放空洞采用悬臂式掘进机施工工艺研究

放空洞采用悬臂式掘进机施工工艺研究

黄加永

中国水利水电第五工程局有限公司 四川省 成都市 610000

摘要：在放空洞挖掘工程中，悬臂掘进机技术是应用最广泛的技术。基于此，本文主要采用XTR4/180悬臂式掘进机作为实例，对其具体过程的实践进行了深入的分析和探讨。

关键词：放空洞；挖掘；悬臂式掘进机；施工工艺

在实际隧洞中，如果主要是软岩，则在大多数情况下仍将采用之前的钻孔和爆破工艺。然而，对于这个过程，它不仅存在效率非常低的问题，而且实际劳动强度非常大，并且会进一步加剧围岩的扰动，增加安全风险。以XTR4/180悬臂式掘进机为例，深入分析了其在放空洞中的实际应用。

一、资料与方法

1.1研究对象

1放空洞概况

以久隆水库工程为例。本项目放空洞围岩，其实际等级为IV级和V级。对于IV级围岩，其截面积为17平方米。围岩整体整体性较差，实际强度也较低，整体稳定性不够强。

2悬臂式掘进机参数

本隧道工程主要采用XTR4/180悬臂式掘进机（长11.87x宽1.9x高2.03）（m）。对于这种掘进机，在实际应用过程中，不仅可以实现切割、行走和装载的连续性，还可以进行后续的运输作业。悬臂掘进机的电源电压为AC1140V。在实际切割过程中，切割范围为宽4.3*高4.2（m），切割功率为180kw。

3掘进机施工操作

在掘进过程中，切割部分上的切割头会基于岩石开挖面沿岩石开挖面滚动，从而在岩石表面形成滚动挤压的情况。对于掘进机的切割头来说，切割头的每一次旋转都会穿透岩石表面一定的深度，在镐与岩石接触的过程中，岩石会通过挤压的作用变成粉末。同时，相应的裂缝也会向相邻的切割槽表面全面扩展，从而形成碎石渣，最终达到破岩的效果。

3.1施工准备

根据掘进设备的生产工况要求，采用高压(10kV)电缆进洞，洞内设置移动式变电站供电。洞口处设置高压配电室，高压接入点从系统电接入。悬臂式掘进机开挖快速、高效，但施工过程中会产生大量粉尘，尤其是在掘进超过600m后。本项目采用常规正压与竖向通风孔联合通风，有效改善了掘进机作业环境。以加快隧洞内部通风速度，减少有毒有害气体产生的影响。岩体在潮湿且不稳定状况下，会导致岩体或泥渣料附在切割头上造成切割力的损失、掘进困难，机器自身难以行走，从而导致效率低下，因此要做好施工排水措施。

设备到位后，由厂家人员到隧洞外进行安装后进行整机调试，试运转正常后入洞掘进。采用全站仪配水准仪进行施工测量。定期检查、复测洞轴线，为后期施工质量提供保障。每开挖、支护20m在洞壁及洞顶进行标记。保证检测点位稳固、隐蔽。将激光导向仪放置于拱顶、拱脚、边壁等处，在使用过程中每隔三天对设备进行检测、校准，避免设备振动及损伤，以保证放样精度，从而保障隧洞的准确贯通。

3.2切割工艺

放空洞采用XTR4/180悬臂式掘进机。开挖过程中，该段实际情况为：高度大于2.2m，小于4.5m，整体跨度大于3.3m，小于6m。此时，应采用全断面开挖工艺。对于本文的情况，在实际开挖过程中采用上下台阶的开挖方法，即在基础1.5m以上的部分进行开挖，开挖一定距离后，针对下部进行开挖。如果实际围岩地质特征单一，且实际强度相对均匀且相对较低，则应采用从底部转向左侧和右侧转向顶部切割的技术。整体切割完成后，如果发现某一段不符合实际设计要求，可以再次进行修剪。

