甘肅省引洮二期四干渠24標輸水隧洞銑挖法施工工藝研究

葉丕平

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 工程概況

1.1 項目概況

甘肅省引洮供水二期主體工程四干渠24標起始樁號為35+914.00，終點樁號為44+722.92，標段總長8 808.92 m。設計流量4.2 m3/s，標段主要建筑物為隧洞、暗渠、節制分水閘、直斗口及退水渠。該標段共有9#隧洞（L=530 m）、10#隧洞（L=1 447 m）、11#隧洞（L=1 700 m）、12#隧洞（L=1 051 m）、13#隧洞（L=428.70 m）等5條隧洞，共計5 156.7 m。

1.2 工程地質

四干渠24標段隧洞總長5 156.7 m，隧洞圍巖為N2砂質泥巖、砂礫巖及E砂巖、含礫砂巖、Q31黃土狀土及Q32馬蘭黃土。

洞身巖性為N2磚紅色砂質泥巖與砂礫巖互層洞段，圍巖以泥質膠結為主，膠結差，屬極軟巖，巖體呈中厚層狀結構，產狀平緩，裂隙不發育，較為完整。巖體中地下水活動輕微，開挖時局部有滴滲水。隧洞圍巖穩定性很差，為極不穩定的Ⅴ類圍巖。

洞身巖性為E紫紅色砂巖、含礫砂巖洞段，圍巖泥質膠結，成巖程度低，屬軟巖。巖體呈中厚層狀構造，產狀平緩，層間結合差，裂隙不發育，巖體完整性好。巖體中地下水活動微弱，開挖時局部有滴滲水。洞頂以上基巖厚度10～70 m，洞身圍巖類別為極不穩定的Ⅴ類，建議隧洞開挖采用噴混凝土、掛網、系統錨桿、鋼拱架支護，并及時襯砌；施工中需采取排水措施。

洞身圍巖為plQ31黃土狀土洞段，圍巖雜色，中密—密實，具弱濕陷性。隧洞處于地下水位以上。洞身圍巖成洞條件差，屬黃土隧洞Ⅴ1類圍巖，開挖后掌子面無自穩性、極易坍塌。隧洞開挖時應采用鋼拱架支護和噴混凝土支護，及時采用鋼筋混凝土襯砌。應采取嚴格的防滲措施，防止隧洞圍巖產生濕陷變形。

洞身圍巖為馬蘭黃土洞段，具中等—強濕陷性；隧洞處于地下水位以上，洞身圍巖成洞條件差，屬黃土隧洞Ⅴ1類圍巖，開挖后掌子面無自穩性、極易坍塌。隧洞開挖時應采用鋼拱架支護和噴混凝土支護，及時采用鋼筋混凝土襯砌。應采取嚴格的防滲措施，防止隧洞圍巖產生濕陷變形。

2 銑挖法施工工藝

銑挖法采用不同型號銑挖機進行開挖，本文以STX-100銑挖機為例進行闡述。銑挖法是通過380 V外電帶動銑挖機45 kW電機后，通過液壓傳動系統帶動銑挖機頭的定速旋轉達到破碎、切削圍巖的目的，再輔助人工使用風鎬、電鎬等小型器具按設計要求的開挖輪廓參數進行修繕。在整個開挖過程中，銑挖機的運用可大幅降低對地層的擾動，控制超、欠挖量，提高隧洞開挖質量和安全系數，降低人員勞動強度[1]。

2.1 銑挖法施工原則

總體實施掘進、支護（超前支護、錨、網、噴）兩條機作業線，把“超前地質預報”作為重要工序管理內容，把“加強支護、量測監控、強化通風”作為施工安全管理原則[2]。

破碎圍巖和不良地質洞段認真落實“先加固、后開挖、強支護、快循環、嚴防水、勤量測”的施工原則。

2.2 工藝流程

銑挖法適合大中小型斷面開挖，適應性強，對地質條件要求較低。在大斷面洞室開挖中采用銑挖法，首先在斷面頂部上臺階部位環形開挖并支護，再進行上部核心土開挖，依此方法對中部及其左右側和下部土體進行開挖并支護，最后安裝底拱[3]。

2.3 施工流程

通過銑挖機開挖圍巖，出渣采用銑挖機皮帶輸送至小型自卸車，小型自卸車運輸至指定棄渣場。噴砼采用PZ-6型噴漿機作業，風鉆鉆錨桿孔，人工安裝φ18錨桿、I12鋼拱架和φ6.5*200*200 mm鋼筋網片。噴錨工作結束后，進行下一個循環施工。

2.4 施工工序

銑挖法施工采用上中下三臺階銑挖法，一次支護緊跟開挖掌子面，按照“短進尺、快循環、勤支護”的原則施工，作業順序如下：一是開挖上部臺階頂拱，高度100～120 cm，進尺控制在160 cm以內；二是頂拱初噴3～4 cm的C20混凝土；三是再開挖上部臺階兩側，與中部臺階距離一般不超過300 cm；四是開挖上部臺階的核心土，中部臺階兩側邊墻采取“馬口跳挖”方法；五是開挖中部臺階核心土，下部臺階兩側邊墻采取“跳挖”方法；六是開挖下臺階核心土及隧底洞底，安裝I12鋼拱架形成全封閉支護安裝I12鋼拱架，銑挖機配合小型自卸汽車出渣，安裝φ18水泥基藥卷錨桿、φ6.5*200*200 mm鋼筋網，然后再復噴砼至設計厚度10 cm。銑挖法三臺階開挖施工步驟如圖1所示。

圖1 銑挖法三臺階開挖施工步驟示意圖

3 常見故障及設備保養

銑挖法的使用主要依靠不同型號的銑挖機來實現。銑挖機在工作過程中受工作環境、人員操作水平等條件的影響，會出現不同程度的設備損耗和各類故障。在使用過程中定期進行設備保養可有效延長工作時間，減少故障次數[4]。

銑挖機由動力系統、傳動系統等部分組成。在銑挖法運用過程中常見有銑挖齒磨損、切削力弱、液壓傳動系統故障、行走故障、履帶刮板斷裂、連接件磨損等現象出現，可導致工作效率降低、斷面成型差、無法工作等結果，嚴重影響施工質量及安全[5]。出現上述現象，通常采用更換銑挖齒、液壓油管、各類軸承等方法進行維修，達到消除或減緩相應故障的目的。

銑挖機的常規保養項目有風扇保養、皮帶調整、打注黃油、緊固螺絲、設備清潔。首先，銑挖機在每班使用前應進行簡單保養[6]。其次，在使用過程中操作人員應隨時觀察機械運行狀態，做到有問題能立刻發現并及時修理，避免小問題變成大故障。最后，做到定期定項無故障保養。通過以上方法，可最大限度提高銑挖機使用效率，延長使用壽命，為工程建設帶來更大效益。

4 結語

銑挖法配合人工開挖可極大程度加快施工進度，控制超欠挖，提高開挖質量和安全度，降低作業人員的勞動強度。銑挖法的應用需做到安全、質量、工期等多項措施的配合才能達到預期效果，為工程建設增速。定期進行銑挖機檢修保養，有利于提高機械使用保證率。本文對銑挖法施工工藝流程及要求進行探討，可為同類工程在相近地質條件情況下提供借鑒，為施工技術的發展起到積極作用。