浅谈掘进机在地铁暗挖隧道施工的应用

赵明春

摘要：悬臂式掘进机在煤矿系统广泛应用,而在城市地铁工程则很少采用。文章对掘进机在大连地铁二号线红南区间暗挖隧道工程中的应用情况做了一个比较全面的总结,指出城市地铁隧道工程推广应用掘进机技术成熟,经济合理,尤其在岩体隧道施工中对围岩扰动小,适应能力强,开挖质量高,安全有保障,具有传统钻爆法隧道施工无法比拟的优势。

关键词：城市地铁；暗挖隧道；悬臂式掘进机；施工方案；成本控制

中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：

正文：

隧道施工对人们来说并不陌生,但是也许在人们的思想中,隧道开挖施工仍然是打眼、放炮、出碴这样的传统观念。其实不然,在科学技术高速发展的今天,隧道开挖施工技术飞速发展,并以独特的魅力受到众人的关注,特别是采用具有国际先进水平的特殊机械,如盾构机、悬臂式掘进机(以下简称掘进机)。

本文以大连地铁一期工程209标段红南区间隧道为例：红旗西路站至南松路区间设计包括区间正线、出入段线、施工竖井、通风竖井、联络通道、迂回风道等土建工程,其中正线右线长2157.,649m，左线长2164.076；出入线段里程范围为CRX0+000～CRX0+535，长535m。其中红南区间穿越民居里程DK22+460～DK22+650（右线里程）,该段总长190米，本区间围岩级别为IV级围岩，主要以石英岩、石英岩夹板岩为主。沿线上方的建筑物共7栋， 7层房屋五栋以及13层和17层房屋各一幢栋。水文地质主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于石英岩、石英岩夹板岩中，水量一般，隧道开挖时有渗水现象。

考虑楼房安全以及人文关怀，需调整施工工艺，严格控制爆破振动，把楼房安全与扰民问题放在首位，决定上台阶采用掘进机（型号为EBZ200H 悬臂式掘进机）进行开挖，下台阶采用无感爆破进行开挖。

以此为例，对掘进机在地铁隧道施工中的应用作以简要的论述。

EBZ200H 悬臂式掘进机构造

EBZ200H悬臂式掘进机一些技术参数：理论生产能力200m3/h,爬坡能力±18°，截割硬度为100MPa。要求环境温度为0~40℃，铲板装载宽度3.6/3.2米，第一运输机链速45m/min,液压系统邮箱容量600L等。

EBZ200H悬臂式掘进机在液压、电气系统控制下，精确配合，协调一致，轻松灵活地完成掘进作业，其总体结构见下图：

施工方式分台阶进行开挖，根据掘进机技术参数决定：上台阶为4.5米，下台阶为2.25米。

1、施工前主要准备工作：

（1）、供水压力3MPa，水量30-150L/min。施工现场采用增压泵解决。

（2）、供电电压1140V，根据供电电压及掘进机功率，洞外设置630KW变压器。配备1140V电缆线，线长根据掘进长度确定。

（3）、通风要求，保证最小供风0.15m/s，现场配备75KW*2轴流风机满足供风要求。

2、操作顺序：

（1）、油泵电机 →开动第一运输机→ 开动星轮→ 开动截割头，以此作为开动顺序。

（2）、行走操作：行走有两个手柄，左侧手柄控制左侧行走，右侧手柄控制右侧行走。将手柄向前推动即向前行走，向后拉即后退。

（3）、铲板操作：手柄前推，星轮转动；手柄拉回零位则停止。

（4）、铲板的升降：将手柄向前推动，铲板向上抬起，铲尖距地面高度可到340mm；将手柄向后拉，铲板落下与底板相接，铲板可下卧260mm。当截割时，应将铲尖与底板压接，以防止机体振动。

（5）、第一运输机的操作：将手柄向前推动，运输机正转；反之逆转。

（6）、截割头的操作：手柄由中位向右推动，截割头向右；向左推动，截割头向左，手柄向前推动，即向上；手柄向后拉，即向下。

（7）、截割头的伸缩：将手柄向前推动，截割头向前伸出；反之收缩。

（8）、后支撑的升降：将手柄向前推，后支撑抬起；反之下降。

3、围岩截割：

利用截割头上下、左右移动截割，可截割出初步断面形状，如截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进行二次修整，达到断面尺寸要求。

