摘要：本着降低邻近既有线隧道施工风险的目的，根据隧道隧道断面、地质条件等对两种施工方案的优缺点进行了对比分析，选择悬臂掘进机施工工艺，介绍了机械选择、悬臂掘进机施工特点、施工顺序、安全步距确定、增补措施等。
关键词：隧道;悬臂掘进机;开挖
1 工程概况
1.1新建新堰村隧道与既有长安坝隧道工程概况
新堰村隧道位于陕西省安康市石泉县城关镇，隧道最大埋深约49m，隧道起讫里程DzK270+863～DzK271+244,全长381米，为单线隧道，洞身出口段108.91m位于半径为R-1200m的曲线上，其余段落位于直线上，洞内纵坡依次为5.6‰的单面上坡。其中明洞9m、V级围岩75m、Ⅳ级围岩297m，单线隧道。新建新堰村隧道与既有长安坝隧道（401.1m)线间距仅30m，新建新堰村隧道与既有长安坝隧道（401.1m)线间距仅30m，经现场实际勘测长安坝隧道运营良好，两隧道相互平行。
根据现场地质调查，隧道工点范围内地层由新到老主要为第四系全新统坡积膨胀土，厚0～8米，分布于隧道进出口坡脚；下第三系砂岩夹砾岩。洞身岩性为第三系岩层，隧址区未见断裂构造，隧道出口发育2组节理，J1，微张；J2微张。
1.2地质条件
砂岩夹砾岩（ESs+Cg）：主要以砂岩为主，局部夹有砾岩，砂岩，棕红色，粉砂质结构，巨厚层状构造，泥、钙质胶结，岩体成岩较差，岩质软—极软。
风化层厚一般0.5-11m，中—强风化，岩体呈密实砂土状及角砾碎石状，Ⅲ级硬土，Ⅴ级围岩，σ0=300～400kPa，弱风化，Ⅳ级软石，Ⅳ级围岩，σ0=400～600kPa。砾岩局部呈夹层状分布，砾石含量10%，其中以中、粗砾砂为主，泥、钙质胶结。主要层理产状为N35°W/15～18°S，节理、裂隙不发育。
根据D2Z-368下部弱风化泥质胶结砂岩夹砾岩试验报告，岩石饱和抗压强度0.91～2.42Mpa，属极软岩，遇水易软化、崩解。
2 施工方案
2.1 施工方案比选
方案一：新堰村隧道邻近既有隧道，对既有隧道进行架立I16工字钢、打设锚杆、注浆等加固设备管理单位验收合格后，新建隧道进行静力爆破方式开挖。既有隧道加固需经过设备管理单位同意、在“天窗”内进行，对既有线运营影响大，施工安全风险较高；静力爆破在无侧限的情况下效率高、成本低，但在无限侧限的情况下效率低下、成本较高，所有采用加固既有隧道后进行静力爆破开挖新线隧道无法满足工期要求且成本较高。方案二：对既有既有隧道不进行加固、新隧道采用悬臂掘进机开挖，此新型机械优点掘进速度较快，对周围围岩扰动小，特别适合邻近既有隧道的施工，缺点是所占空间较大、对围岩条件要求苛刻，不能过软也不能过硬，过软无法进行开挖作业，过硬刀刃损耗过大，成本提高。根据现场地质资料，此隧道围岩适合掘进机施工。经过方案一、二优缺点对比，采用方案二进行开挖作业。
2.2 机械设备的选择
由于新堰村隧道为单线隧道，隧道断面较小，选择施工机械应选择相适应的机械设备，才能有效的提供施工效率。
⑴悬臂掘进机选择三一重工EBZ260H悬臂式纵轴掘进机：长度为11.67m（按12米考虑），宽度3.6m(铲板)/2.62m(履带)，高度为1.72m(机身)/2.03m(截割头)，功率260kw，重量为91t（含二运除尘系统）。
⑵装载机选择龙工LG855N翻转式装载机：长度为8.015m，宽度2.24m，高度为3.38m。
⑶运渣车车选择长度为8m、宽度2.5m、高度为2.6m的中小型运渣车。
⑷雾炮机：降尘作用，体积较小，不考虑占地。
2.3 施工工艺
⑴施工工艺流程
掘进机上台阶就位→上台阶开挖、支护→下台阶左、右侧错开开挖、支护→仰拱初期支护→仰拱洞砟回填→栈桥就位→回填洞砟清理→仰拱、填充施工→下一循环施工。具体开挖工序图见下图：
开挖工序图（以Ⅴ级围岩断面开挖为例）
⑵台阶开挖
