懸臂式掘進機在都江堰灌區毗河供水工程軟巖隧洞施工中的應用

李 有 發， 張 三， 付 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

懸臂式掘進機在都江堰灌區毗河供水工程軟巖隧洞施工中的應用

李 有 發， 張 三， 付 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 三分局，四川 都江堰 611830)

采用懸臂式掘進機洞挖水利水電工程隧洞，施工安全高效，超挖小，無爆破震動破壞及相應糾紛及賠償，征遷影響小，利于工期履約及施工期間的維穩。

懸臂式掘進機；中小斷面；軟巖隧洞洞挖；應用效果；毗河供水工程

1 概 述

懸臂式掘進機為電動自行、開挖、集渣、裝車流水作業的履帶式連續開挖機械，利用設備后支撐撐緊洞底板產生的作用力推進液壓缸推壓切割頭，將狼牙棒似的截齒切入巖石，并在巖面上做同心圓軌跡滾動破巖實現洞挖，是煤礦掘進巷道常用的設備，其發展應用使得礦井巷道掘進速度和效率大幅度提高。但其在我國水利水電工程施工中尚未推廣。目前國產掘進機最大截割功率達418 kW，可截割f=10的中等硬度巖石。筆者介紹了四川省都江堰灌區毗河供水一期工程總干渠(簡稱毗河項目)采用懸臂式掘進機進行中小斷面軟巖隧洞洞挖施工情況，供類似工程借鑒參考。

毗河項目由引水樞紐、總干渠、干渠、充水渠及灌區渠系工程等組成，總干渠全長156.4 km，其中渠道長69.54 km；隧洞66座、長51.82 km；渡槽57座、長27.74 km；倒虹管4座、長7.35 km。供水區共涉及7市(區、縣)160個鄉(鎮)，總人口423萬人，其中城鎮人口108萬人，總干渠終期設計引用流量60 m3/s，工程等別屬I等，工程規模為大(1)型灌區。

隧洞為城門洞型，開挖斷面Ⅲ類圍巖為4.95 m×4.975 m、Ⅳ類圍巖為5.25 m×5.275 m、Ⅴ類圍巖為5.35 m×5.375 m，過水斷面 為 4.45 m×4.475 m。隧洞沿線巖性為砂巖和粉砂質泥巖互層，除總干渠龍泉山和金水橋隧洞砂巖屬中硬巖外，其余屬軟巖～較軟巖。沿線Ⅲ、Ⅴ類圍巖占隧洞總長約18%，Ⅳ類圍巖約占隧洞總長的64%。

隧洞開挖斷面小，洞多且長，約占總干渠總長的33%，沿線為中硬或較軟巖且破碎，人口密集、建筑物多，征遷復雜、協調困難，為施工中的關鍵項目、工期履約的重點。為確保安全施工、工期履約且節約成本，經策劃，鞍臺山隧洞、龍泉山隧洞2#檢修交通洞、石板河倒虹吸管第三隧洞等采用EBZ260懸臂式掘進機實施洞挖。

2 懸臂式掘進機洞挖施工工藝

2.1 測量放樣

由專業測量人員測量放樣。洞口段采用全站儀測放，進洞約200 m后在已支護成型洞段埋設紅外線指向儀進行測量控制。

2.2 洞 挖

專職操作人員操作懸臂式掘進機由下而上截割洞挖，即操作機械臂上下、左右移動截割頭截割掌子面巖體，逐漸開挖成設計斷面。軟巖采用左右循環向上的截割方法(圖1)；硬巖采用由下而上、左右截割的方法。當遇硬巖時，不應勉強截割。對于有部分露頭的硬巖，應首先截割其周圍部分使其墜落。挖柱窩時，應將截割頭伸到最長位置，同時將鏟板降到最低位置向下掘進，并在此狀態下將截割頭向回收縮，將圍巖拖拉到鏟板附近，以便裝載(圖2)。

2.3 出渣及運輸

出渣是利用懸臂式掘進機的主鏟板、第一運輸機、第二運輸機組合，連續收集洞渣并輸送至自卸汽車內，由自卸汽車運送棄渣到指定棄渣場。

2.4 降塵與除塵

懸臂式掘進機洞挖施工采用兩套系統實時降塵、除塵。一是利用自配除塵噴霧系統除塵并冷卻刀具；二是利用洞口軸流式風機與沿洞坡布設的紋管抽風管向洞外抽風降塵。

圖1 左右循環向上切割示意圖

圖2 特殊切割示意圖

2.5 維護與保養

掘進機維護保養的優劣決定著設備出勤率并直接影響工程進度，必須重視。掘進中應根據出廠隨機“掘進機日常檢查內容表”及“掘進機定期檢查內容表”分別進行日常檢查及定期檢查。日常檢查為每天工作前檢查；定期檢查為每1個月或250 h一次、每6個月或1 500 h一次、每1 a或3 000 h一次三類。

3 應用效果

3.1 鞍臺山隧洞

毗河總干渠鞍臺山隧洞位于四川省樂至縣境內，全長2 963.32 m，圍巖主要為砂巖及泥質粉砂巖，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別長1 960 m、886.84 m、116.48 m，是進度控制關鍵項目。隧洞出口段采用懸臂式掘進機洞挖，該洞段2015年9月8日正式掘進，2016年4月29日貫穿時掘進機洞挖

1 515.11 m。經統計，不含地質塌方處理等影響時間，日均進尺為9 m，最高日進尺為12 m，月均進尺252.5 m，最高月進尺270 m，超挖均在5 cm以內且洞壁平整，洞挖無爆破震動及噪音影響，無村民反映洞挖施工破壞民房及影響日常生活問題，施工過程中未發生洞挖震動破壞糾紛，且進度明顯快于進口段鉆爆法洞挖施工。

