導語：懸臂掘進機在機場隧道工程的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：重慶江北機場隧道在鉆爆法及普通機械開挖受限情況下，經(jīng)過比較后選用懸臂掘進機開挖方法，并成功解決伴隨的泥漿及塵土問題，安全快速地通過了近機場復雜環(huán)境區(qū)段，為以后類似工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：懸臂掘進機；工法工藝；隧道；降塵措施

隨著我國進入社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時期，城市規(guī)模不斷擴大，城市隧道工程的建設(shè)遇到更復雜的地質(zhì)環(huán)境和更嚴苛的文明施工要求。傳統(tǒng)鉆爆開挖、TBM法及普通機械開挖存在一定的局限性，從煤礦中引進的懸臂掘進機開挖方法成為了傳統(tǒng)開挖方法受限情況下的新選擇。懸臂掘進機開挖的顯著特點是對圍巖的擾動小、斷面成型效果好、施工速度快。在滇西紅層隧道，IV級圍巖條件下懸臂掘進機開挖方法較鉆爆法施工速度提升了近67%。鄂北地區(qū)水資源配置工程優(yōu)良隧道埋深僅13~14m，V級圍巖，采用懸臂掘進機開挖安全快速地通過了下穿公路段和臨近構(gòu)筑物段。趙克明依托貴陽地鐵1號線提出并驗證了系統(tǒng)的懸臂掘進機適應(yīng)性分級方法，高效通過了臨近既有建筑，圍巖等級為IV級的白云巖和泥質(zhì)石灰?guī)r區(qū)段。如何兼顧施工速度，保障施工安全，同時又減少對周圍環(huán)境的擾動一直以來是工程界的熱點問題?？紤]到重慶江北機場隧道適宜的圍巖條件及對地表沉降和既有建筑的影響控制要求，結(jié)合懸臂掘進機以往成功應(yīng)用的案例，經(jīng)過比較后將其作為隧道開挖的主要手段。本文旨在介紹懸臂掘進機在近機場隧道應(yīng)用的經(jīng)驗，為此后類似工程工法及相關(guān)規(guī)范的編寫提供借鑒。

1工程概況

重慶江北機場隧道進口延伸段長1710m，見圖1，由于隧道一端位于新填土地層，地質(zhì)條件極差，加之地下水的影響，施工進度緩慢，另一端并未貫通，為確保工期，增設(shè)斜井開辟工作面。斜井位于機場2#跑道南端盡頭，長約295m，與主線呈66°斜交。在斜井某掌子面取巖石試樣檢測，如表1，巖體強度約為35MPa，屬于次堅石，綜合其圍巖完整程度分析，可認為斜井洞身圍巖為Ⅳ級。又因隧區(qū)圍巖基本為水平巖層，據(jù)此推斷斜井工區(qū)正洞段落地質(zhì)情況基本一致，同為IV級圍巖地層。隧址內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑土、棄填土、坡殘積層；下伏基巖為侏羅紀系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s、J2xs）砂巖、泥巖。斜井下穿機場區(qū)域所屬下穿道公路、機場既有跑道防吹坪及聯(lián)絡(luò)跑道，隧道進口段洞身下穿機場范圍的場坪、結(jié)構(gòu)物及邊坡。

2超前地質(zhì)探測及開挖設(shè)備選型

2.1超前地質(zhì)探測

與一般隧道工程相比，本隧道存在以下幾點顯著區(qū)別：①隧道洞頂為機場場內(nèi)運營區(qū)，地表環(huán)境極其敏感；②隧道拱頂埋深約為15m~20m，僅為一倍洞徑左右；③前期地質(zhì)勘查無法鉆孔，隧道前方洞身圍巖情況存在不確定性。由地層地表基巖出露的情況推測，砂巖地層厚度一般在15~35m，故隨著隧道掘進，掌子面揭示的砂巖可能出現(xiàn)變薄或尖滅，變?yōu)閹r體強度低、巖體較破碎的泥巖地層。因此，施工期間應(yīng)加強地質(zhì)調(diào)查與超前地質(zhì)鉆探，并將超前地質(zhì)鉆探的調(diào)查結(jié)果作為工法變更的依據(jù)和前置條件。以30m為一循環(huán)，具體要求如下：①每循環(huán)開挖后做好開挖后掌子面的地質(zhì)素描并保存影像資料。②每循環(huán)在拱頂、掌子面中央、底部各布置至少一處超前探孔，每處探孔長35m，拱頂、底部探孔應(yīng)以10°左右的張開角分別向掌子面前方上部及前方下部布設(shè)，并取末端2m較完整巖芯檢測。見圖2所示。③若掌子面出現(xiàn)地下水滲流，應(yīng)在局部補充超前探孔，及時取水樣化驗。若隨著隧道施工，地質(zhì)條件出現(xiàn)顯著變化，無法同時滿足：①新開挖的掌子面圍巖的完整程度良好；②超前探孔巖芯試樣強度大于30MPa；③超前鉆探揭示，隧道拱頂和底部砂巖巖層厚度超過5m；④地下水不發(fā)育等4項條件，則不能認為掌子面前方30m圍巖為IV級，應(yīng)對設(shè)計和施工進行強化調(diào)整。

