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懸臂式掘進機在軟巖隧道施工中的應用

08-22 12:13:38  瀏覽次數:528次  欄目:地鐵遂道
標簽:工程設計, 懸臂式掘進機在軟巖隧道施工中的應用,http://www.nvlbio.live

1 引言

本文通過焦晉高速公路黃塘隧道具體引進國產S100型懸臂式掘進機使用情況的探索,認為通過設備的改進和升級,隨著新一代國產機型的問世,對地下工程中小斷面及大斷面分步開挖的軟弱圍巖及土質隧道施工開挖技術將產生很大變革,是一項值得探索應用的新技術、新設備。

2 懸臂式掘進機發展現狀

懸臂式掘進機自十九世紀問世以來,經歷了一個多世紀的研制、改進和發展階段,在國外發達國家充分運用到煤礦、交通等地下工程施工領域,特別是近二十年來,許多新技術運用到掘進機的設計及制造當中,如激光導向、激光測距、自動控制技術、自動控制切削路徑等。從機型本身來說:多樣化、重型化、經濟型已是發展方向。我國從1965年引進技術至今,國產化技術及應用得到了快速發展,已使我國懸臂式掘進機設計、制造接近國際水平,形成了許多有代表性的機型。同時在國內煤炭系統作為主流巷道掘進設備之一,提高了機械化作業程度,受到了業內人士的公認,具有廣闊的應用前景。     

3 工程概況

黃塘隧道屬焦晉高速公路(焦作段)第三合同段,全長275米。為整體式雙洞雙車道布置,設計為雙聯拱單向行駛隧道。隧道設計位于2.5%的下坡段,最大埋深31米,其建筑限界為凈寬9.75米、凈高5.0米。隧道穿過地層主要為II、III類圍巖,其中II類圍巖主要為松散泥夾石及亞粘土和泥質白云巖,裂隙極為發育,呈碎塊狀,圍巖穩定性較差,隧道開挖拱部易塌方,側壁易失穩;III類圍巖為中厚層白云巖夾薄層白云巖,單斜構造,結合力差,多有分離現象,巖體成碎石鑲嵌結構。隧址水文地質簡單,地下水出露較少,局部有潮濕感。

4 施工方案選定

(1)黃塘隧道是一座典型軟巖公路隧道,是全線咽喉控制工程,其施工工期緊。如采用傳統的鉆爆法施工,需采取超前管棚、固結注漿等特殊施工工藝,工藝復雜,進度慢。

(2)懸臂式掘進機是一種部分斷面掘進機。集切削、裝碴、轉運和自行于一身,可以做到切削、裝運同步進行。具有連續掘進、無爆破震動,對圍巖的擾動小,減少超欠挖,便于施工綜合配套,對復雜地質適應性強等優點。是軟弱圍巖理想的開挖設備。

(3)懸臂式掘進機具有多功能性及機動性,當遇到意外情況,便于及時調整施工方案,而不影響施工進度。

(4)為加快施工進度,探索懸臂式掘進機隧道施工方法,根據黃塘隧道的地質條件及中導洞的斷面尺寸(5.32×6.3m),選用S100型懸臂式掘進機進行掘進施工,以提高軟巖隧道機械化施工程度及其配套施工技術。

5 S100型懸臂式掘進機的構造原理、特點及性能參數

S100型懸臂式掘進機由切割部、鏟板部、第一運輸運機、本體部、行走部、液壓系統、支承系統、水系統及電氣系統幾大部分構成(參見圖1)。通過切割頭旋轉切削,由耙爪、第一運輸機實現落碴的裝運與轉載。其在設計上有下列優點:切割頭可以伸縮,減少機器頻繁調動;有提高機器穩定性的支撐裝置;裝運部行走部等采用液壓驅動,過載保護能力強;切割電機為雙速電機,轉速切換靈活,有切割功率顯示,熱敏保護;內外噴霧等。其在隧道掘進施工中具有施工前的準備迅速容易、多功能性、靈活性及再利用等特殊優點。

                                圖1  S100型懸臂式掘進機

 

  S100懸臂式掘進機主要性能參數見下表:

6 施工方法

黃塘隧道為帶中墻雙跨連拱結構,開挖采用三導坑斷面先墻后拱法。中導坑先行貫通,并按設計進行中墻永久性砼襯砌,左側導坑施工略滯后一段時間,再進行右側導坑及右側隧道施工。拱部采用環形短臺階開挖,并且在拱部初期支護完成后進行中墻上方圍巖加固,拱部開挖時,中導坑應予以回填。開挖步驟見圖2。

圖2 黃塘隧道開挖步驟圖

6.1中導洞開挖方法

中導洞的斷面尺寸(5.32×6.3M),S100型懸臂式掘進機一次定位切削斷面為(5.3×4.6M),故中導洞采取分上下兩個臺階開挖(見圖4),上部選用S100型懸臂式掘進機進行掘進及裝碴,自卸車運輸。上部貫通后,再進行下部開挖,下部采用鉆爆法施工。

6.2施工工藝流程(見圖3)

  圖3  懸臂式掘進機施工工藝流程圖                圖4  切削順序圖

6.3切削方法

懸臂式掘進機就位后,開始從掌子面底部A點到B點水平切削出一條槽,向前移動掘進機再一次就位,就位后截割頭采取自下而上、左右循環切削,參見圖3。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入第一運輸機,第一運輸機轉運至第二運輸機,第二運輸機直接裝入出碴車運出洞外,參見圖5。從底部開挖到頂部完成后,進行二次休整以達到準確的設計斷面。當局部遇有硬巖時,可先掘周圍軟巖,使大塊硬巖墜落,采用改炮方式另行處理,以降低掘進難度及截齒消耗量。

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