一般情况，当截割较软的岩石时，采用左右循环向上的截割方法。

当截割稍硬岩石时，可采用由下而上左右截割的方法。

当遇有硬岩时，不应勉强截割，对有部分露头硬石时，应首先截割其周围部分，使其坠落。对大块坠落体，采用适当办法处理后再进行装载。

因此，在最初学习掌握掘进机的操作时，应按规定的断面尺寸进行掘进，以便养成好习惯。要求操作者既要熟练掌握操作技术，又要了解工作面的具体情况。

4、喷雾：

在掘进时如何控制粉尘是非常重要的。

截割头外喷雾控制阀位于司机的右后侧，在操作台与电控箱之间，当开始掘进时应开此阀，使截割头处喷雾。

另外，当欲进行截割头内喷雾时，打开控制阀，实现截割头的内喷雾。但应注意不能单一的只使用内喷雾，而必须内、外喷雾同时使用。

5、操作注意事项

1、启动前的注意事项

⑴、 非掘进机操作者，不得操作机器。

⑵、 操作者在开车前必须检查确认周围确实安全。

⑶、 必须检查确认顶板的支护可靠。

⑷、 在每天工作前应认真检查机器状况。

2、操作中的注意事项

⑴、 发现异常应停机检查，处理好后再开机。

⑵、 不要超负荷工作。

⑶、 在软底板上操作时，应在履带下垫木板。（1 至1.5m 间距），加强行走能力。

⑷、 操作液压手柄时要缓慢。要经过中间位置，例如：机器由前进改为后退时，要经过中间的停止位置，然后改为后退。操作其它手柄也一样。

⑸、 启动或停止电机时，要完全彻底避免缓慢微动。

⑹、 要充分注意，不要使掘进机压断电源线。

⑺、 当确认安全后再起动截割头。

⑻、 在装载时一定要注意，铲板高度的调整，当行走时铲板一定要抬起。

⑼、 大块岩石可能要卡在本体龙门口处造成第一运输机停止，请必须击碎成小块。

⑽、 截割电机启动前，应先打开内喷雾，以防喷嘴堵塞。

⑾、 机器行走时，不允许进行切割，这样会加大切割载荷，会造成截割减速机损坏。

⑿、 在切割时，特别是切割硬岩时，会产生较大的振动，造成截齿超前磨损或影响切割效率，要使铲板及后支承接地良好，加强稳定性，减少振动。

⒀、 设备停止工作时，截割头回缩，铲板落地。

⒁、当操作者离开操作席时，必须将设在操作箱上的急停按钮锁死，将电源开关旋至“停止”位置并把搬手取下。

6、 出碴：

出碴随开挖同时进行作业（边开挖边出碴），具体为掘进机截割部截割岩石后，由铲板部铲碴通过第一运输机把石碴运至掘进机尾部，然后卸入自卸汽车车厢里，人工配合自卸汽车水平出碴，采用2*10t龙门吊垂直运输至地面；地面运输采用装载机装碴由18t以上大型自卸车外运至指定弃碴场。

7、初期支护：

喷射砼采用湿喷法施工,分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖（或分部开挖）完成后立即进行，以尽早封闭暴露岩面，防止表层风化剥落。复喷砼在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变形。喷射混凝土采用混凝土搅拌站拌和，混凝土输送车运输至井口，采用串筒输送至井底翻斗车，翻斗车水平运输至喷浆机料斗。（喷射砼工艺流程见下图）

初喷砼紧跟开挖工作面。钢筋网、钢架与岩面的间隙喷射砼填充密实，先喷钢架与围岩间隙，后喷钢架之间，钢架应有不小于4cm保护层。

最后，在初期支护背后注浆，保证初期支护与岩面密贴。

三、掘进机施工成本控制

掘进机于2011年2月份进场组装调试，经前期机械与操作者的磨合和调整，于在2011年4月掘进机进行开挖施工。掘进机施工期间发现截割部的截齿损耗非常严重，大大的增加了施工成本。经分析主要原因为掘进机操作者技术不熟练与区间围岩硬度太高（对区间岩体取样，经大连市建筑工程质量监测中心进行抗压试验，其结果为抗压强度为130MPa）造成的结果。

经过项目QC小组研究，制定了具体解决方案，并进行实施。

1、由厂家专业技术人员再次对掘进机操作者进行重点培训择优选择，由理论讲解和现场演示相结合的方式进行。在掘进机操作者开挖作业时，厂家技术员在一旁指导、纠正，尽快积累操作经验。

2、据了解现在采用截齿已经是目前强度最高的截齿但截齿损耗量还是很大。对于区间现状，制定了掘进机和无感爆破相结合的施工方案，即：掘进机视掌子面围岩情况先掘进一个或几个洞穴作为掏槽部分，然后在周边进行爆破设计，采取单孔起爆，在爆破振动非常小的前提下松动围岩，围岩松动后再由掘进机进行开挖。

在落实方案的同时，又从现场施工试验数据分析来看，大大降低了截齿的损耗，又提高了施工进度。同时保证施工成本，又保证了楼房安全与居民的安全。

四、结束语

总之，在科学技术高速发展的今天，在改变了传统矿山法爆破施工方式，又避免了传统矿山法爆破施工时对地面建筑物影响，保证了楼房及居民的安全。经过现场施工进行认真总结，优化施工方案，进一步提高施工管理水平。