臨近既有線鐵路隧道懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工研究

宋志廣

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司，天津 300350）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路線改擴(kuò)建施工步伐越來越快，鄰近既有線鐵路施工越來越多，在保證營業(yè)線安全的前提下，機(jī)械開挖因其開挖振動(dòng)小、對既有線鐵路影響小、沒有傳統(tǒng)爆破施工產(chǎn)生的公害等優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。懸臂式掘進(jìn)機(jī)高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)在施工中顯示了它的優(yōu)勢［1］。云南安寧工業(yè)園區(qū)新亞美谷物流園鐵路專用線白山隧道全長344m，隧道最大埋深20m，隧道左側(cè)臨近既有線成昆鐵路武家莊隧道及新武家莊隧道，隧道中線距離既有線武家莊隧道最小凈距18m。為保證成昆鐵路隧道及列車運(yùn)營的安全，經(jīng)業(yè)主新亞美谷物流有限公司、中鐵二院、施工單位中鐵十八局集團(tuán)有限公司，將原設(shè)計(jì)控制爆破開挖隧道改為懸臂式掘進(jìn)機(jī)開挖。

1 工作原理

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在液壓、電控系統(tǒng)控制下，精確配合，協(xié)調(diào)一致，輕松靈活地完成隧道掘進(jìn)作業(yè)，其總體結(jié)構(gòu)詳見圖1。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、鏟板部、本體部、行走部、運(yùn)輸部組成，行走部實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的移動(dòng)，截割部實(shí)現(xiàn)對被采掘?qū)ο髮?shí)施截割，鏟斗部實(shí)現(xiàn)對被采掘下來的物料實(shí)施鏟裝，裝運(yùn)部實(shí)現(xiàn)對截割物料的裝載與運(yùn)輸，本體部為連接各個(gè)部件的主要承載構(gòu)件。掘進(jìn)機(jī)主要工作系統(tǒng)由電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)組成。主要?jiǎng)恿υ从?140V交流電源以及200kW的油泵電機(jī)提供動(dòng)力。機(jī)器工作時(shí)，首先啟動(dòng)油泵電機(jī)，打開噴霧裝置，并開動(dòng)第一運(yùn)輸機(jī)與鏟板部，將截割部處于水平和機(jī)器中心位置，啟動(dòng)截割電機(jī)，然后開動(dòng)履帶行走機(jī)構(gòu)，讓機(jī)器慢速推進(jìn)，使截割頭逐漸插入巖石。推動(dòng)截割部回轉(zhuǎn)油缸操作手柄，使截割部向左向右橫掃，再推動(dòng)升降油缸，使截割部向上向下截割。利用截割頭上下、左右移動(dòng)截割，可截割出初步斷面形狀，如此截割斷面與實(shí)際所需要的形狀和尺寸有一定的差別，可進(jìn)行二次修整，以達(dá)到斷面尺寸要求［2］。

2 施工工藝流程

（1）放樣開挖輪廓線。

隧道開挖前，采用全站儀進(jìn)行開挖輪廓線及隧道中心線的放樣，并用紅油漆清晰的標(biāo)注出來，以便于后續(xù)開挖施工超欠挖的控制。

（2）掘進(jìn)機(jī)開挖。

測量人員放樣完成后，由現(xiàn)場技術(shù)人員、專職安全管理人員指揮掘進(jìn)機(jī)操作人員將掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)至待開挖面，待機(jī)器紅外系統(tǒng)調(diào)試完成后，由操作人員操作掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道洞身開挖。

（3）自卸車出碴。

掘進(jìn)機(jī)開挖的巖石通過機(jī)器自帶的傳送系統(tǒng)傳送至機(jī)器后方10m處進(jìn)行堆積，由側(cè)翻式裝載機(jī)配合自卸車及時(shí)將開挖的巖石運(yùn)出洞外。

圖1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

（4）隧道斷面整修。

在掘進(jìn)機(jī)初步掘進(jìn)作業(yè)完成后，根據(jù)已放樣的開挖輪廓線，由現(xiàn)場技術(shù)人員指揮操作員，對洞身開挖輪廓線進(jìn)行整修，保證隧道基本輪廓，將隧道超欠挖控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

（5）初期支護(hù)。

洞身整修完成后，進(jìn)行初噴混凝土工作，穩(wěn)固圍巖、減少形變，完成后及時(shí)安裝鋼架進(jìn)行噴錨支護(hù)，進(jìn)一步控制圍巖形變。

3 注意事項(xiàng)

（1）由于懸臂式掘進(jìn)機(jī)屬于新工藝，在正式掘進(jìn)施工前應(yīng)組織現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)，讓參加作業(yè)的人員明確本崗位應(yīng)完成的任務(wù)、必須達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及與其它工種配合的方式，確保施工安全、優(yōu)質(zhì)、高速。

（2）掘進(jìn)機(jī)開挖作業(yè)時(shí)，其警戒線內(nèi)嚴(yán)禁站人。工班人員嚴(yán)禁酒后工作以及疲勞工作。機(jī)械設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，以保證其安全性能。

（3）定期對設(shè)備進(jìn)行檢修、保養(yǎng)，嚴(yán)格按照機(jī)器說明書進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，延長機(jī)器使用壽命。

4 施工優(yōu)缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工作業(yè)與傳統(tǒng)的鉆爆法施工作業(yè)相比，減少了對臨近圍巖尤其是既有線周邊圍巖及既有線隧道本身二次襯砌的擾動(dòng)，同時(shí)提高了施工效率、節(jié)約了人工成本、減少了鉆爆施工的廢氣污染。

（2）缺點(diǎn)。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)目前在山嶺隧道施工中應(yīng)用較少，施工過程中容易產(chǎn)生大量石粉漿，施工中需要大量的水對掌子面進(jìn)行噴淋以減少掘進(jìn)施工過程中產(chǎn)生的粉塵。由于隧道開挖輪廓線為圓形，相較于鉆爆開挖，很容易發(fā)生超欠挖。

5 結(jié)束語

通過采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)施工，大大的提高了隧道的開挖速度，短短90d時(shí)間就完成了隧道洞身的開挖任務(wù)，相較于傳統(tǒng)的鉆爆法開挖施工，進(jìn)度大為提前，通過開挖期間對既有線成昆鐵路武家莊隧道的監(jiān)測，施工期間隧道襯砌零變形，達(dá)到了預(yù)期的效果，受到了業(yè)主單位、監(jiān)理單位及昆明鐵路局的一致好評(píng)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)開挖隧道為以后臨近既有線隧道施工指明了一條新的道路。

［1］ 張瑋青，王龍，鄭長洲，等. 懸臂式掘進(jìn)機(jī)在拉洛工程曲美隧洞開挖中的應(yīng)用［J］. 中國水利，2016，（20）：71-73.

［2］ 付進(jìn)，劉欣意. 國內(nèi)懸臂式掘進(jìn)機(jī)隧洞開挖的成本分析［J］. 四川水利，2016，（01）：34-36.