①上台阶开挖及长度
悬臂掘进机开挖水平宽度最大为6m，竖向高度最大为6m。上台阶开挖高度控制为6m，一次成型。循环进尺为IV级围岩为2榀拱架间距，V级围岩为1榀拱架间距。按设计轮廓线放点，首先开挖上台阶拱脚位置，自下而上开挖，开挖至设计轮廓线及循环进尺后停止掘进，将掘进机移至下台阶进行掘进，同时施作初期支护、喷射混凝土等。
掘进机整体长度12m，隧道整体宽度约8m，掘进机掘进过程中需要左、右侧移动，掌子面与掘进机之间预留2m作为掘进机的机动空间。掘进机后方预留20m作为初支临时台架、装载机及出砟车出砟空间（装载机长度8m、出砟车长度8m），上台阶整体长度控制在34m内。
②下台阶开挖及长度
下台阶掘进开挖高度为3.53m，采取先左侧，后右侧方式错开开挖，每循环进尺2榀钢架间距，左右侧错开开挖，错开不小于2榀拱架间距。由于掘进机俯角较小，下台阶及仰拱一次成型，开挖完成后掘进机移至上台阶进行掘进，同时施作初期支护和仰拱钢架封闭成环、喷射混凝土等。
围岩与掘进机之间预留2m作为掘进机的机动空间，掘进机本身长度12m，掘进机后预留20m作为洞砟堆放、平整区域，9m作为待浇段仰拱。下台阶初期支护封闭成环时，边墙同时开挖、支护，仰拱预留下次开挖面未封闭成环长度为2.4m，未浇筑仰拱混凝土的最大长度为22m。
为保证二衬铺设防水材料和仰拱施作空间，已浇筑仰拱段长度保证在27m长度。
根据以上数据分析，二衬面到掌子面总长度为110m。（详见机械布置图）
③上、下台阶坡道
上、下台阶坡道根据机械性能，坡度控制在18%以下，坡道采取洞砟回填，整体坡度控制长度在16m，施工过程中，随着上、下台阶逐步掘进，坡度随着进度采取掘进机修坡，同步跟进，确保上下台阶施工工序紧密衔接。
3 开挖补强措施
⑴IV级围岩增加仰拱初期支护，现场开挖完成后立即架设仰拱I16型钢钢架并喷射混凝土与拱墙钢架封闭成环。
⑵加强隧道的监控量测工作，频率每天不少于2次。
⑶边墙钢架未与仰拱钢架成环的，加强边墙钢架锁脚锚管的数量，由原来每处2根增加到4根每处。
⑷仰拱开挖过程中，加强对既有隧道的巡视工作，每3个循环仰拱开挖与设备管理单位人员共同对既有隧道进行巡视，对已经开裂处设置的观测标进行量测。
掘进效果，无超挖，对围岩无绕动
4 结束语
在掘进机的施工过程中及时收集相关基础数据、参数，如：新建隧道的沉降、收敛等变形数据、掘进机与其他机械配置组合、仰拱、二衬安全步距指标、掘进过程中既有隧道的影响程度、既有线病害发展情况等，判断掘进机施工的扰动情况，为后续此类施工提供依据，再根据隧道现场实际情况做动态调整，形成定型的施工方案。因此在隧道工程施工中，施工工艺的选择不能僵化、盲目的依照指南、规范、文件等，而应根据工程实际、广泛收集资料、参考成功案例、充分掌握围岩特性、缜密分析计算选择最优的施工工艺，才能做到既保证施工安全、质量，又能保障施工进度。
参考文献
[1]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB 10424-2010.
[2]《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB 10417-2004.
[3]三一重工EBZ260H悬臂式纵轴掘进机使用说明书.
[4]《铁路隧道全断面岩石掘进机法技术指南》（铁建设[2007]106号）.
[5]《客货共线铁路隧道工程施工技术规程》Q/CR 9653-2017.
论文作者:荆韦庄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/11/8
标签：隧道论文; 围岩论文; 掘进机论文; 悬臂论文; 台阶论文; 钢架论文; 砾岩论文; 《基层建设》2018年第27期论文;