浅谈软岩非爆开挖施工技术

莫智彪

[摘 要]铣挖法是适合软岩隧道施工工艺的一种开挖方法，该文以玉磨铁路三标田房隧道铣挖法开挖为例进行简要介绍铣挖机工艺特点。工程实践证明，铣挖法在软岩隧道开挖中具有扰动少、控制超欠、加快施工进度等优势。可结合工程实际情况进行选用。

[关键词]铣挖法、施工技术。

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0029-01

0 前言

随着近年铁路、地铁的大量兴建，出现了各种条件之下的隧道施工，导致传统的隧道施工技术逐渐满足不了隧道特殊施工的要求。因此发展了許多新型的隧道施工技术，其中铣挖法是近年来兴起的一种软岩施工方法，它是将铣挖机安装在液压挖掘机上，用于隧道开挖、轮廓修整等。

1 工程概况

田房隧道全长180m，隧址区上覆第四系全新统坡积层（Q4dl）角砾土，下伏基岩为震旦系昆阳群黑山头组第六段Pt1hsf板岩。隧道全长设计为V级围岩，隧道最大埋深27m，洞身主要位于强风化板岩地层。洞身地表发育大开门4#滑坡，为浅埋隧道，岩体分化严重，现场表现为一独立的山头，地下水、地表水不发育，设计采用弱爆破、三台阶法组织施工，以减少对围岩的扰动，避免复活滑坡。从出口预加固桩施工揭露的围岩状况表明，围岩状况与设计相符。

2 铣挖机的类型及特点

2.1 铣挖机的类型

铣挖机有两种基本的类型：横向铣挖机（见图1）和纵向铣挖机（见图2），可分别装在2吨～150吨和3吨～45吨的挖掘机上，通过安装一个连接板，能与现有的大部分挖机进行快速连接安装。

横向铣挖机：适合渠道沟槽、隧道、特殊基础施工等

纵向铣挖机：应与于渠道工程、需要精确控制的特殊形状开挖，铣挖桩头等

2.2 铣挖机的特点

铣挖机开挖与传统机械、钻爆法开挖具有如下优点：

（1）低振动、低噪音、围岩扰动小：铣挖机采用机械切削开挖，机械连续切削围岩，小幅震动持续，铣挖机为开挖地段基本不会造成震动；施工现场没有钻爆法放炮，噪音可以控制在隧道中。因不存在大幅震动，所以其对未开挖地段扰动很小。

（2）超欠挖易于控制：铣挖法开挖属于精准开挖，通过操纵铣挖机按照开挖轮廓线铣挖围岩，避免钻爆法开挖震动造成轮廓线意外围岩松动掉块，可以较好的解决超欠挖问题，准确的修整开挖轮廓线，有利于降低施工成本。

（3）安全性大幅提升：使用铣挖机取代人工在软岩或破碎岩层中掘进，使施工人员离开掌子面，降低了前方施工人员在开挖时遇到掉块、坍塌等危险，提高了隧道施工的安全性。

（4）循环时间短：在正洞大断面施工中，铣挖机完成一侧开挖后，可以移动至另一侧开挖，这时先行开挖的一侧就可以进行出碴作业，达到开挖出碴同步施工；由于超挖的减少，缩短了后续支护时间，整体循环时间有了一定数量的缩短。

3 隧道铣挖法施工技术

一般情况，铣挖机只用于隧道轮廓的开挖、修整，但在软岩中，铣挖机可以直接用于隧道开挖、掘进。尤其在裂隙、节理发育的破碎岩层及地下水不发育的土质隧道中，且开挖过程扰动小，安全性高，保护环境等，特别适合不宜爆破施工的地段。

3.1 开挖方法

软弱围岩大断面隧道多采用二或三台阶法开挖，田房隧道开挖工法采用三台阶带临时仰拱开挖法。

3.2 开挖顺序

3.2.1 上台阶开挖

上台阶开挖根据掌子面稳定性分为预留核心土与不留核心土两种，核心土预留应以保证掌子面稳定、方便下道工序施工为原则。铣挖操作时先挖除核心土附近的岩石，再缓缓向周边靠近，逐步由下向上开挖，如不预留核心土，则宜从下向上、自中间向周边、自硬岩到软岩的顺序进行施工。