前期应用了左回转向上截割技术，实际驾驶效果非常好。然而，当行驶至隧道400米时，遇到了坚硬的岩石，实际面积相对较大。由于对实际地质情况了解不足，当时采用了传统的切割技术，但该技术增加了截齿的损失率，继续使用将进一步增加截齿的成本，这对项目的发展极为不利。因此，在不提高或更换切削强度的情况下，结合实际情况，采用了新的切削工艺。

在切割过程中，如果遇到少量露头硬岩，不允许强行切割，而是在其周围切割，以确保其下落；如果开挖过程中遇到的硬岩面积超过1/2，掘进机在切割过程中应遵循以下顺序：基于拱基线进行切割，然后采用左右循环法切割，然后在拱支撑完全固定后采用左右循环方法切割墙。当采用这种切割方法时，它不仅具有很强的灵活性，而且可以适应不同强度的围岩。如果在开挖过程中岩体强度较大，实际强度不均匀，可以采用左右圆形切割的方式切割工作面两侧，从而进一步扩大岩体的松动程度，进而使其破碎，进一步减少强制切割造成的截齿磨损。在放空洞的实际开挖过程中，应根据实际隧洞岩体的具体地质条件灵活应用上述两种切割工艺，以最大限度地提高掘进机的适应性。

3.3人员配置

在导流洞的实际施工过程中，悬臂掘进机的应用对人员数量要求相对较低，但对人员的实际素质和专业能力要求非常高。对现场人员进行科学合理的安排。在实际隧道作业中，通常需要一名掘进机操作员、两名辅助工人和三名压载车司机。如有必要，还需要一名隧道指挥员。

3.4必要的配套设备

在掘进机的实际掘进过程中，应用第二输送机。其头部可与伸缩式带式输送机结合，达到石渣运输的目的。然而，在水工隧洞中，不适合采用煤矿隧洞掘进的石渣运输系统。为了使水工隧洞的石渣运输更加方便，降低成本，进一步减少维护次数，有必要充分整合水工隧洞环境，然后采用第二台输送机，这不仅可以进一步节省隧洞运行空间，而且可以使石渣的长程运输更加方便。

3.5应用效果

1)在进度方面，Ⅳ类围岩时采用掘进机方案开挖，一个开挖工作面每天可掘进8m；而采用钻爆法施工，每天两个循环，每个循环进尺1.8m，即每天进尺为3.6m。掘进机开挖方案较钻爆法而言具有快速、连续作业、机械化程度高等优势，可大大缩短施工工期，加快工程进度。

2)在工程质量方面，采用掘进机方案施工，对地层扰动小，开挖断面成型规则，洞壁光滑美观，开挖成型面质量好，超欠挖小。钻爆法施工对岩层扰动较大，不易控制超欠挖。

3)安全文明施工方面，采用钻爆法施工噪音大，施工安全性差，对周边居民生活影响较大；而掘进机施工震动、噪声小，安全性相对较高，能有效减小对周边居民的扰动。

4) 在经济方面，对于岩石强度较低，长度较长的隧洞，采用掘进机进行施工可取得良好效果，投入成本相较于火工爆破也较小。

5)在手续审批方面，采用火工爆破施工时，火工材料审批手续十分繁琐，且火工材料的保管、分发具有严格的要求，若采用掘进机施工则可避免繁琐的审批手续，大大提高时间的利用率。

4结语

本文主要分析和探讨了悬臂式掘进机技术在放空隧洞中的应用。本文以久隆水库工程为实际应用。在实际施工过程中，对具体的施工组织和悬臂掘进机进行了科学的安排和组织，并深入参与了相应的维护管理，从而避免了悬臂掘进机在实际掘进过程中因自身故障而导致的悬挂，并且隧道速度进一步提高。此外，与以往的施工技术相比，悬臂掘进机的使用在实际成本控制、整体施工技术、施工安全和环境保护等方面具有明显的整体优势，大大提高了施工进度，为今后引水隧洞的施工提供了宝贵的经验。此外，随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，悬臂掘进机将在排空隧洞的未来阶段得到更大程度的应用和推广，引水隧洞的建设将得到进一步发展。

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