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：本文阐述了悬臂掘进机在黑庄坪隧道的施工现状，针对黄土泥质砂岩的施工环境提出了一系列的施工流程与施工措施。随后分析了施工中存在的不足之处，并基于此提出相关改进思路和对策。通过本文研究，扩大悬臂掘进机在相同工程施工中的范围，为更多的隧道工程施工提供指导。
关键词：悬臂掘进机；黄土隧道；开挖
1黄土隧道工程概况
1.1 工程特点
本文所选的案例是黑庄坪隧道。该隧道坐落于甘肃省定西市秦祁乡境内。隧道所处的地段地形为黄土梁峁沟壑区，整个地势起伏比较大。建设的隧道是左右线分离式，其中右线是1640.895m长度，左线是1710.221m长度，埋深最大深度是175m。整个隧道的地质为泥质砂岩，为棕红色泥土。岩石构造是半成岩状，一旦遇水便会软化崩解。
表1 隧道各类围岩物理理学指标
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通过实地调研得出，该地的工程特点有两方面。一是安全风险高。由于覆土层为软弱土层，结构松散，有着较低的承载力。故岩石局部会出现洞隙、岩溶。在开挖以后，围岩的自稳性偏弱，会影响成洞条件。二是施工组织较为困难。掘进机第二运输机的装置偏短，难以将渣土清理出来，这就需要挖掘机进行二次倒运。现场施工时也发生了湿喷工序停止，难以达到较好的使用效果。
1.2 工程设计
此次施工时，洞身开挖实施的是两台阶施工法，并安排1台装载和3台自卸汽车。施工时先做上台阶的分部开挖和修边，而后再转移到下台阶。等到上、下台阶的地质素描和变形量测完成之后获取到相应的测量数据，以此确定围岩稳定和变形数据正常。之后再做初期支护作业。隧道最大跨处净空宽度为12.7m，CTR300R掘进机定位截割范围的最大高度为6.78m、最大宽度7.43m，开挖过程中需进行一次移机，并通过试验与对比分析。
2 悬臂掘进机在黄土隧道中的施工流程与施工情况
考虑到悬臂掘进机开挖的效果更好，故选择中铁装备CTR300R悬臂掘进机进行黄土隧道开挖。先对施工流程、施工情况做分析。
2.1 施工流程
施工流程共分为6部分。第一是开挖，CTR300R悬臂掘进机通过高压供电做截割，截割后的碎石物料会由输机传到机器后部。再让自卸汽车将这些渣土送出。考虑到实际施工情况，确定开挖顺序是上台阶右侧、上台阶左侧、下台阶左侧、下台阶右侧。截割时会先由扫底开始，再由Z型、S型做左右循环向上。
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图1 悬臂掘进机开挖流程示意图
第二部分是支护。负测开挖轮廓以后，将做初期支护的准备。在这一方面实施的是多功能作业台架。台架要满足拱架安装、系统锚杆施工需要，让掘进机可以顺畅的通过台架。支护用的机械设备有钢筋弯曲机、电焊机等。而在喷射砼时用的是砼机械手，考虑到现场具体情况还可做二衬。第三部分是通风。通过轴流通风机做相应的通风准备。第四部分是供电。在洞口设一个配电房，安排两个变压器。一个负责给掘进机使用，一个负责给洞内供电和照明。第五部分是排水。整个隧道用抽排结合法，在单侧挖排水沟，因仰拱施工做集水坑。而后通过立轴式抽水泵将水排到洞外。第六部分是测量。在开挖之前放出挖轮廓线，避免出现过大的超挖。再配有激光导向仪做好定位。等到掘进机截割完毕再做复测，信息反馈到技术人员手中。如果还有欠挖的情况则要做好处理。
2.2 施工情况
在掘进机开始作业期间，截割作业、出渣作业将同时开展，如此会使得施工效率有所提高。当围岩强度在40MPa以下时，开挖1m会有2.3h，掘进机需要换掉1-3个截齿。当围岩强度在40MPa以上时，开挖1m会有10h耗时。因围岩强度加大，截齿损耗便会增多。若围岩在60MPa的强度，耗费掉的截齿将在70-120个。根据实际情况可知，施工每个月的掘进速度是在66m。
3 悬臂掘进机在黄土隧道中施工存在问题
3.1 掘进机性能难以充分发挥
选择的悬臂掘进机未考虑到岩石松软度、地质硬度情况和渗水情况，故掘进机开挖时截割能力弱。首先是掘进机底板松软，经过水泡后会泥化，这样便会影响到掘进机的前进。事实上，掘进机的机身是非常大的，有125t。由于是分台阶开挖，故行走速度非常慢。为此，需要做好提前铺路。其次是掘进机有着较小的截割范围，若要大断面开挖需频繁调机位；第三是围岩适用性偏弱。围岩强度若超出40MPa，整个作业效率会显著下降。掘进机遭遇强围岩会有较低的功率。
3.2 支护时间长
因局部围岩受到渗水影响，缺乏稳定性，使得喷射砼的耗费时间长、回弹大。但是施工中所用的工艺难以解决这一问题。使用喷射砼时未用商砼，没有对整个配合比做优化，这就导致回弹性得不到降低，施工效率有所下降。
3.3 辅助工序时间较长
CTR300R悬臂掘进机的机身很大，需要较长的维保时间。且因为洞口的空间较为狭窄，挖掘机、装卸机等等若脱节便会对整个进度造成影响。虽然整个作业环节中会有平行作业或专业维护，但这样会阻碍施工进度。
4悬臂掘进机在黄土隧道中施工中对策
4.1 提升掘进机的工作性能
悬臂掘进机自带高压喷雾器的降尘情况并不好，截割头的后尾虽然有喷雾的效果，但如果遭遇软弱泥土，喷水量增多后会使得围岩变成泥质。故此需要做好地质除尘工作。此外还要做好智能电器的优化工作，并用粉尘传感器来对喷雾大小做调节。在施工时，掘进机可能会因过热导致停机，此时可增设降温系统。另外可运用超前地质预报来确定施工间隙。
4.2 做好围岩的支护
不同地质情况采取不一样的支护。普通围岩可用焊接钢筋+涨壳式锚杆+喷护，具体的厚度根据实际情况而定。当隧道前方有软岩破碎带，应当用化学灌浆的方式做好加固。若存在坍孔，可用钢管或自进式锚杆做小管棚，把小管棚当做钻杆用。而后再对小管棚做灌浆，达到掌子面加固。
4.3 改善和调整辅助工序
考虑到辅助工序情况，可增加机械手湿喷机来缩短工序时间。另外，拱架安装台车能够能好的节省人力，缩短工序时间。在隧道中若运用成套的新设备，能够保障施工质量、施工效率。
5 结语
悬臂掘进机在开挖黄土隧道时能起到非常显著的作用。但是悬臂掘进机在挖掘时也常遇到一系列的问题，比如掘进机性能难以发挥、设计支护不实用、辅助工序时间长。为了更好的保障施工安全，提升工程质量，需对悬臂掘进机的施工技术进行调整。本文就此论述了悬臂掘进机在黄土隧道中的施工流程与施工情况，并提出了相应的对策。
参考文献：
[1]刘文学，窦建军，王乐，赵盼，邱胜进.高速公路大断面黄土隧道关键工序机械化配套研究[J].交通科技，2020（06）：101-104.
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