悬臂掘进机在高速公路李青--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

悬臂掘进机在高速公路李青

发表时间：2021/7/27 来源：《基层建设》2021年第14期作者：李青

[导读] 悬臂掘进机已经在煤矿、铁路、水利、市政等领域进行了广泛应用，本文以已往成功案例作为参考，总结分析悬臂掘进机在高速公路大断面软弱围岩隧道应用的可行性

        重庆千牛建设工程有限公司重庆 400700
        摘要：悬臂掘进机已经在煤矿、铁路、水利、市政等领域进行了广泛应用，本文以已往成功案例作为参考，总结分析悬臂掘进机在高速公路大断面软弱围岩隧道应用的可行性。
        关键词：悬臂掘进机；高速公路隧道；大断面；软弱围岩

        1 悬臂掘进机的应用现状
        悬臂掘进机已往主要应用于煤矿井下巷道，因其在软弱围岩超欠挖控制的优越性能，以及施工过程中安全可控、机动灵活、围岩变形小、无爆破振动、施工效率高。悬臂掘进机已逐渐在市政工程的中大断面隧道进行推广，但由于设备使用费用较高，其在公路工程中的应用实例并不太多，主要适用于中软岩（IV级、V级围岩）施工。
        2 高速公路大断面软弱围岩隧道传统施工工艺的特点
        高速公路大断面软弱围岩隧道传统施工工艺为钻爆法，通常采用双侧壁导坑法或CD法进行开挖，虽然有效地控制了隧道拱顶沉降变形，但实际施工中存在诸多的缺点：
        （1）双侧壁导坑法采用分部开挖的方式，同时需要兼顾安全步距及各导坑的台阶长度，开挖作业面极其狭小，无法使用大型通用机械施工，开挖以人工及小型机械开挖为主，施工工效极低；
        （2）双侧壁导坑法工序复杂，拱架制作拼装要求高，临时支护拆除难度大，施工速度慢，每循环进尺不能超过拱架间距的1.5倍，月进尺仅25m左右［1］；
        （4）隧道爆破后超挖严重，Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道超挖普遍超过32cm～45cm，造成喷射混凝土超耗严重，支护量大，造价昂贵。
        （5）隧道分部开挖需要进行临时支护，其喷射混凝土消耗较大，同时钢拱架、锚杆等材料回收极其困难，临时支护成本高昂。
        3 悬臂掘进机的施工工艺
        悬臂掘进机是集切割、装运、行走、喷雾灭尘等为一体的联合掘进设备，通过机器前端切割机构进行岩体的切割。切割下的渣石通过铲板及输送机传送至机器后方，并通过挖掘机与自卸车配套，将渣石运至隧道之外。广泛用于地铁、矿山、水利等行业的中等隧道全断面施工，以及市政工程大断面隧道的分层施工[2]，可采用两台阶法、三台阶法或环形开挖预留核心土法开挖。国内目前已有多个大断面软弱围岩隧道采用悬臂掘进机等非爆开挖工艺实现台阶法施工的成功案例。悬臂掘进机三台阶法开挖示意图如下：

        大断面软岩隧道三台阶开挖示意图[3]
        4 悬臂掘进机的应用案例
        4.1定临高速黑庄坪隧道[4]
        定临高速黑庄坪隧道常规开挖断面104㎡，最大跨度12.6ｍ。围岩为Ｖ类，以泥质砂岩为主，单轴天然抗压强度2.1～11.4MPa，为极软岩。隧道采用CTR300R悬臂机开挖，两台阶施工方式，上台阶开挖高度6.2ｍ、长度30ｍ，下台阶开挖高度2.5ｍ、长度20ｍ。根据现场统计，最大开挖量达61m³/h，最大月掘进进尺达102m，工效显著，开挖断面近乎实现零超挖。
        4.2京新高速公路金盆湾隧道[5]
        京新高速公路金盆湾隧道工程开挖高度12.31 m，开挖宽度17.093m，开挖断面最大195㎡，全线设计为Ⅴ级围岩，主要以红褐色泥岩和青灰色砂岩为主，夹杂漂石、孤石（直径3～5m）、卵石，层理发育明显，层面光滑，基本呈水平块状，具一定膨胀性，岩体自稳能力极差。隧道采用EBZ300（A）悬臂式掘进机掘进法、铣挖机掘进法等非爆破施工方法，三台阶施工方式。根据金盆湾隧道施工经验，采用铣挖机施工较钻爆法开挖可在每个循环上缩短1～2h，大大提高了工作效率。当隧道施工进度超出50m/月时，非爆开挖的成本将低于爆破开挖的成本。
        4.3贵阳八鸽岩公路隧道[6]
        贵阳八鸽岩公路隧道围岩主要为Ⅳ、Ⅴ级围岩，围岩抗压强度为28～32MPa，开挖断面Ⅴ级围岩173㎡，Ⅳ级围岩163㎡。原设计采用爆破法施工，其中Ⅴ级围岩段设计采用 CRD 法开挖，Ⅳ级围岩段采用环形导坑预留核心土法开挖。因爆破时容易产生较大的震动及冲击波，对附近的建筑造成损坏，周边复杂环境不具备爆破施工条件。后经反复论证，最终设计调整为悬臂掘进机开挖方式，采用上下台阶法施工，上台阶7m，掘进机型号CTR260。平均掘进速度Ⅴ级为66m/月，Ⅳ级为80m/月。
        5 悬臂掘进机的应用分析
        以铜安高速百花寺隧道右线为例进行悬臂掘进机应用分析，百花寺隧道右线全长607m，土石方开挖共106495m³，最大埋深约108m。岩性主要为近水平泥岩，局部为砂岩，围岩以V级为主（507m），隧道开挖宽度18.25m，高度11.37m，最大断面182.17㎡，初期支护设计厚度24～28cm，隧道地质情况及设计断面均与京新高速公路金盆湾隧道类似。
        表1：百花寺隧道右线开挖方法比选

序号	项目	钻爆法开挖				悬臂掘进机开挖
		S5a、S5b	S5d	S4a	小计	S5a、S5b	S5d	S4a	小计
1	施工方法	双侧壁导坑	CD法	三台阶七步法		三台阶法	三台阶法	二台阶法
2	长度/m	270	247	80	597	270	247	80	597
3	月进尺/m	27	60	90		50	66	80
4	工期/月	10	4.1	0.9	15	5.4	3.7	1.0	10
5	超挖/cm	45	45	32		15	15	15
6	喷砼超耗量/m³	3645	3334.5	768	7747.5	1215	1111.5	360	2686.5
7	喷砼超耗/元	1603800	1467180	337920	3408900	534600	489060	158400	1182060
8	临时支护喷砼/m³	1350	605.15	0	1955.15	0	0	0	0
9	临时支护喷砼/元	594000	266266	0	860266	0	0	0	0
10	节约费用合计/元	（3408900-1182060）+（860266-0）=3087106

        说明：
        （1）钻爆法开挖的施工方法为设计施工方法；
        （2）悬臂掘进机的施工方法根据京新高速公路金盆湾隧道、贵阳八鸽岩公路隧道等类似工程进行确定，施工技术具有可行性。
        （3）钻爆法双侧壁导坑开挖循环进尺取拱架间距0.6m的1.5倍为0.9m，平均循环作业时间取24h；
        （4）钻爆法CD法开挖循环进尺取拱架间距0.7m的2倍为1.4m，平均循环作业时间16h；
        （5）钻爆法三台阶七步法开挖循环进尺取2m，平均循环作业时间16h；
        下转第215页