悬臂式掘进机在毗河输水工程小断面隧洞开挖中的应用

焦永平　危旺夏　薛　勇

（中国水利水电第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰 611830）【摘要】本文以毗河输水工程乔家岭隧洞为例，对悬臂式掘进机在小断面隧洞开挖中的使用进行简单阐述，重点介绍了掘进机的选型和工作方法。

【关键词】悬臂式掘进机；小断面隧洞；开挖

一、工程概况

毗河供水一期工程由引水枢纽、总干渠、干渠、充水渠及

灌区渠系工程等组成。毗河二分部承担的踏水水库灌区一期工

程主要由简资分干渠、石钟及简阳2条支渠灌区组成，包括断

面面积多为5~10㎡的小断面隧洞43座，总长16.65km。这些

隧洞多位于成都平原东侧的丘陵地带，岩性以粉砂质泥岩和砂

岩为主，围岩类型多为Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类。并且有些隧洞距离

居民点较近，附近居民对采用钻爆法施工意见较大。相比较钻

爆法，采用悬臂式掘进机进行施工更加安全、高效、经济，对

周围环境影响几乎忽略不计。因此，项目决定引进3台悬臂式

掘进机进行小断面隧洞开挖。

二、掘进机的选型

掘进机的选型考虑的因素包括岩石的硬度与可钻性，作业

空间大小，岩石的节理裂隙发育程度,地压力大小与方向，水

文地质，岩石含水率，地下水腐蚀性等，其中岩石的硬度与可

钻性和作业空间大小是最重要的影响因素。参考整个灌区确定

要使用悬臂式掘进机施工的隧洞，下面以乔家岭隧洞为例进行

介绍。

乔家岭隧洞位于踏水灌区简资分干渠第一流量段，隧洞桩

号：简7+759.520~简8+392.686，隧洞全长633.166m。乔家

岭隧洞设计流量为8.86m³/s，隧洞比降1/1000。采用统一的城

门洞型断面，Ⅲ类围岩开挖断面最小，为3.30m×3.25m（底

宽×顶高），顶拱半径1.65m。开挖截面面积为9.56~10.76㎡。

因此在考虑掘进机型号时，首先要选择尺寸比隧洞开挖断

面小的掘进机。根据施工蓝图，乔家岭隧洞围岩类型主要为Ⅳ

类围，有少部分是Ⅴ类围岩和Ⅲ类围岩。乔家岭隧洞岩性多为

粉质砂岩，岩石级别为Ⅳ级，坚固系数f=4~6，适宜掘进机施工，

可钻性良好。岩石的节理裂隙发育程度微弱，岩石含水率较低，

地下水较少，围岩膨胀力微弱，预计开挖后隧洞成型较好。

表1 掘进机岩层适应性

参数名称抗压强度硬度f

节理

裂隙

碎胀

性

地应

力

水文地

质

含水

率

腐蚀

性

适应范围0~150MPa0~10不限低不限

简单~

复杂

中低微

理想条件50MPa3~5微无小简单低无

根据以上实际情况，比较市场上现有型号的悬臂式掘进机

的各种技术参数，再考虑各种型号悬臂式掘进机的购买成本、

使用成本和维修保养成本等经济因素，最后决定选用北方重工

EBZ160A掘进机。

三、施工用电布置

根据规划，乔家岭隧洞采用农网改造，于乔家岭隧洞出口

T接1台400KV A变压器。变压器至洞外配线电箱采用三芯

95mm2铜芯电缆线输电，洞内施工主线三芯95mm2铜芯电缆

线输电，配套皮带运输机使用35 mm2铜芯电缆线输电。供电

线路采用壁挂式布设，供电线路随开挖延伸跟进，布置于隧洞

左侧，布设高度距地1.3m。洞内照明电源采用36V低压照明，

在隧洞口利用行灯变压器降压引入洞内，洞内照明主线采用三

芯1.5mm2铜芯电缆线，洞内照明采用低压照明灯。

本工程进场后发现，本地农网供电不稳定，为预防洞内断

电等突发事件，在隧洞出口适当位置布置50kw柴油发电机，

当发生停电时启动，主要用于确保洞内照明、抽排水和通风

散烟。

风、水布置与一般隧洞施工情况类似，不在叙述。

四、掘进机开挖

（一）施工程序

1.开挖准备：洞内风、水、电就绪，施工人员、机具准备

就位。

2.测量放线：洞内导线采用全站仪进行。施工测量作业由

专业人员实施。并在洞口设置激光导向仪。

3.掘进作业：由熟练的专业操作人员操作悬臂式掘进机掘

进作业，边掘进边出渣。

截割

利用截割头上下、左右移动截割，可截割出初步断面形状，

如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别，可进

行二次修整，以达到断面尺寸要求。

一般情况，当截割较软的煤壁时，如图1所示，采用左右

循环向上的截割方法。

当截割稍硬岩石时，可采用由下而上左右截割的方法。不

管采用那种方法要尽可能地利用从下而上截割（见图2）。当

遇有硬岩时，不应勉强截割，对有部分露头硬石时，应首先截

割其周围部分，使其坠落。对大块坠落体，采用适当办法处理

后再行装载。当掘柱窝时，应将截割头伸到最长位置，同时将

铲板降到最低位置向下掘，在此状态下将截割头向回收缩。

喷雾

截割头外喷雾控制阀位于司机的右侧，当开始掘进时，应

开此阀，使截割头处喷雾。其外喷雾喷嘴位于截割头后部。

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丝路视野

如考虑打桩设备，还要增加4万多美元），即使只计算钢板桩周转费，成本也需要1.5万美元以上。这样算来，本方案成本并不高。

六、结语

采用沉箱施工有效提高施工安全性，充分利用现场材料设

备，专业施工难度降低，综合经济效益较好。在缺乏有关设备时，可以在施工条件比较差的沼泽地带小量较深小型井室中应用。参考文献

[1] 建筑施工手册(第四版)编写组.建筑施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社

,2003.

图1 截割路线

图2 截割方法

4.通风除尘：隧洞施工过程中一直启动通风设备供风，保证洞内将有害气体浓度降到允许范围内，掘进机自配高压喷射水雾降尘。

5.安全处理：掘进后用人工清除掌子面及边顶拱上残留的危石及碎块，保证进入人员及设备的安全，在整个施工过程中，设兼职安全员每天进行安全检查，发现问题及时处理。

6.出渣及运输，掘进机自配一运、二运系统，一运通过铲板三齿星轮转动将石渣输送到二运（双边链刮板）输送到掘进机尾部，皮带机运至洞口卸车，然后装载机上车，15t 自卸车运到指定堆渣场。

7.围岩支护：开挖结束后，对稳定性差的岩体、破碎带及时进行喷5cm 厚混凝土封闭岩面，系统锚杆及喷混凝土支护在开挖后及时进行。

（二）循环进尺参数

根据合同文件地质资料及施工蓝图，乔家岭隧洞主要以Ⅲ、Ⅳ类、V 类围岩为主。日进尺按10m 计算，月有效工作时间按25d 计算，月进尺250m 。实际施工情况与计划相符。

五、结语

毗河输水工程项目小断面隧洞较多，并且有些隧洞距离居民点较近，采用悬臂式掘进机开挖不仅施工更快，更安全，隧洞成型效果更好，而且降低了施工成本。更重要的是对周围环境影响较小，几乎忽略不计，附近居民和业主对此法十分满意，此举也减少了阻工事件的发生，树立了企业良好的外部形象。

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