2.2開挖設(shè)備選型

結(jié)合本工程特點，對比了液壓破碎頭、盾構(gòu)機、銑挖機和單臂掘進機四種常用開挖設(shè)備的優(yōu)缺點，見表2。經(jīng)對比后選定懸臂掘進機作為本次開挖機械。根據(jù)懸臂掘進機在滬昆高鐵關(guān)嶺至普安區(qū)間捧古隧道、重慶曾家?guī)r嘉陵江大橋隧道等工程的成功應(yīng)用，見表3。斜井工區(qū)可從EBZ320和EBZ260兩種功率的單臂掘進機進行選擇。以正洞襯砌為例，其開挖面積為181.15m2，橫向跨度為16.22m，以三臺階法施工，每層臺階高度約5m。而EBZ320和EBZ260H定位切割范圍（高×寬）分別為8.8m×9.5m和7.1m×7.5m，一個斷面需要兩臺設(shè)備才能被完全覆蓋，從經(jīng)濟角度出發(fā)選擇兩臺功率較小的EBZ260H型懸臂掘進機。

3懸臂掘進機應(yīng)用情況

3.1施工工藝

掘進機配套使用電、水、風相關(guān)設(shè)備應(yīng)提前準備。采用地質(zhì)超前預報技術(shù)，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土、有害氣體等地質(zhì)災害，采用聲波探測法和紅外探水法、超前水平鉆探、加深炮孔等超前預報系統(tǒng)等措施將前方巖層地質(zhì)情況探明，以保證設(shè)備及人員的安全作業(yè)。懸臂式掘進機就位后，首先在掌子面底部切削一水平凹槽以方便設(shè)備前進，以更好的姿態(tài)工作。開挖時，采取自下而上、左右循環(huán)切削，在切削同時鏟板部耙爪將渣土由皮帶運輸機運至機器后方，裝車后運出洞外。自上而下，初步開挖完成后，進行二次修整以達到準確地設(shè)計斷面。當局部遇有硬巖（Rc>100MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理或使用切割力大破巖能力強的小直徑切割頭，以降低掘進難度和截齒消耗量。懸臂式掘進機的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環(huán)向上的截割路線逐級截割以上部分。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進行截割。如遇節(jié)理發(fā)育較好巖石，則應(yīng)選擇沿巖石節(jié)理方向逐步切割。如下圖3所示。

3.2懸臂掘進機應(yīng)用優(yōu)缺點

懸臂掘進機在開挖時對圍巖擾動極小，適應(yīng)能力強，開挖質(zhì)量高，斷面圓順度高，有利于初支的施作并控制超挖，從而縮短工期，保障安全。但施工會持續(xù)產(chǎn)生粉塵，即使對掌子面持續(xù)噴水降塵，效果也非常有限，而且會產(chǎn)生大量泥漿，工作面狀態(tài)十分糟糕。為改善施工現(xiàn)場環(huán)境，同時達到機場對于文明施工的嚴格控制要求，采取了鉆頭自帶噴淋降塵，攔塵臺車，集中抽排，除塵過濾器，洞口霧炮噴淋降塵等一系列從掌子面到洞口的措施，取得了較好的降塵效果，如圖4。對于施工產(chǎn)生的大量泥漿問題，可在洞內(nèi)兩側(cè)增設(shè)排水溝，將產(chǎn)生的泥漿匯聚后沉淀集中清淤。在設(shè)置沉淀池的同時，可根據(jù)泥漿體量，靈活設(shè)置洞內(nèi)臨時沉淀盒（圖5）。此外，由于設(shè)備易因鉆頭報廢或機械過熱停工檢修或置換，工期安排應(yīng)充分考慮維護時間，并備足機具元件以滿足不間斷施工的需求?？紤]每班組開機前更換磨損得到鉆頭齒輪，保養(yǎng)修護時間（3h），及倒班施工間歇，懸臂掘進機月均有效工作日為22天?，F(xiàn)將懸臂掘進機開挖段落施工進度情況統(tǒng)計如表4，經(jīng)加權(quán)平均測算后實際日進約為1.45m/天，月均進尺約為45m/月。相比原定采用普通機械開挖（貫通工期46個月），懸臂掘進機貫通工期為34.5個月，縮短了1/4的時間。經(jīng)濟性方面，懸臂掘進機開挖費用為382元/m3，為爆破施工的3.82倍，為普通機械開挖的2.94倍。雖然加大了建造成本，但是事實證明，在近機場特殊條件下，按照既定工期完成開挖任務(wù)，懸臂掘進機是一種可行的方法。

4結(jié)語

隨著城市地下空間的利用愈發(fā)密集，擁擠，懸臂掘進機將有著更為廣泛的應(yīng)用空間，優(yōu)化懸臂掘進機開挖方法，合理解決開挖過程中產(chǎn)生的塵土及泥漿問題十分有研究價值。作者簡介：劉東云（1985-），男，籍貫：甘肅永靖，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：鐵路工程。

參考文獻：

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作者：劉東云 單位：中鐵二十四局集團西南建設(shè)有限公司