对周边进行开挖时，距钢架间距大于30cm部分可以由铣挖机开挖，小于30cm时，由于切削刀盘不是垂直于岩面，施工中存在局部死角，需要人工用风镐配合。同时应注意对已成型初期支护及超前支护的保护。铣挖机扒碴能力极其有限，因此配备铣挖机的同时，还要配备一台挖掘机进行同步扒碴、出碴作业。

3.2.2 中、下台阶开挖

中、下台阶开挖采取跳马口方式开挖，即先对中台阶一侧进行开挖完成后，再对另一侧进行开挖。开挖时挖至拱脚处应控至施工节奏，避免切削盘触及拱脚钢架。

中、下台阶开挖时同步进行上、中台阶钢架安装、网片铺设、锚杆打设等作业。由于隧道内作业环境复杂，铣挖机的铣挖头在工作时可能产生大量粉尘，施工时应采用水幕降尘和个人防护相结合。

3.2.3 仰拱开挖

仰拱开挖应由近及远，先中间后两侧按序开挖，开挖需自上而下分层进行，避免超挖，开挖后应尽快施作仰拱初期支护或施作二次衬砌仰拱，尽快封闭成环。在开挖前应先做好引水措施，加强排水，避免隧道内水流到开挖面内，导致基础底面出现软化层，而需重新换填，增大工程量。

3.3 开挖效率

铣挖机开挖的速度、效率与效果与铣挖的地质情况、围岩软硬程度、铣挖部位、角度、方向、施工顺序有密切的关系。根据现场统计，强度较低的软岩（《10MPa），每小时可开挖30m3，且此种围岩进尺短，为0.8～1.0m，断面受台阶限制，面积较小，可在1～2h内完成。随着围岩强度的上升，铣挖机每小时的开挖量随着下降。

3.4 注意事项

铣挖机停靠的位置直接影响着铣挖机的效率与效果，一般以方便施工操作为原则，在施工场地与空间受限的隧道里，应保证履带前缘距掌子面的距离小于6.0m，铣挖机停靠落脚点距开挖顶部的距离不小于5.0m。对于短台阶法开挖，应根据施工组织及地质条件结合铣挖机的作业范围调整合适的台阶长度、高度与核心土的断面尺寸。

因隧道开挖进尺短，铣挖头整体尺寸较大，在进行隧道轮廓修整时，若非熟练操作手，容易破坏已成型的初期支护或超前支护，开挖过程需专人指挥或局部采用人工风镐进行开挖处理，影响整体开挖效率

围岩风化程度高或黄土地段，若围岩无渗水进行铣挖时洞内灰尘量大，空气质量差影响后方施工作业面，需进行洒水降尘。围岩渗水量大，易泥化时，铣挖头容易被包裹，影响铣挖效率。

3.5 铣挖机的适应性

铣挖法比较适用于围岩破碎、不宜爆破、挖掘机难以挖动或效率不高的软弱围岩及黄土地段。黄土地段因挖机挖头原因，对于超欠挖的控制较困难，利用铣挖机配合装载机可以有效解决挖掘机开挖黄土隧道超欠挖难控制的缺点。

玉磨铁路沿线多个隧道围岩风化强烈、岩体强度不高；岩体破碎、节理裂隙发育；地处特殊地域对爆破法施工有特殊要求等，均适用于铣挖法开挖。

4、结束语

采用铣挖法开挖施工可减少掌子面施工人员数量与作业时间，提高隧道施工安全性，提高隧道开挖的机械化程度，改善施工环境，减少对周边地层或建筑物的扰动，保护环境。在软弱围岩地段不失为一种较好的开挖方法，可在以后的施工中逐步积累经验，完善施工工艺，以期获得良好的应用效果。

参考文献

[1] 李昌宁.隧道铣挖法施工技术.隧道建设.2012.

[2] 谢达文.浅谈非爆开挖法隧道施工技术.岩土土锚固工程.2015.

[3] 韩常领.铣挖法在软岩隧道开挖中的应用.中外公路.2009.