悬臂式掘进机在地铁小净距浅埋暗挖隧道施工中的应用

龙明华、周军强、刘云龙、汤宇、凌涛

（中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南长沙410117）

1 工程概况

青岛市地铁8 号线胶州北车辆基地出入段线暗挖隧道里程RDKO+015.000～RDK0+150.907，为单洞双线马蹄形断面，全长15.907m，采用CD 法开挖，具体断面如图1所示。青平线左、右线暗挖隧道里程DK2+439.093～右DK2+575.000 为单洞单线马蹄形断面，全长15.907m，采用台阶法开挖。设计围岩V 级，出入段线及青平线暗挖隧道埋深8.3～12.25m。场区地质情况基岩以泥质粉砂岩、砂岩为主，局部发育构造岩，地下水主要类型为基岩裂隙水。

1.1 下穿站前大道

青平线隧道于DK2+464～DK2+492、出入段线隧道于RDKO+040～RDK0+065 下穿胶州北站站前道路。车站站前道路标准段宽23m，与青平线隧道顶竖向净距约9.47m，与出入段线隧道顶竖向净距约8.26m。

1.2 下穿220KV 胶铁线地下电力管涵

青平线右线隧道于右DK2+518、青平线左线隧道于左DK2+507、出入段线隧道于RDKO+090 下穿220kV 下穿胶铁线地下电力管涵。电力管涵为混凝土矩形断面，净空尺寸宽1.2m，高1.1m，埋深约0.75m，与青平线隧道顶竖向净距约7.3m，与出入段线隧道顶竖向净距约6.6m。

2 小间距隧道施工特点

埋深浅，下穿既有电力管廊、站前大道，风险高，偏压，施工难度大。浅埋小间距暗挖隧道开挖对周边隧道影响较大，受地层位移及地表沉降影响较大，对周边环境影响较大，对开挖、初期支护等施工要求高。

3 施工方案选择

3.1 施工方法确定

由于隧道断面有单洞单线、单洞双线，且下穿既有站前大道需加大断面，采用传统钻爆法施工，对周边围岩扰动非常大。隧道下穿既有电力管廊、站前大道，采用传统爆破工艺施工，对围岩扰动大，施工难度大，安全风险非常高。另因隧道距离既有济青客站仅385m，临近铁路施工不允许放炮施工，仅能非爆破施工，采用破碎头开挖工效非常低，进度十分缓慢。

为有效加快施工进度，减少施工安全风险，本工程引进了1 台EBZ260 型悬臂掘进机进行隧道开挖，可同时满足3 个暗挖隧道施工，施工工效高。

3.2 悬臂式掘进机构造介绍

EBZ260 型悬臂式掘进机能够连续实现切割、装载、运输作业。悬臂式掘进机由截割部、铲板部、本体部、行走部、第一运输机、电气液压系统、水系统、润滑系统、后支承系统等构成。

设备参数如下：长12.63m，宽3.6m，总体高度2m， 总重95t，经济切割硬度小于90MPa，总功率468kW，供电电压1140V。定位切割范围：高5.2m，宽6.3m，面积31m2。具体截割部技术参数如表1所示。

表1 截割部技术参数

3.3 暗挖隧道施工工法

青岛市地铁8 号线出入段线暗挖隧道为单洞双线隧道，采用CD 法进行开挖施工，青平线暗挖隧道为单洞单线隧道，采用台阶法进行开挖施工。根据暗挖隧道地质岩层报告显示，岩石强度最大为23.6MPa，而EBZ260 悬臂式掘进机切削强度达90MPa。

3.3.1 台阶法施工

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对于单洞单线隧道标准断面，采用上、下台阶法进行开挖施工，为有效减少对上部围岩的扰动性，上台阶采用悬臂式掘进机进行开挖施工，下台阶采用破碎头进行破碎开挖，上下台阶长度为一台掘进机的机身长度。