3.2 龍泉山隧洞2#檢修交通洞

毗河總干渠龍泉山隧洞2#檢修交通洞長427.8 m，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別長150 m、262.8 m、15 m，均采用懸臂式掘進機洞挖。洞挖時段為2015年8月21日～2016年1月20日。經統計，不含地質塌方處理、道路糾紛阻工等影響，洞挖最高日進尺9 m，日均進尺7 m，超挖均在6 cm以內且洞壁平整，洞挖無爆破震動及噪音影響，無村民反映洞挖施工破壞民房及影響日常生活問題，施工過程中未發生洞挖震動破壞糾紛。

3.3 石板河倒虹吸管第三隧洞

毗河總干渠石板河倒虹吸管位于成都市金堂縣境內，分PCCP管和有壓隧洞兩類，其中有壓隧洞由3個隧洞段組成，全長2 266 m，圓型斷面，洞挖直徑為3.8 m。第三隧洞段(二8+792.59～二9+184.59)進、出口分別位于云合鎮石河村1組、白塔村16組，全長392 m，洞口磚房近且未拆除，采用懸臂式掘進機洞挖。洞挖時段為2016年7月23日～9月21日。經統計，不含地質塌方處理、地方道路問題阻工等影響時間，洞挖最高日進尺9 m，日均進尺7 m，超挖均在6 cm以內且洞壁平整，洞挖無爆破震動及噪音影響，洞口磚房未受損，也無村民投訴影響日常生活問題，整個洞挖施工過程未發生因洞挖作業引起的糾紛及賠償。

4 優點及取得的效益

煤礦掘進巷道常用的懸臂式掘進機在毗河供水工程總干渠隧洞洞挖施工中的成功應用，表明該設備可適用于水利水電工程等非煤礦業隧洞洞挖施工，實現了水利水電工程中小型斷面軟巖隧洞洞挖機械化施工，適應于社會發展的趨勢。其主要優點如下。

4.1 較傳統鉆爆法洞挖更安全

懸臂式掘進機洞挖為機械化施工，無傳統鉆爆法洞挖人員密集高危施工情形，無火工產品管理，無爆破震動，對周邊人畜生活、建(構)筑物、已開挖成型或已臨時支護完洞段影響小，無爆破破壞糾紛、賠償情況，且懸臂式掘進機處于已支護洞段，操作人員坐在駕駛室內，遠離開挖掌子面，更加安全、舒適。

4.2 較傳統鉆爆法洞挖速度快、穩定且經濟

毗河項目中小斷面軟巖隧洞采用懸臂式掘進機洞挖，僅需要2～3人操作和指揮機械(指揮員、機械操作員、輔助工人各1人)，單頭掘進1.5 km情況下按有效工作時間計，月均進尺可達200 m以上。而傳統鉆爆洞挖每班最低需6人，單頭掘進1 km以內最高月進尺約150 m，超過1 km后則很難保證。

4.3 受線型工程征遷影響小、利于工期履約

長期以來，線型工程征遷工作一直是工程建設的重點與難點，是制約工期的關鍵因素。傳統鉆爆法爆破震動與噪音大，爆破安全管控區域內建(構)筑物未拆除時洞挖施工不能開工，受征遷影響大，維穩難，糾紛賠償風險高，特別是距民房近的隧洞夜間不能爆破作業，更影響工程進度。

懸臂式掘進機洞挖施工采用機械切割方式，基本無爆破震動、噪音，對周邊居民日常生活及建筑安全影響小，特別是不存在夜間施工投訴現象，利于工程施工期間維護社會穩定及保證工程進度。

4.4 較傳統鉆爆法施工洞挖成型質量好，節約成本

懸臂式掘進機洞挖施工為機械化施工，由專業培訓考核合格的專職人員操作機械，開挖過程由專職人員控制，施工過程及質量完全受控。毗河項目隧洞施工采用紅外線指向儀全過程測量、監控，開挖成型隧洞的超挖基本控制在5 cm以內，且洞壁平整，線條平順，遠遠小于傳統鉆爆法洞挖超欠挖約15 cm的社會平均水平，大大減小了隧洞混凝土襯砌超挖回填量，節約了施工成本。

4.5 較全斷面掘進機更加靈活、經濟

懸臂式掘進機洞挖以多次上下左右連續移動截割頭切割巖石方式完成全斷面開挖，故洞挖不受隧洞斷面形狀限制，可用于任何斷面形狀的隧道，適應性強；體積小、重量為85 t，轉場及組裝方便。較全斷面掘進機結構簡單、經濟、組裝更方便、快捷。

5 結 語

綜上所述，通過毗河項目采用煤礦行業懸臂式掘進機進行中小斷面軟巖隧洞洞挖施工效果來看，該機械洞挖施工與傳統鉆爆法施工相比較，洞挖施工更安全，掘進速度更快且穩定，洞挖超欠挖小且穩定、經濟，受征遷影響小，可避免爆破震動破壞糾紛賠償問題，更有利于施工期間的社會維穩，而且不受隧洞斷面形狀限制，適應性強，值得類似水利水電工程軟巖中小斷面隧洞洞挖施工借鑒，特別推薦火工產品采購困難或人口、建筑物密集、征遷復雜的隧洞工程借鑒。

TV554;[TV91]

B

1001-2184(2017)05-0030-03

2017-08-20

李有發(1978-)，男，廣西桂林人，高級工程師，從事項目管理工作；

張 三(1976-)，男，四川簡陽人，工程師，從事項目管理工作；

付 勇(1969-)，男，四川樂至人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)