悬臂式掘进机在软岩隧道施工中的应用

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7 施工效果

悬臂式掘进机于2000年7月1日正式进洞掘进，10月26日顺利实现了黄塘隧道中导洞贯通。进口II类围岩（共155米）施工中，扣除其他因素影响，实际施工时间为56天，综合平均日进尺2.75米；III类围岩为120米，实际施工时间为20天，平均日进尺5.9米，最高日进尺10.1米。掘进初期，由于刚进洞，洞室地质条件差，司机操作不熟练，机器本身存在不足，如出碴系统不完善，卡链故障频繁发生等原因，平均日进尺仅为0.5米。随着掘进施工的进行，虽然围岩类别仍旧为II类，但由于工人操作熟练程度提高，机器故障减少，平均日进尺有所提高，施工进入III类围岩区段后掘进速度迅速提高。

经过近四个月的施工，S100型悬臂式掘进机试验取得了初步成果：

（1）初步摸索出了S100型悬臂式掘进机在II类、III类围岩条件下的掘进参数：II类围岩施工中，扣除其他因素影响，开挖（包括：切削、故障排除、维修保养、换截齿、测量等）占总体作业时间的64.3%，其中切削占开挖总体作业时间的66%。支护占总体作业时间的27.8%；III类围岩开挖占总体作业时间的70%，其中切削占开挖总体作业时间的90%。支护占总体作业时间的22%。

（2）悬臂式掘进机机械配套模式：S100型悬臂式掘进机一台，配OPZ150型皮带常转载机一台和三台黄河自卸运输车。供电系统为一台移动式变电站。

（3）施工管理模式：掘进施工队实行三班四倒制，每班6小时轮流上班，每班六人，其中包括悬臂式掘进机操作手1人，运输车司机3人，配合2人。

（4）初步完成了S100型悬臂式掘进机施工的维修保养操作规程，总结出一套较为成功的掘进机施工维修保养操作方法，为今后施工积累了一定的经验。

（5）最后对掘进机掘进施工各种经济指标进行了初步测算。采用悬臂式掘进机施工（不包括支护成本）比传统钻爆法施工费用高出10%，如考虑支护成本，采取提高功效等措施，悬臂式掘进机施工费用肯定要低于钻爆法施工。

8 悬臂式掘进机的设备选型

悬臂式掘进机的设备选型关键是紧密结合隧道的地质条件。岩石单轴强度在50Mpa～100pa之间时，应选用重型悬臂式掘进机，即切削功率在160kw以上；岩石单轴抗压强度在50Mpa以下，可选用轻型悬臂式掘进机，即切削功率在100kw以下。

交通水利等工程隧道地质复杂，围岩情况难以预测，在悬臂式掘进机选型上最好选用200kw以上的重型悬臂式掘进机，以提高掘进机对围岩的适应性，使悬臂式掘进机经济可掘围岩单轴抗压强度达到100Mpa，定位开挖宽度×高度达到7m×6m左右，以提高功效。对于平行导坑选用悬臂式掘进机，一次定位即可实现全断面开挖，选型时除考虑围岩的地质条件外，还应考虑设备的外形尺寸与作业空间的要求。

9 几点体会

黄塘隧道中导洞的顺利贯通，使我们认识到悬臂式掘进机在隧道施工中，尤其在软岩隧道施工中对围岩扰动小，适应能力强，开挖质量高，安全有保障，具有传统钻爆法隧道施工无法比拟的优势。

（1）悬臂式掘进机在开挖支护方面采用了先掘进切削，后喷锚支护方法，改变原钻爆法超前管棚支护方案，体现了掘进法通过中小断面软弱围岩的独特施工特点，使施工进度及安全明显提高。

（2）悬臂式掘进机施工工序简单，易于组织。钻爆法施工用的部分机械设备可以同掘进机施工相配套，便于施工期间因地质条件变化，及时调整施工方案。

（3）悬臂式掘进机在开挖上无爆破产生的有害气体，减少了隧道的施工通风压力，有效的改变了隧道的施工环境，降低了工人的劳动强度。

（4）悬臂式掘进机施工对围岩的扰动小，超欠挖小，提高了隧道的开挖质量，洞室开挖断面圆顺度高，便于喷砼支护，同时也提高了初期支护的质量。

（5）悬臂式掘进机具有多功能性，可作为工作平台进行挂网支护和钢格栅作业等。

S100型悬臂式掘进机为轻型机，过去主要为煤矿巷道掘进配套设备，应用到交通、水利等隧道工程中还存在一些缺点和不足，应根据交通、水利等隧道的具体地质条件和开挖断面要求进行适当的改进。

10 结束语

采用悬臂式掘进机对提高软岩隧道施工速度具有现实意义。悬臂式掘进机施工进度由支护工序时间控制，由于开挖断面规范，格栅、网片拼装快捷，喷射砼可节省大量时间。

软岩隧道推广应用悬臂式掘进机，技术成熟，经济合理。悬臂式掘进机经过合理的改进，并借鉴国外的先进经验，制定合理的施工方案，充分发挥悬臂式掘进机的优越性，就一定会使这项新技术在软岩隧道掘进施工领域中得到广泛的应用。特别适应长隧道平行导坑、隧道台阶法开挖及土质隧道开挖。对高原缺氧及瓦斯隧道更具有适应性。

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