悬臂式掘进机在引畛济涧工程中的应用

隋海宾　郝枫楠　肖剑

【摘 要】新安县引畛济涧工程属于调水工程， 畛河水通过无压隧洞自流至新安县城。隧洞长度13.60km，断面采用城门洞型。供水隧洞穿越城区段与地面的垂直距离仅为40m～90m，爆破对地面建筑物及人员有很大影响，且炸药供应严重不足，极大制约了工程的进度。该洞段岩体多为Ⅴ类围岩，强度较低，经过大量调研，提出了采用悬臂式掘进机施工的建议。通过机器选型、施工组织、支护方案改进等措施，极大提高了工程进度，保证了穿越城区段的顺利施工，为悬臂式掘进机在水工隧洞中的应用提供了参考。

【关键词】水工隧洞；钻爆法；悬臂式掘进机

1 工程概况

新安县引畛济涧工程属于调水工程，工程由浮船式泵站及输水管道、引水建筑物和供水隧洞等三大部分组成，其中供水隧洞长度13.60km，纵坡采用1/5038。隧洞断面采用城门洞型，断面尺寸2.4m×3.2m（宽×高），为自流无压隧洞。隧洞开挖采用钻爆法，施工支护方法采用“新奥法”施工。

2 施工中遇到的问题

供水隧洞从6#施工竖井（桩号K11+080）至城北公园（桩号K13+290）段地层岩性为新第三系洛阳组（N1l）砂砾岩、粉砂岩、粘土岩、泥灰岩，隧洞穿越F1断层破碎带，岩体完整性差，局部地段富水。围岩类别为V类，极不稳定，开挖后容易出现大规模塌方，并可能产生较大塑性变形，局部段会出现涌水现象。从桩号K11+080开始隧洞沿S246省道底部穿越连霍高速、及县城北京路（埋深50m～90m）。

由于隧洞洞线距离地表较近，钻爆法爆破施工引发了一定的市民阻工，加上县公安局对城区内炸药管控极为严格，导致炸药供应严重不足，极大制约了工程的进度。该洞段岩体多为Ⅴ类围岩，强度较低，如果单纯用人工开挖的话进度太慢，成本太高。为了加快工程进度，参考煤矿施工的经验，设计单位提出了采用悬臂式掘进机进行隧洞的开挖。悬臂式掘进机又称巷道掘进机，其工作机构一般由一悬臂及安装在悬臂上的截割头所组成。工作时，机构上下左右摆动，截割头旋转完成煤岩的破碎，具有运行灵活、效率高、截割断面整齐、超挖欠挖量量小等优点。特别适合于开挖断面面积20m2左右的软岩[1]。

3 悬臂式掘进机选择

3.1 悬臂式掘进机发展现状

掘进机按照对巷道断面的作用方式可划分为两种：全断面掘进机和部分断面掘进机。部分断面掘进机最常用、最重要的一种就是悬臂式掘进机。我国从1965年引进该技术至今，国产化技术及应用得到了快速发展，经过几十年的发展，掘进机截割功率的不断提高，从轻型发展到了中、重型，切割对象从煤拓展到了岩石，掘进机的使用范围产生了质的变化[2]。

由上海分院研制的EBJ-160HN型掘进机在大同矿务局井下工业性试验取得良好使用效果：在掘进煤岩含量1：1的半煤岩巷道中，3 个月总进尺1207m，最高月进503.2m。稳定切割时，顶板岩石平均抗压强度和底板岩石平均硬度可达80MPa，迄今已掘巷1.3万m，且仍在井下作业。这标志着我国悬臂式掘进机技术已跨入切割比较坚硬岩石的世界先进行列[3]。

3.2 悬臂式掘进机选型

经过技术及经济比较，结合穿越城区段围岩和地质情况，最终选择徐工集团EBZ160悬臂式掘进机。该机器外形如图1所示，掘进机技术参数见表1。

4 隧洞施工

4.1 施工方案

隧洞开挖采用悬臂式掘进机开挖至设计断面，通过铲板及皮带运输机将碎渣传送到运渣车，运至指定渣场。

4.2 施工过程控制

悬臂式掘进机集切割、行走、装运、喷雾灭尘于一体，可以做到切削岩体和出渣同步进行。

开挖前，对隧洞进行测量放线，通过激光导向仪器控制开挖线，然后进行掘进施工。施工按照自下而上、左右循环切削的工序进行。从底部开挖至顶部以后，对隧洞进行二次修正，已达到准确的设计断面。

隧洞开挖施工程序及模式如图2和图3所示：

4.3 隧洞初期支护

隧洞掘进及出渣完成后，立即喷射一层混凝土对隧洞开挖面进行封闭，以控制围岩变形，发挥围岩的承载能力。喷射混凝土后，安装钢拱架对隧洞进行支撑，然后打锚杆、挂钢筋网片，复喷混凝土至设计厚度。一次支护方案参照常规钻爆段的施工方法进行。

4.4 施工效率

EBZ160悬臂式掘进机自2014年7月正式进洞掘进，随着掘进工作的进行，工人熟练程度日渐提高，最大日进尺8m，平均日进尺4-6米，与传统人工开挖相比极大提高了隧洞掘进速度，经过一年多的施工，顺利贯通了城区段隧洞。

5 结语

经过对“悬臂式掘进机在引畛济涧工程中的应用”关键技术的研究，从掘进机的适用性、选型、施工组织设计等方面进行了积极的研究，取得了一定的工程经验。目前穿越城区段已经施工完成，进行了二次衬砌，平稳运行1年多，悬臂式掘进机引畛济涧工程中的使用取得了良好的效果，为引畛济涧工程的顺利完工起到了积极的保障作用和促进作用，取得了极大的经济效益和社会效益。

悬臂式掘进机以往在煤矿采掘中运用较多，在水利工程中运用较少，本次研究通过在引畛济涧工程软岩洞段施工中的应用，为我们水利水电工程的设计和施工积累了实践经验，对悬臂式掘进机在水利工程中的应用起到了重要的推动作用。

【参考文献】

[1]周新顺.悬臂掘进机在水利水电隧洞工程中的应用[J].四川水力发电，2013，32 （5）：49-51.

[2]张希良，王炳河，张立军，等.悬臂式掘进机在软岩隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2001，04：28-30.

[3]陈同宝，钱沛云，陶峥.我国悬臂式巷道掘进机技术的现状与发展[J].煤矿机电， 2005，05：58-62.

[责任编辑：朱丽娜]