浅析悬臂掘进机在软岩隧道开挖中的超欠挖控制--中国期刊网

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浅析悬臂掘进机在软岩隧道开挖中的超欠挖控制

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：王宁

[导读] 摘要：随着我国基建不断的发展，交通运输已成为重中之重，而隧道工程作为铁路交通与公路交通中不可或缺的一环，对工程起着相到重要的作用，而在软岩隧道工程中超欠挖的问题一直都是影响施工成本的主要原因之一，怎样才可以尽量控制在软岩隧道中的开挖，尽可能节约施工成本。

        中国中铁七局集团路桥工程有限公司陕西省宝鸡市 721000
        摘要：随着我国基建不断的发展，交通运输已成为重中之重，而隧道工程作为铁路交通与公路交通中不可或缺的一环，对工程起着相到重要的作用，而在软岩隧道工程中超欠挖的问题一直都是影响施工成本的主要原因之一，怎样才可以尽量控制在软岩隧道中的开挖，尽可能节约施工成本。在这里结合定临高速黑庄坪隧道，对悬臂掘进机在软岩隧道开挖中的超欠挖控制进行简要分析与阐述。
        关键词：软岩隧道开挖悬臂掘进机超欠挖控制
        我国西北地区软岩黄土地质隧道较为普遍，土质结构多为湿陷性软弱土，土质软塑、脆弱，黄土结构中经常夹杂砂岩，或伴有裂隙水，开挖方法与岩石隧道不同，开挖安全风险高，容易扰动围岩，导致掌子面掉块，从而使得隧道开挖存在严重超挖问题，导致施工成本极大增加。本文针对软岩黄土隧道的特性，以定临高速黑庄坪隧道为例，对引进悬臂掘进机在软岩隧道开挖中的超欠挖控制进行阐述。
        一、工程概况
        定西至临洮高速公路线路全长约69.86公里，设计速度为80km/h。全线共设计隧道7座，其中特长隧道1座，长隧道5座，中隧道1座，隧道区属黄土梁峁沟壑区，山高坡陡，地势起伏大，隧道区地表覆盖主要以第四系冲洪积成因粉细砂及第四系风积成因黄土为主，隧道洞身为风积黄土、强~中风化泥质砂岩，是典型的穿越黄土地区的公路隧道工程。
        黑庄坪隧道为左右行分离式双洞长隧道，右线长约1640m，左线长1710m，最大埋深约175m，常规开挖断面面积104m2，最大跨度12.6m。隧道围岩级别V级，主要采用台阶留核心土分部开挖和台阶法施工。隧址区位于缺水地区，勘察钻孔未揭露到地下水，上覆地层为第四系上更新统风积成因（Q3eol）新黄土，下伏新近系临夏组（N214）泥质砂岩，其工程地质特征详细描述如下：
        1）新黄土（Q3eol）：黄褐色，稍密，稍湿，具大孔隙，含少量钙质结核，失陷等级IV（很严重），土石等级为II级，孔隙比1.01，黏聚力23.9kpa，内摩擦角23.7°，承载力容许值130，隧道表层广泛分布。
        2）泥质砂岩（N214）：棕红色，泥质结构，中厚层状结构，半成岩状，遇水易软化、崩解，失水易龟裂，属极软岩，单轴天然抗压强度2.1~11.4MPa，平均5.9MPa，分布于整个隧址区。
        二、控制隧道超欠挖的意义
        1、降低人工处理超欠挖时间，增加工人幸福指数。
        2、减少围岩扰动、提高隧道施工质量，确保施工人员施工安全。
        3、减少不必要浪费，降低施工成本。
        4、缩短工程工期，提高生产效率。
        三、开挖方法的对比
        1.挖掘机开挖
        开始时采用挖掘机开挖，开挖安全风险高，开挖面凹凸不平，使得围岩自稳能力降低，容易扰动围岩，导致掌子面掉块，从而使得隧道开挖超挖问题严重，不仅对施工安全造成极大威胁同时也导致施工成本极大增加。
        2.悬臂掘进机开挖
        经过调研、分析、决策，该项目决定引进悬臂掘进机来进行该隧道的开挖掘进工作。
        悬臂掘进机主要技术参数：

        悬臂掘进机在开挖中，开挖效率高，掌子面可一次性开挖成型，不需要修整，极大减少了对围岩的扰动，防止了掌子面频繁掉块的风险，既防止了掉块伤人又极大的降低了因掉块而导致的严重超挖现象。
        四.悬臂掘进机开挖超欠挖控制技术措施
        1、放开挖轮廓线
        技术人员利用全站仪打出10个轮廓线上的点，在使用自喷漆描出轮廓线方便起始开挖的精准，为后续开挖提供参考。
        2、布设激光导向仪
        通过不断的在施工中总结经验以及方法，经试验分析，决定采用激光导向的方式引导掘进机的开挖，以使得开挖过程中一直存在参考，从而进一步的空至超挖现象。激光导向仪具体布设方式如下：
        在隧道已完成初期支护部位的端头布设5组激光导向定位仪，测量人员每班开挖前对激光导向定位仪进行量测及复核，为开挖提供实时断面轮廓范围及边界参考，从而实现精准导向控制超欠挖。黄土隧道超欠挖的精准控制，减少了超挖部分回填喷射工作量，有效控制了施工成本。悬臂掘进机开挖面光滑圆顺，为后续湿喷机械手作业规整，钢拱架一次安装密贴到位创造了有利条件，大幅提高了初支工序效率的同时，使用悬臂掘进机开挖的优势得以发挥，悬臂掘进机非爆法开挖效果见下图。

        图1 激光导向定位

        图2 掘进机开挖立架后效果
        三、结语
        通过对悬臂掘进机开挖与挖掘机开挖的总结研究分析，发现使用悬臂掘进机开挖可以更好的控制隧道的超挖且降低开挖施工风险，极大的节约喷射混凝土的回填用量，从而节约施工成本。
        参考文献：
        【1】《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）
        【2】《黄土隧道工程》赵勇，李国良，喻渝 2011