+080）至城北公園（樁號(hào)K13+290）段地層巖性為新第三系洛陽(yáng)組（N1l）砂礫巖、粉砂巖、粘土巖、泥灰?guī)r，隧洞穿越F1斷層破碎帶，巖體完整性差，局部地段富水。圍巖類別為V類，極不穩(wěn)定，開(kāi)挖后容易出現(xiàn)大規(guī)模塌方，并可能產(chǎn)生較大塑性變形，局部段會(huì)出現(xiàn)涌水現(xiàn)象。從樁號(hào)K11+080開(kāi)始隧洞沿S246省道底部穿越連霍高速、及縣城北京路（埋深50m～90m）。

由于隧洞洞線距離地表較近，鉆爆法爆破施工引發(fā)了一定的市民阻工，加上縣公安局對(duì)城區(qū)內(nèi)炸藥管控極為嚴(yán)格，導(dǎo)致炸藥供應(yīng)嚴(yán)重不足，極大制約了工程的進(jìn)度。該洞段巖體多為Ⅴ類圍巖，強(qiáng)度較低，如果單純用人工開(kāi)挖的話進(jìn)度太慢，成本太高。為了加快工程進(jìn)度，參考煤礦施工的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)單位提出了采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧洞的開(kāi)挖。懸臂式掘進(jìn)機(jī)又稱巷道掘進(jìn)機(jī)，其工作機(jī)構(gòu)一般由一懸臂及安裝在懸臂上的截割頭所組成。工作時(shí)，機(jī)構(gòu)上下左右擺動(dòng)，截割頭旋轉(zhuǎn)完成煤巖的破碎，具有運(yùn)行靈活、效率高、截割斷面整齊、超挖欠挖量量小等優(yōu)點(diǎn)。特別適合于開(kāi)挖斷面面積20m2左右的軟巖[1]。

3 懸臂式掘進(jìn)機(jī)選擇

3.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

掘進(jìn)機(jī)按照對(duì)巷道斷面的作用方式可劃分為兩種：全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)最常用、最重要的一種就是懸臂式掘進(jìn)機(jī)。我國(guó)從1965年引進(jìn)該技術(shù)至今，國(guó)產(chǎn)化技術(shù)及應(yīng)用得到了快速發(fā)展，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)截割功率的不斷提高，從輕型發(fā)展到了中、重型，切割對(duì)象從煤拓展到了巖石，掘進(jìn)機(jī)的使用范圍產(chǎn)生了質(zhì)的變化[2]。

由上海分院研制的EBJ-160HN型掘進(jìn)機(jī)在大同礦務(wù)局井下工業(yè)性試驗(yàn)取得良好使用效果：在掘進(jìn)煤巖含量1：1的半煤巖巷道中，3 個(gè)月總進(jìn)尺1207m，最高月進(jìn)503.2m。穩(wěn)定切割時(shí)，頂板巖石平均抗壓強(qiáng)度和底板巖石平均硬度可達(dá)80MPa，迄今已掘巷1.3萬(wàn)m，且仍在井下作業(yè)。這標(biāo)志著我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)已跨入切割比較堅(jiān)硬巖石的世界先進(jìn)行列[3]。

3.2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)選型

經(jīng)過(guò)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)合穿越城區(qū)段圍巖和地質(zhì)情況，最終選擇徐工集團(tuán)EBZ160懸臂式掘進(jìn)機(jī)。該機(jī)器外形如圖1所示，掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

4 隧洞施工

4.1 施工方案

隧洞開(kāi)挖采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)斷面，通過(guò)鏟板及皮帶運(yùn)輸機(jī)將碎渣傳送到運(yùn)渣車，運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

4.2 施工過(guò)程控制

懸臂式掘進(jìn)機(jī)集切割、行走、裝運(yùn)、噴霧滅塵于一體，可以做到切削巖體和出渣同步進(jìn)行。

開(kāi)挖前，對(duì)隧洞進(jìn)行測(cè)量放線，通過(guò)激光導(dǎo)向儀器控制開(kāi)挖線，然后進(jìn)行掘進(jìn)施工。施工按照自下而上、左右循環(huán)切削的工序進(jìn)行。從底部開(kāi)挖至頂部以后，對(duì)隧洞進(jìn)行二次修正，已達(dá)到準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)斷面。

隧洞開(kāi)挖施工程序及模式如圖2和圖3所示：

4.3 隧洞初期支護(hù)

隧洞掘進(jìn)及出渣完成后，立即噴射一層混凝土對(duì)隧洞開(kāi)挖面進(jìn)行封閉，以控制圍巖變形，發(fā)揮圍巖的承載能力。噴射混凝土后，安裝鋼拱架對(duì)隧洞進(jìn)行支撐，然后打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)片，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。一次支護(hù)方案參照常規(guī)鉆爆段的施工方法進(jìn)行。

4.4 施工效率

EBZ160懸臂式掘進(jìn)機(jī)自2014年7月正式進(jìn)洞掘進(jìn)，隨著掘進(jìn)工作的進(jìn)行，工人熟練程度日漸提高，最大日進(jìn)尺8m，平均日進(jìn)尺4-6米，與傳統(tǒng)人工開(kāi)挖相比極大提高了隧洞掘進(jìn)速度，經(jīng)過(guò)一年多的施工，順利貫通了城區(qū)段隧洞。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)“懸臂式掘進(jìn)機(jī)在引畛濟(jì)澗工程中的應(yīng)用”關(guān)鍵技術(shù)的研究，從掘進(jìn)機(jī)的適用性、選型、施工組織設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了積極的研究，取得了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。目前穿越城區(qū)段已經(jīng)施工完成，進(jìn)行了二次襯砌，平穩(wěn)運(yùn)行1年多，懸臂式掘進(jìn)機(jī)引畛濟(jì)澗工程中的使用取得了良好的效果，為引畛濟(jì)澗工程的順利完工起到了積極的保障作用和促進(jìn)作用，取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)以往在煤礦采掘中運(yùn)用較多，在水利工程中運(yùn)用較少，本次研究通過(guò)在引畛濟(jì)澗工程軟巖洞段施工中的應(yīng)用，為我們水利水電工程的設(shè)計(jì)和施工積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)在水利工程中的應(yīng)用起到了重要的推動(dòng)作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周新順.懸臂掘進(jìn)機(jī)在水利水電隧洞工程中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，2013，32 （5）：49-51.

[2]張希良，王炳河，張立軍，等.懸臂式掘進(jìn)機(jī)在軟巖隧道施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2001，04：28-30.

[3]陳同寶，錢沛云，陶崢.我國(guó)懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤礦機(jī)電， 2005，05：58-62.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]