关于悬臂式隧道掘进机隧道挖掘的研究

完强

摘 要 悬臂式掘进机因为具有通用性强，作业范围广，效率高，缩短工程周期等优点，被广泛用于隧道交通工程建设，本文对利用悬臂式掘进机挖掘重庆渝中朝天门110kV输变电工程电缆隧道进行了研究，从掘进机施工临建布置情况、机掘施工计划方面对此隧道挖掘工程进行了介绍。

关键词 悬臂式隧道掘进机；隧道挖掘；复杂地质

前言

本文所研究的工程为渝中朝天门110kV输变电工程，其电缆隧道位于重庆市渝中区朝天门片区，隧道南起于解放东路和诚大厦附近，北止于陕西路浙商广场附近，沿途有多条城市主干道路汇聚于此，为商业闹市区，交通繁忙，人流量较大。

地质构造和底层岩性方面，本隧道段岩层产状为290°<13°，张开度0～2mm，平直光滑，无充填，结合差，属硬性结构面，呈单斜产出。本隧道主要穿过中分化砂岩和泥岩，覆盖层主要为第四系人工填土，局部有少量卵石土，下伏侏罗系中统沙溪苗组岩石。

水文地质方面，城区地表排水系统较完善，道路路面全部硬化，大气降水及地表水排泄条件较好，地表排水向低处流入长江中，城市污水、废水通过市政下水道汇入污水处理厂。

总之，此工程具有环境条件差，施工工期短任务急计划必须周全、市政修建道路工序交叉并存在风险的特点，在时间紧、任务重，开挖速度成为本工程进度的关键制约因素的前提条件下，为有效提高开挖速度，本工程选用悬臂式隧道掘进机进行掘进施工。

悬臂式掘进机因为具有通用性强，作业范围广，在降低劳动强度，提高效率，缩短工程周期等优点，被广泛用于矿山采掘、水利建设、隧道交通、城市地铁等重大工程建设。悬臂式掘进机属于部分断面掘进机，其主要由截割部、铲板部、运输机、行走部、后支撑部、电控系统、第一运输机等组成。

1 掘进机施工临建布置情况

1.1 供电

掘进机供电额定电压为1140V，配套专用柴油发电机组一台，经专用变压器变压到1140V后供掘进机使用，专用变压器至掘进机线缆最大为300m左右，符合供电要求。电源位置设置于4号竖井施工区域内，并派专人监护维修[1]。

1.2 供排水

供水水源为引接自“中航里城”项目的自来水管网。掘进机所需水源水压为1～2MPa，市政管网水压不能直接满足掘进机所需水压的要求。故采用不锈钢水箱+变频增压泵的增压方式进行增压处理。水箱位置设置于4号竖井施工区域内，并派专人监护维修。

排水方式由井下水泵抽排至地面沉淀池，经沉淀后就近排入市政污水管网。

1.3 出渣

隧道掘进机在掘进过程中，截割部截割岩石后，由星形铲板通过第一运输机把石渣运至掘进机尾部，自卸料斗在此等候和跟进，石渣直接装在料斗内，然后通过电动车将渣运至竖井井底，提升至井上后卸于渣场。在保证开挖速度的情况下，也可采用装载机、挖掘机等设备辅助进行出渣。隧道出渣可与开挖同期进行以利节省时间。

2 机掘施工计划

本悬臂式掘进机施工作业段隧道沿施工设计图规定方向及坡度掘进，采用激光定向，XTR4/180型悬臂式隧道掘进机截割，电动车出渣，全断面一次开挖，掘进开挖与初期支护顺序作业的施工方法进行，初期支护在掘进开挖间隙期（通常在夜间设备检修期8小时内）进行，其中运输搭设钢拱架，搭设钢筋网片、锚固约需5、6小时。开挖后及时施作初期支护，做好隧道监控量测，以监测结果及时调整支护参数和初衬施做时间[2]。

2.1 机掘施工方法及工艺

掘进方法方面，采用激光定向，XTR4/180型悬臂式隧道掘进机截割，掘进机铲板装渣，通过掘进机刮板输送机及桥式转载机将渣转载至电动车上，全断面一次开挖的施工方法进行掘进。

掘进施工工艺流程方面，流程如下：交接班及安检 → 测量及找顶→ 开机检查 → 掘进机截割、装渣、运渣 → 初期支护（搭设钢拱架、挂网）→ 风、水、电设施安装及调试 → 下一循环。

检修工艺流程方面，流程如下：检修前准备 → 检修掘进机各部位、加油、更换截齿；检修锚杆机、检修电动车；管线延设及其他检修工作 → 开机调试。

掘进机截割工艺及要求方面，流程如下：开机前准备 → 校检中线 → 启动掘进机调整截割头 → 打开掘进机喷雾，同时开始截割 → 用掘进机截割头刷齐隧道两帮并出渣。

2.2 管线敷设

各类管线、风筒设施的布置及要求方面，在隧道一侧直墙上，安装高度1.5m，每3.0m安装一组管托架（管路托架采用40×5mm扁铁制作），管路托架采用专用锚杆进行安装固定（专用锚杆使用Φ20×1000mm的螺纹钢锚杆，每根锚杆使用2节药卷锚固），两趟管路由上往下依次为供风管、供水管[3]。

电缆吊挂整齐，电缆垂度不超过50mm。高压电缆与低压电缆敷设间距大于100mm。电缆钩采用矿用的塑料电缆钩，每个钩上只准悬挂一根电缆。电缆悬挂必须呈一条线。洞内供风风筒的悬挂方面，供风风筒悬挂在隧道顶部中间，距隧道底板大于1.5m，向施工作业面供风。按照风筒悬挂的线路，使用8#铅丝穿过风筒悬挂环，绑在隧道顶部钢筋梯梁上，确保排列一条线，环环吊挂。风筒口距离工作面距离满足规范要求。洞内向外抽排风，隨着隧道掘进深度增加，按规范要求增设排风管道向外排风。

参考文献

[1] 王卿权.浅析悬臂式掘进机的发展概况与趋势[J].矿业装备，2012，

（10）：108-109.

[2] 黄田.悬臂式掘进机截割头截齿排列的优化设计[D].太原：太原理工大学，2015.

[3] 吴杰.基于工业设计思想的悬臂式掘进机截齿布置设计[J].煤矿机械，2014，35（3）：30-32.