導語：懸臂掘進機在機場隧道工程的應用一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：重慶江北機場隧道在鉆爆法及普通機械開挖受限情況下，經過比較后選用懸臂掘進機開挖方法，并成功解決伴隨的泥漿及塵土問題，安全快速地通過了近機場復雜環境區段，為以后類似工程提供參考借鑒。

關鍵詞：懸臂掘進機；工法工藝；隧道；降塵措施

隨著我國進入社會主義現代化建設的關鍵時期，城市規模不斷擴大，城市隧道工程的建設遇到更復雜的地質環境和更嚴苛的文明施工要求。傳統鉆爆開挖、TBM法及普通機械開挖存在一定的局限性，從煤礦中引進的懸臂掘進機開挖方法成為了傳統開挖方法受限情況下的新選擇。懸臂掘進機開挖的顯著特點是對圍巖的擾動小、斷面成型效果好、施工速度快。在滇西紅層隧道，IV級圍巖條件下懸臂掘進機開挖方法較鉆爆法施工速度提升了近67%。鄂北地區水資源配置工程優良隧道埋深僅13~14m，V級圍巖，采用懸臂掘進機開挖安全快速地通過了下穿公路段和臨近構筑物段。趙克明依托貴陽地鐵1號線提出并驗證了系統的懸臂掘進機適應性分級方法，高效通過了臨近既有建筑，圍巖等級為IV級的白云巖和泥質石灰巖區段。如何兼顧施工速度，保障施工安全，同時又減少對周圍環境的擾動一直以來是工程界的熱點問題。考慮到重慶江北機場隧道適宜的圍巖條件及對地表沉降和既有建筑的影響控制要求，結合懸臂掘進機以往成功應用的案例，經過比較后將其作為隧道開挖的主要手段。本文旨在介紹懸臂掘進機在近機場隧道應用的經驗，為此后類似工程工法及相關規范的編寫提供借鑒。

1工程概況

重慶江北機場隧道進口延伸段長1710m，見圖1，由于隧道一端位于新填土地層，地質條件極差，加之地下水的影響，施工進度緩慢，另一端并未貫通，為確保工期，增設斜井開辟工作面。斜井位于機場2#跑道南端盡頭，長約295m，與主線呈66°斜交。在斜井某掌子面取巖石試樣檢測，如表1，巖體強度約為35MPa，屬于次堅石，綜合其圍巖完整程度分析，可認為斜井洞身圍巖為Ⅳ級。又因隧區圍巖基本為水平巖層，據此推斷斜井工區正洞段落地質情況基本一致，同為IV級圍巖地層。隧址內上覆第四系全新統人工填筑土、棄填土、坡殘積層；下伏基巖為侏羅紀系中統沙溪廟組（J2s、J2xs）砂巖、泥巖。斜井下穿機場區域所屬下穿道公路、機場既有跑道防吹坪及聯絡跑道，隧道進口段洞身下穿機場范圍的場坪、結構物及邊坡。

2超前地質探測及開挖設備選型

2.1超前地質探測

與一般隧道工程相比，本隧道存在以下幾點顯著區別：①隧道洞頂為機場場內運營區，地表環境極其敏感；②隧道拱頂埋深約為15m~20m，僅為一倍洞徑左右；③前期地質勘查無法鉆孔，隧道前方洞身圍巖情況存在不確定性。由地層地表基巖出露的情況推測，砂巖地層厚度一般在15~35m，故隨著隧道掘進，掌子面揭示的砂巖可能出現變薄或尖滅，變為巖體強度低、巖體較破碎的泥巖地層。因此，施工期間應加強地質調查與超前地質鉆探，并將超前地質鉆探的調查結果作為工法變更的依據和前置條件。以30m為一循環，具體要求如下：①每循環開挖后做好開挖后掌子面的地質素描并保存影像資料。②每循環在拱頂、掌子面中央、底部各布置至少一處超前探孔，每處探孔長35m，拱頂、底部探孔應以10°左右的張開角分別向掌子面前方上部及前方下部布設，并取末端2m較完整巖芯檢測。見圖2所示。③若掌子面出現地下水滲流，應在局部補充超前探孔，及時取水樣化驗。若隨著隧道施工，地質條件出現顯著變化，無法同時滿足：①新開挖的掌子面圍巖的完整程度良好；②超前探孔巖芯試樣強度大于30MPa；③超前鉆探揭示，隧道拱頂和底部砂巖巖層厚度超過5m；④地下水不發育等4項條件，則不能認為掌子面前方30m圍巖為IV級，應對設計和施工進行強化調整。