3.3.2 CD 法开挖施工

对于出入段线单洞双线隧道，采用CD 法进行开挖施工。①、②部的上台阶采用悬臂式掘进机进行开挖，①、②部的下台阶采用破碎头进行破碎开挖。

3.3.3 施工工艺

（1）施工流程

施工前期准备—掘进机进入—掘进开挖—喷雾降尘—转盘、链带倒运渣土—装载机接渣、出渣—渣土外运—掘进机退出—小挖机破碎修边角—挖机扒渣垫平—初支作业—下一工序循环。

（2）操作要点

喷雾降尘：利用橡胶软管自掌子面附近接入喷雾用水，喷洒方向自操作台面向掌子面，由于破碎的岩土粉碎，降尘时务必保证喷头喷出水为雾状，不宜采用明水喷洒降尘，宜造成粘连对出渣不利[1]。

转盘、链带倒运渣土：掘进机掘进过程中即可开动托盘上的转刀携渣进入链带式槽道，通过链带式槽道运至机尾，由于渣土开挖速度较快，当掌子面渣土堆载过多时，应暂停开挖，通过调整掘进前后左右位置先进行出渣再继续开挖。

装载机接渣、出渣：出渣需装载机紧跟，渣土自机尾掉入装载机斗铲中，装满后装载机退出，需注意在装渣过程中装载机斗铲前后左右伸展和掘进机前进后抬的机械配合。

渣土外运：远程弃渣需由出渣车进行转运，隧道净空小的短程隧道可退至洞口倒入出渣车，远程隧道可通过联络通道或倒车洞进行调头[2]。

掘进机退出：掘进机出场时，应由专人配合按序将专用电缆线收拢盘置于掘进机机身上固定位置。

小挖机破碎修边、角：掘进机开挖到最大程度后，掘进机退出并由小挖机破碎锤进行欠挖及边角处理，处理完毕后由挖机进行扒渣垫平。

初支作业：装载机转运开挖台车至掌子面，打设超前小导管并注浆、架立格栅（工字）钢架、打设锁脚锚管、打设系统锚杆、焊接连接钢筋、铺设钢筋网片，及时进行初喷等初期支护作业[3]。

4 现场施工情况

青岛市地铁8 号线从2018年10月12日引进1 台悬臂式掘进机进行施工，对8 号线单洞双线隧道（开挖宽度12.1m，高9.8m，长136m），青平左、右线隧道（开挖宽度7m，高8.7m，长136m），2019年1月6日开挖完成，完成了3 个暗挖隧道施工。由于3 个隧道属于小间距隧道，保证了悬臂掘进机的利用率，日进度达7.5m。通过采用EBZ260 悬臂式掘进机施工，总结如下：

施工电力配置，需单独配置630KVA 变压器1 台，专为悬臂掘进机施工使用。

施工机械配置：悬臂掘进机1 台，自卸车3 台，320挖机（带破碎头）2 台，装载机1 台。

在一次性标准断面循环施工中，开挖仅1.5～2h即可完成，且超欠挖控制较好，基本无超挖。

通过1 台悬臂式掘进机同时可开挖3 个暗挖隧道成本分析，采用悬臂式掘进机成本比传统钻爆（破碎）施工，成本降低35%左右，而且对超欠挖控制较好，大大节约成本。

施工管理模式，悬臂掘进机施工每天工作3 班，每班5～6h，每班6 个人，其中操作司机1 人，自卸车司机3 人，辅助工人2 人。

5 结语

青岛市地铁8 号线出入段线暗挖隧道、青平线暗挖隧道的顺利贯通表明，悬臂掘进机在地铁暗挖隧道小间距隧道施工中，适应能力特别强，开挖质量较高，可降低隧道开挖的安全风险，具有传统钻爆（破碎）无法比拟的优势。

悬臂掘进机在施工过程中，采用先掘进切削，后喷混凝土支护方法，体现了掘进法通过中小断面软弱围岩的特点，使进度明显提高，安全风险有效降低。悬臂掘进机施工过程中，对围岩扰动较小，超欠挖控制较好，可提高隧道开挖质量，节约喷射混凝土，节约施工成本。悬臂掘进机在下穿既有道路、邻近建筑物施工，有很强的现实意义。