2.2開挖設備選型

結合本工程特點，對比了液壓破碎頭、盾構機、銑挖機和單臂掘進機四種常用開挖設備的優缺點，見表2。經對比后選定懸臂掘進機作為本次開挖機械。根據懸臂掘進機在滬昆高鐵關嶺至普安區間捧古隧道、重慶曾家巖嘉陵江大橋隧道等工程的成功應用，見表3。斜井工區可從EBZ320和EBZ260兩種功率的單臂掘進機進行選擇。以正洞襯砌為例，其開挖面積為181.15m2，橫向跨度為16.22m，以三臺階法施工，每層臺階高度約5m。而EBZ320和EBZ260H定位切割范圍（高×寬）分別為8.8m×9.5m和7.1m×7.5m，一個斷面需要兩臺設備才能被完全覆蓋，從經濟角度出發選擇兩臺功率較小的EBZ260H型懸臂掘進機。

3懸臂掘進機應用情況

3.1施工工藝

掘進機配套使用電、水、風相關設備應提前準備。采用地質超前預報技術，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、流砂、涌土、有害氣體等地質災害，采用聲波探測法和紅外探水法、超前水平鉆探、加深炮孔等超前預報系統等措施將前方巖層地質情況探明，以保證設備及人員的安全作業。懸臂式掘進機就位后，首先在掌子面底部切削一水平凹槽以方便設備前進，以更好的姿態工作。開挖時，采取自下而上、左右循環切削，在切削同時鏟板部耙爪將渣土由皮帶運輸機運至機器后方，裝車后運出洞外。自上而下，初步開挖完成后，進行二次修整以達到準確地設計斷面。當局部遇有硬巖（Rc>100MPa），可先掘周圍軟巖，使大塊硬巖墜落，采用改炮方式另行處理或使用切割力大破巖能力強的小直徑切割頭，以降低掘進難度和截齒消耗量。懸臂式掘進機的截割方式是從掃底開始截割，再按S型或Z型左右循環向上的截割路線逐級截割以上部分。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始截割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進行截割。如遇節理發育較好巖石，則應選擇沿巖石節理方向逐步切割。如下圖3所示。

3.2懸臂掘進機應用優缺點

懸臂掘進機在開挖時對圍巖擾動極小，適應能力強，開挖質量高，斷面圓順度高，有利于初支的施作并控制超挖，從而縮短工期，保障安全。但施工會持續產生粉塵，即使對掌子面持續噴水降塵，效果也非常有限，而且會產生大量泥漿，工作面狀態十分糟糕。為改善施工現場環境，同時達到機場對于文明施工的嚴格控制要求，采取了鉆頭自帶噴淋降塵，攔塵臺車，集中抽排，除塵過濾器，洞口霧炮噴淋降塵等一系列從掌子面到洞口的措施，取得了較好的降塵效果，如圖4。對于施工產生的大量泥漿問題，可在洞內兩側增設排水溝，將產生的泥漿匯聚后沉淀集中清淤。在設置沉淀池的同時，可根據泥漿體量，靈活設置洞內臨時沉淀盒（圖5）。此外，由于設備易因鉆頭報廢或機械過熱停工檢修或置換，工期安排應充分考慮維護時間，并備足機具元件以滿足不間斷施工的需求。考慮每班組開機前更換磨損得到鉆頭齒輪，保養修護時間（3h），及倒班施工間歇，懸臂掘進機月均有效工作日為22天。現將懸臂掘進機開挖段落施工進度情況統計如表4，經加權平均測算后實際日進約為1.45m/天，月均進尺約為45m/月。相比原定采用普通機械開挖（貫通工期46個月），懸臂掘進機貫通工期為34.5個月，縮短了1/4的時間。經濟性方面，懸臂掘進機開挖費用為382元/m3，為爆破施工的3.82倍，為普通機械開挖的2.94倍。雖然加大了建造成本，但是事實證明，在近機場特殊條件下，按照既定工期完成開挖任務，懸臂掘進機是一種可行的方法。

4結語

隨著城市地下空間的利用愈發密集，擁擠，懸臂掘進機將有著更為廣泛的應用空間，優化懸臂掘進機開挖方法，合理解決開挖過程中產生的塵土及泥漿問題十分有研究價值。作者簡介：劉東云（1985-），男，籍貫：甘肅永靖，學歷：本科，職稱：工程師，研究方向：鐵路工程。

參考文獻：

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作者：劉東云 單位：中鐵二十四局集團西南建設有限公司